МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА

Приведены результаты моделирования динамики гидростатического подшипника шпиндельного узла серийного гибкого производственного модуля ЛР400ПМФ-4, имеющего дроссельную систему управления. Показана необходимость повышения динамического качества системы автоматического регулирования гидростатического подшипника с использованием корректирующих средств в виде RC-цепей. Отмечены особенности выбора параметров коррекции, связанные с наличием перекрещивающихся связей в структуре системы автоматического регулирования. Разработана структурная схема системы автоматического регулирования гидростатического подшипника в рабочем поле Simulinkи циклический алгоритм программы определения параметров RC-цепи, реализованной в пакете MATLAB, с учетом тепловых процессов, характерных для чистовых режимов резания. Представлен метод выбора параметров коррекции на основе градиента запаса устойчивости по фазе с определением динамического качества системы автоматического регулирования, выполнены исследования возможностей его оценки при использовании в качестве гидроемкости RC-цепи стандартного металлического сильфона. Сформированы рекомендации для выбора сильфона и проверки показателей динамического качества по переходным процессам, расчет которых проводится с помощью разработанных для MATLABсоответствующих программ. Приведены примеры графиков градиента запаса устойчивости по фазе с выделением различных областей динамического качества гидростатического подшипника для различных частот вращения шпинделя и описанием процедуры использования функции datacursorпанели инструментов MATLAB. Показано, что при введении коррекции улучшение динамики гидростатического подшипника на малых нагрузках, характерных для чистовых быстроходных технологических операций, сказывается на снижении динамических показателей для больших нагрузок при меньших частотах вращения шпинделя.

Ramamurti V., Kumar K.E.M. Machine tool dynamics - a review // Proc. Indian natn. Sci. Acad. 1996. V. 62. N 2. P. 125–136.
2. Voll H. Abrenzung der Andwendunf von Walzlagerungen gegenuber anderen Lagersystemen // FAG. Publ. № 02113 DA. 1984. P. 48¬–56.
3. Молодцов В.В., Чурилин А.В., Бушуев В.В. Опоры высокоскоростных шпиндельных узлов современных станков // Вестник МГТУ Станкин. 2014. № 4. С. 85–97.
4. Mohsin M.E., Morsi S.A. The dynamic stiffness of controlled hydrostatic bearings // Journal of Lubrication Technology. 1969. V. 91. N 4. P. 597–608.
5. Przybyl R. Some aspects of application of the hydrostatic bearings in machine tools // Mechanics and Mechanical Engineering. 2008. V. 12. N 3. P. 243–253.
6. Rothenhofer G., Slocum A., Yui A. Design, dynamic modeling, simulation and feedback control of a hydrostatic thrust bearing // Proc. 10th Int. Conf. of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, EUSPEN 2008. Zurich, Switzerland, 2008. P. 509–513.
7. Bassani R., Piccigallo B. Hydrostatic Lubrication. Amsterdam: Elsevier, 1992. 541 p.
8. Stansfield M.F. Hydrostatic Bearings for Machine Tools and Similar Applications. Machinery Publishing, 1970. 227 p.
9. Privalov V.V., Privalova O.V., Prokopenko V.A., Skubov D.Ju. Simulation and nonlinear analysis of the dynamic properties of hydrostatic bearing systems / In: 44IWK99. Ilmenau: TUI, 1999. P. 273–278.
10. Hesselbach J., Abel-Keilhack C. Active hydrostatic bearing with magnetorheological fluid // Journal of Applied Physics. 2003. V. 93. N 10. P. 8441–8443. doi: 10.1063/1.1555850
11. Бушуев В.В., Кузнецов А.П., Сабиров Ф.С., Хомяков В.С., Молодцов В.В. Состояние и направления развития научных исследований в станкостроении // СТИН. 2015. № 11. С. 12–20.
12. Bhushan B. Principles and Applications of Tribology. NY: Wiley, 2013. 1006 p.
13. Rowe W.B., Cheng K. Hypermedia as a design tool with application to design of fluid film journal bearings // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 1992. V. 41. N 1. P. 209–212. doi: 10.1016/S0007-8506(07)61187-1
14. Favareto M, Razelli G. Design and testing of universal hydrostatic boring spindle // Extern. Pressur. Bearings, London, 1972. P. 309–316.
15. Бундур М.С., Пелевин Н.А., Прокопенко В.А. Возможности и особенности пакета MATLAB Simulink при моделировании систем управления гидростатическими несущими узлами // Материалы 4-й Международной научно практической конференции «Современное машиностроение. Наука и образование». СПб.: СПбГПУ, 2014. С. 815–825.
16. Кондрашов В.Е., Королев С.Б. MATLAB как система программирования научно-технических расчетов. М.: Мир, 2002. 352 с.
17. Борисевич А.В. Теория автоматического управления: элементарное введение с применением MATLAB [Электронный ресурс]. М.: Инфра-М, 2014. 200 с.
18. Пелевин Н.А. Компьютерное моделирование энергетических процессов в шпиндельных гидростатических подшипниках // Труды международной научно-технической конференции КОМОД 2015. Санкт-Петербург, 2015. С. 74–82.
19. Бундур М.С., Пелевин Н.А., Прокопенко В.А. Особенности динамики шпиндельных гидростатических подшипников технологического оборудования // ХII Международная научно-техническая конф. «Динамика технических систем». Ростов-на-Дону, 2015. С. 300–304.
20. Бундур М.С., Прокопенко В.А., Чернов И.А. Моделирование шпиндельных гидростатических подшипников и исследование возможностей повышения их динамического качества // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2009. № 6. С. 32–37.
21. Бундур М.С., Прокопенко В.А., Чернов И.А. Металлорежущие станки. Проектирование гидростатических направляющих металлорежущих станков и станочных комплексов. СПб.: СПбГПУ, 2009. 28 с.
22. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1983. 608 с.
23.Бундур М.С., Прокопенко В.А., Пелевин Н.А. Прогнозирование динамического качества шпиндельных гидростатических подшипников при учете энергетических процессов // Металлообработка. 2016. № 2. С. 56–63.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License