К. т. н. Телегин В. В.
Липецкий государственный технический университет, Российская Федерация
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕХАНИЗМАХ МАШИН-АВТОМАТОВ
Под имитационным моделированием в контексте данной работы будем понимать метод исследования, при котором реальный механизм, с достаточно высокой степенью точности подменяется системой сосредоточенных масс, соединённых между собой кинематическими, упруго-диссипативными, в общем случае нелинейными и допускающими разрывы, связями – динамической моделью и её математическим описанием (математической моделью). Экспериментальное исследование на основе таких моделей (численный эксперимент), даёт возможность сделать выводы о степени надёжности, работоспособности механизма при заданных режимах его эксплуатации, а также определить оптимальные параметры этих режимов.
В общем случае уравнения математической модели представляют собой системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка, которые могут быть решены лишь численно. Для реализации такого решения исходные дифференциальные уравнения аппроксимируются конечно-разностными схемами (например, метод Рунге-Кутта) – численная реализация математической модели, процесс вычисления которых программируется и осуществляется с помощью компьютера – компьютерная модель.
Таким образом, методика исследования динамики любой механической системы (механизма) представляет собой [1; 2]:
· построение цепочки последовательных приближений: реальный механизм – динамическая модель – математическая модель – численная реализация математической модели – компьютерная модель;
· разработка метода количественного и качественного определения уровня динамических процессов, протекающих в механизме и влияющих на его надёжность и работоспособность, под воздействием внешних факторов (скорость работы, технологические усилия) и изменении внутренних параметров (износ кинематических пар, конструкционные нагрузки, параметры регулировки).
Практической реализацией данной методики является комплекс программ, объединённых в единую систему dam (динамический анализ механизмов) [1; 2], позволяющий автоматизировать процесс построения имитационной модели механизма и выполнить его динамический анализ.
В качестве примера на рис. 1 показан механизм переноса многопозиционного холодноштамповочного автомата ( ХША ) АВ1818 , динамические процессы, протекающие в деталях которого будут являться объектом имитационного моделирования.
Рис. 1. Механизм переноса холодноштамповочного автомата
(твердотельная модель и кинематическая схема):
0 – блок кулачков, 1, 2, 3 – р
ычаги прямого и обратного хода, 4 – зубчатая передача,
5 – кривошип, 6 – тяга и 7 – каретка переноса
Основой выполнения динамических расчётов, связанных с последующим имитационным моделированием сложной механической системы является её объектная модель [1]. В системе dam [2] её построение автоматизировано (рис. 2).
а)
б)
Рис. 2. Объектная модель:
а – конструктор объектной модели, б – окно визуализации объектной модели
На рис. 3 показано основное окно определения параметров имитационного моделирования механизмов и вывода результатов расчётов. Здесь определяется исследуемый объект, на рис. 3 кривошипно-ползунный механизм перемещения каретки переноса, скорость работы механизма, режим его работы (одиночных ходов или автоматический), начальное и конечное положение входного звена. Значения данных объектов: количество масс, кинематические, упруго-инерционные и диссипативные характеристики, нагрузки, параметры зазоров и погрешности изготовления назначаются при разработке объектной модели механизма. Некоторые из этих данных (зазоры, погрешности изготовления, силы диссипации, трения, конструкционные нагрузки и технологические усилия) могут быть исключены из процесса моделирования.
Рис. 3. Исследование динамики механизмов в системе dam
При построении стратегий имитационного моделирования, кроме того, имеется возможность изменить значения большинства параметров объектов в окне «Вариации параметров объектной модели». Возможности вариации параметров объектной модели, как следует из рис. 4, весьма велики.
Рис. 4. Вариация параметров объектной модели
Оценка работоспособности исследуемого механизма может быть выполнена на основании двух категорий показателей, определяющих уровень и характер динамических процессов, протекающих при имитации работы механизма при заданных условиях: графического отображения данных и расчётных значений ряда критериев (рис. 3).
Процесс построения схем исследования надёжности и работоспособности механизма может быть автоматизирован путём использования уже готовых решений. Количество таких решений, предоставляемых пользователю системой dam , – восемнадцать. При реализации каждого из них имеется возможность оценить работоспособность механизма по десяти критериям.
Список использованных источников:
1. Телегин В. В. Объектно-ориентированный подход и его компьютерная реализация в задачах исследования динамики механизмов / В. В. Телегин // Известия Самарского научного центра РАН. – 2010. – Т. 12, №4(3). – С. 623–628.
2. Телегин В. В. Система динамического анализа механизмов ( dam ) / В. В. Телегин // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012610572 от 10.01.2012. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ).