Details

Данная работа посвящена созданию пневматического ускорителя для испытательного стенда, обеспечивающего двустороннее ударное воздействие на цилиндрические изделия массой до 2500 кг. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Проведение обзора и сравнительного анализа быстродействующих пневматических клапанов. 2. Разработка конструкций двух типов специализированных клапанов – клапана разгона и клапана. 3. Создание математической модели движения запорного элемента клапана, описывающей нестационарные процессы истечения газа. 4. Проведение численного моделирования открытия и закрытия клапана, получение зависимостей времени срабатывания от управляющего давления. 5. Моделирование разгона каретки и оценка влияния времени срабатывания клапана на конечную скорость и ускорение. Работа выполнена с использованием программных продуктов MATLAB (Simulink), SOLIDWORKS, Компас-3D и Mathcad. Моделирование проводилось методом численного интегрирования систем дифференциальных уравнений, описывающих связанные газодинамические и механические процессы., В результате работы были разработаны конструкции клапана разгона и выхлопа. Для давления 10 бар оптимальное управляющее давление: открытие – 6–8 бар (время менее 10 мс), закрытие – 15–20 бар (18–22 мс). Моделирование разгона каретки массой 2000 кг при 10 бар показало скорость ≈ 7,0 м/с и ускорение ≈ 15 м/с². Время срабатывания клапана в диапазоне 1–20 мс незначительно влияет на конечную скорость (разброс менее 0,02 м/с). Различия между прямым и обратным ударом не превышают 2%. Разработана электрическая схема управления ускорителем на релейно-контакторной базе с возможностью подключения ПЛК. Разработанные клапаны позволяют отказаться от импортных аналогов и повысить безопасность испытаний.

The given work is devoted to the development of a pneumatic accelerator for an impact test machine, providing bilateral impact loading on cylindrical objects weighing up to 2500 kg. The research set the following goals: 1. Conducting a review and comparative analysis of high-speed pneumatic valves. 2. Developing designs for two types of specialized valves – an acceleration valve and an exhaust valve. 3. Creating a mathematical model of the valve sealing element motion, describing unsteady gas flow processes. 4. Performing numerical simulation of valve opening and closing, obtaining dependences of response time on control pressure. 5. Modeling the carriage acceleration and evaluating the influence of valve response time on final speed and acceleration. The work was performed using the software products MATLAB (Simulink), SOLIDWORKS, Kompas-3D and Mathcad. The simulation was carried out using the numerical integration method for systems of differential equations describing coupled gasdynamic and mechanical processes. As a result of the work, designs of the acceleration valve and exhaust valve were developed. For a pressure of 10 bar, the optimal control pressure is: opening – 6–8 bar (time less than 10 ms), closing – 15–20 bar (18–22 ms). Modeling of the carriage acceleration with a mass of 2000 kg at 10 bar showed a speed of ≈ 7.0 m/s and an acceleration of ≈ 15 m/s². The valve response time in the range of 1–20 ms has little effect on the final speed (scatter less than 0.02 m/s). The differences between forward and reverse impact do not exceed 2%. An electrical control circuit for the accelerator based on relay-contactor logic with the possibility of connecting a PLC has been developed. The developed valves make it possible to abandon foreign analogues and increase test safety.