Метод исследования и оптимизации характеристик гидростатических опор с плавающими регуляторами Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Решетневскце чтения

которой происходит испарение, т. е. при более толстом слое может начаться каплепадение. Учитывая, что слой металла, нанесенный на проволоку, тонкий, получить большую толщину покрытия за один цикл испарения невозможно.

Многократное испарение требует установки новых испарителей, что связано с разгерметизацией вакуумной камеры, увеличением времени и ухудшением качества покрытия. Устранить эти недостатки позволяет применение испарителя длиной до нескольких метров и устройства перемещения его вдоль покрываемой поверхности.

Но и данное решение имеет свои недостатки: нанесенный на вольфрамовую проволоку слой металла (особенно с высокой электропроводностью: Си, Ag, А1 и др.) уменьшает сопротивление испарителя, а для

обеспечения конкретной температуры испарения необходима большая плотность тока, что приводит к необходимости использования более мощных источников питания, увеличению энергозатрат, ухудшению равномерности испарения металла.

Свести к минимуму эти явления можно нанесением испаряемого металла на вольфрамовую проволоку отдельными участками с определенным шагом.

Библиографическая ссылка

1. Сравнительный анализ способов формирования проводящего покрытия внутренней поверхности волновода малого сечения / Т. Т. Ереско, Я. И. Бульбик, С. И. Трегубов, И. И. Хоменко / Вестник СибГАУ ; под ред. проф. Г. П. Белякова. 2005. Вып. 6. С. 201-205.

1.1. Homenko, T. T. Eresko, M. S. Uchuvatov, V. P. Ten, D. A. Gejl Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

IMPROVING COATING TECHNOLOGY ON THE INSIDE SURFACE OF THE WAVEGUIDE

We propose a method of applying a conductive coating on the inner surface of the waveguide with a special electrode.

© Хоменко И. И., Ереско Т. Т., Учуватов М. С., Тен В. П., Гейль Д. А., 2012

УДК 621.9.06; 621.822.572.001.04

С. С. Шатохин ООО «Эл Тайм», Россия, Красноярск

Л. В. Шатохина

Сибирский государственный технологический университет, Россия, Красноярск

С. П. Ереско, Т. Т. Ереско Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ОПОР С ПЛАВАЮЩИМИ РЕГУЛЯТОРАМИ

Исследованы адаптивные гидростатические опоры с плавающими регуляторами расхода жидкости. Разработан новый - «бифуркационный» метод исследования характеристик данных опор, основанного на математическом моделировании равновесного состояния опоры и регулятора, соответствующего точке бифуркации нагрузочной характеристики. Показаны преимущества нового метода и приведены примеры его реализации в среде MS EXCEL.

Гидростатические опоры (ГСО) достаточно широко применяют в шпиндельных узлах и направляющих современных металлообрабатывающих станков [1-4]. Общие методы расчета и оптимизации адаптивных гидростатических опор, имеющих регуляторы расхода рабочей жидкости, наиболее полно рассмотрены в [2]. Однако особенности характеристик некоторых перспективных конструкций адаптивных гидростатических опор, например с плунжерными регуляторами расхода, позволяют дополнить известные методы новым - бифуркационным методом исследования.

Сущность разработанного метода заключается в том, что он использует особенность ГСО с плунжерными регуляторами - наличие выраженной точки перелома (бифуркации) нагрузочной характеристики, т. е. такого рабочего состояния опоры, при котором плавающий плунжер или другой элемент регулятора касается ограничивающей его рабочее перемещение поверхности. Метод использует отдельную математическую модель равновесного положения подвижной части опоры и регулятора, соответствующую точке бифуркации нагрузочной характеристики. Достоинст-

Механика специальных систем

вом этой математической модели является меньшее количество уравнений по сравнению с математической моделью активного диапазона нагружения, поскольку при предельном рабочем положении плунжера расход рабочей жидкости через разгружаемые карманы прекращается и соответствующие уравнения баланса расходов теряют смысл и исключаются.

Так, например, математическая модель нагружения замкнутой ГСО с оппозитным двухпоточным плавающим плунжерным регулятором в активном нагрузочном диапазоне имеет шесть уравнений, а в точке бифуркации - только четыре уравнения. Результаты решения данных математических моделей удовлетворительно сходятся при приближении плунжера к его предельно возможному крайнему рабочему положению. Это позволяет, в частности, сделать исчерпывающий вывод об адекватности используемых математических моделей.

Описываемый метод позволяет решать как исследовательские, так и оптимизационные задачи (рис. 1, 2). В последнем случае в качестве показателя оптимизации используется положение точки бифуркации нагрузочной характеристики в плоскости координат «внешняя нагрузка - опорный эксцентриситет». Смещение точки влево позволяет уменьшить податливость опоры вплоть до предельно возможных отрицательных значений, а смещение вправо увеличивает нагрузочную способность до предельно возможных максимальных значений (см. рис. 2). После решения минимаксной задачи и отыскания предельно возможных положений точек бифуркации строятся активные и пассивные участки характеристик, рассчитываемые по найденным параметрам на основе ранее разработанных математических моделей активного и пассивного диапазонов. Сравнение результатов оптимизации с аналогичными, полученными ранее на основе традиционного метода, использующего показатели «адаптивной площади» [2], выявило их полное совпадение при значительно меньших затратах на подготовку и алгоритмизацию вычислений при применении бифуркационного метода.

