CC BY
20
Общая и прикладная механика Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (2), с. 253-254
253
УДК 621.2.082.18
РАЗРАБОТКА ТРИБОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
© 2011 г. К. А. Нуждин
Санкт-Петербургский госуниверситет информационных технологий, механики и оптики
Поступила в редакцию 16.05.2011
Изучается вопрос разработки трибометрической системы на основании опыта, полученного при исследованиях процессов трения. Разработка включает в себя определение конструкции установки и системы управления.
Ключевые слова: трибометрия, исследование трения, обратная связь, передача действия.
Описание трибометрической установки
Общая схема разработанной установки приведена на рис.1. В качестве аналога используется созданная на кафедре Мехатроники СПбГУ ИТМО трибометрическая установка «Трибал-2» -система, в основе работы которой лежит принцип возвратно-поступательного движения испытываемых образцов относительно друг друга [1]. В связи с растущей необходимостью и благодаря приобретенному опыту в области исследования процессов трения, в течение периода эксплуатации рассматриваются способы улучшения тактикотехнических характеристик прибора.
Система состоит из основания 1, двух горизонтальных направляющих 2 с телами качения 6. Верхняя может совершать вертикальное движение вдоль стоек 10. Образцы 4 закреплены в подвижных частях 3 направляющих, нижняя приводится в возвратно-поступательное движение с помощью электропривода 11 через кривошипношатунный механизм 7, верхняя нагружается вертикальной силой. Положения платформ определяются с помощью фотоэлектрического датчика линейных перемещений 14 и двух датчиков силы 15 через упругие элементы 5.
Информация от датчиков вводится в компьютер через блок управления 16.
Нагружение образцов вертикальной силой производится за счет управления шаговым линейным двигателем 12, который воздействует на домкрат 8. Между домкратом и двигателем, установлен датчик силы 9. Он позволяет измерять силу прижатия образцов, для использования ее в системе управления. На рис. 1 Z1 и Z2 - величины, измеряемые датчиками 14 и 15, Р1 и Р2 - управление электроприводами.
Синтез механизма привода нижней платформы
Для синтеза механизма привода нижней платформы был проведен анализ используемого в существующей установке передающего кривошипно-шатунного механизма, исследованы ошибки его работы. С помощью прикладных пакетов Simulink и Simscape системы Matlab [2] была создана модель разрабатываемого кривошипношатунного механизма и получены графики ошибок положения (а) и скорости (б), представленные на рис. 2. Также исследовалось влияние геометрических размеров звеньев механизма на ошибки положения и скорости.
Разработка системы управления
Система управления аналога представляет собой систему с одним входом и одним выходом. В качестве объекта управления выступает трибометрическая пара как узел трения. Управляемыми величинами являются либо сила нагружения, либо разность фаз колебаний верхней и нижней платформы. Заметим, что управление по разности фаз позволяет воспроизводить задан-
254
К.А. Нуждин
ный закон движения верхней платформы, т. е. передавать определенное движение трением, что очень полезно в области проектирования фрикционных передач [3].
а)
формы. Схема управления по разности фаз изображена на рис. 3.
Компьютер
P1(t)
P2(0
. і
Управление двиг. привода ниж. платфор.
Управление двиг. вертик. нагружения
Pi
Мотор-редуктор 1 и привод нижней платформы
/(t)
Линейный двигат. и система вертик. нагружения
Узел
трения
Измерительн.
устройства
б)
Рис. 2
Модернизация прибора представляет введение дополнительной обратной связи по управлению приводом нижней платформы, т. е. создание системы с двумя входами и одним выходом. Как и в существующем приборе, управляемыми величинами являются сила нагружения или разность фаз колебаний верхней и нижней плат-
Рис. 3
Проблема моделирования состоит в определении зависимости между входными и выходными сигналами. В качестве основной зависимости выступают линейные дифференциальные уравнения [4]. Используя полученные уравнения, создана модель системы управления в прикладных пакетах Ма^аЪ, получены основные динамические характеристики: АЧХ, ФЧХ, импульсные характеристики.
Список литературы
1. Пат. №> 2289119 РФ, Кл. 00Ш 19/02, 00Ш 3/56. Устройство для испытания материалов на трение / Г.М. Исмаилов, В.М. Мусалимов, Б.В. Соханев, М.А. Сапожков, М.А. Лобачева, А. А. Никифоров, Опублик.: 10.12.2006, Бюл. №> 34.
2. Лазарев Ю.В. Моделирование процессов и систем в МаНаЬ. СПб.: Питер. 2004.
3. Мусалимов В.М., Валетов В.А. Динамика фрикционного взаимодействия. СПб.: ГУИТМО. 2006. 191 с.
4. Бесекерский В.Л., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: ГУИТМО. 2003. 752 с.
є
P
и
2
2
DEVELOPMENT OF THE TRIBOMETRIC SYSTEM WITH FEEDBACK
K.A. Nuzhdin
This paper is devoted to the development of a tribometric system, using the experience derived from the friction efforts. Development involves the design of the structure and a control system.
Keywords: tribometry, friction research, feedback, transfer of action.