Реализация разработанного метода возможна в системе MS Excel и других программных средах, в то время как традиционный метод оптимизации ориентирован на программную среду Delfi и использование его в MS Excel затруднительно. Кроме того, разработанный метод позволяет более точно исследовать предельные рабочие состояния опоры, поскольку при использовании традиционной математической модели активного диапазона вычисления на верхнем краю активного диапазона сопровождаются более существенными погрешностями счета.

Изложенный бифуркационный метод применен авторами при исследовании новых перспективных конструкций ГСО с одно- и двухпоточными плавающими плунжерными регуляторами для направляющих, при совершенствовании радиальной шпиндельной ГСО с многопоточным встроенным плавающим кольцевым регулятором (аналогом адаптивной радиальной опоры Г. Г. Хирса). При условии более широкого внедрения этих конструкций в производство делается актуальной и вполне доступной разработка инженерных методик расчета основных характеристик исследуемых адаптивных ГСО [4].

Библиографические ссылки

1. Бушу ев В. В. Гидростатическая смазка в станках. М. : Машиностроение. 1989.

2. Шатохин С. Н. Теория и методы проектирования адаптивных гидростатических и аэростатических шпиндельных опор и направляющих металлорежущих станков : дис. ... д-ра техн. наук, Красноярск, 2010.

3. Шатохин С. Н., Шатохин С. С., Шатохина Л. В. Замкнутые гидростатические направляющие со встроенными плавающими регуляторами адаптивного нагнетания смазки // Технология машиностроения. 2010. № 5. С. 33-37.

4. Шатохин С. С. Совершенствование гидростатических шпиндельных опор и направляющих металлорежущих станков : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2011.

E,Ep 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8

1

J

Ф Ji

г J

J^ ф y^t * • /

0 " \0 2 0 4 0 6 /0 ,8 1,

/

- - -Е(ПО)

—■-Е(Рко=0,3)

▲ Ер(Рко=0,3)

-Е(Рко=0,6)

—Ж-Ер(Рко=0,6)

Рис. 1. Зависимости эксцентриситетов опоры Е и регулятора Ер от нагрузки Е при различных настроечных значениях давления (Рко) в несущем кармане опоры в сравнении с нагрузочной характеристикой опоры Е(ПО) с дроссельным питанием

F

Решетневские чтения

E,Ep 1,5 1

0,5 0

-0,5 -1

-1,5

N я* Ф yJ

1 |[ * , - - т „ - — п

4 ^ 0 6 0 8* 1,

- - -Е(ПО) ■ E(min) ▲ Ep(min) -К— E(max) -Ж— Ep(max)

Рис. 2. Нагрузочные характеристики при минимальной податливости Е(шт) Ер(шт) и максимально достижимой нагрузочной способности Е(шах) Ер(шах) опоры и регулятора в сравнении с нагрузочной характеристикой опоры Е(ПО) с дроссельным питанием

F

S. S. Shatokhin Ltd. «El Time», Russia, Krasnoyarsk

L. V. Shatokhina Siberian State Technological University, Russia, Krasnoyarsk

S. P. Eresko, T. T Eresko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

METHOD OF RESEARCH AND OPTIMIZATION REGIME PARAMETERS OF ADAPTIVE HYDROSTATIC BEARINGS WITH SWIMMING REGULATORS

The report is about the adaptive hydrostatic bearings with swimming regulators investigation. In the basis of new method is the mathematical model of adaptive hydrostatic bearing balance сondition in the pass point of loading dependence. This mathematical models is very convenient fore research and optimization aims, because every mathematical model have minimum equations. MS EXCEL may be effective used fore these calculations.

© EaTOXHH C. C., EaTOXHHa H. B., EpecKO C. n., EpecKO T. T., 2012

УДК 621.822

Л. П. Шатохина Красноярский институт железнодорожного транспорта Иркутского государственного университета путей сообщения, Россия, Красноярск

С. Н. Шатохин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

РАСЧЕТ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АДАПТИВНЫХ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ

И АЭРОСТАТИЧЕСКИХ ОПОР

На основе теории упругости с учетом объемной сжимаемости эластомеров получены математические модели и конечные расчетные формулы для определения деформаций тонких эластомерных компенсаторов различной формы, применяемых в адаптивных гидростатических и аэростатических шпиндельных опорах. Полученные результаты расчетов хорошо соответствуют экспериментальным данным.

Эластомерные компенсаторы, выполненные в виде тонких цилиндрических оболочек или пластин (например, из силиконовой резины) находят применение

в некоторых типах адаптивных гидростатических или аэростатических шпиндельных опор и направляющих металлообрабатывающих станков и других машин.