Анализ обобщенных фрагментов структур устройств и агрегатов газовой автоматики с управлением на входе и выходе

Список литературы

1. Исследование функционирования регулируемого газодинамического исполнительного устройства / А.В. Александров [и др.] // Известия ТулГУ. Сер.: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Т. 1. 2006. С. 13-25.

2. Параметрический синтез регулируемого газодинамического исполнительного устройства / А.В. Александров [и др.] // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Т. 1. 2006. С. 25-33.

A.A. Vasilyev, V.A. Zuykov

RESEARCH AND CALCULATION OF THE ADJUSTABLE GAZODINAMICHESKY ACTUATION MECHANISM WITH THE SENSITIVE ELEMENT OF THE DISTRIBUTOR

Questions of statics and dynamics of the gas-dynamic actuation mechanism with a sensitive element in the form of a distributor shutter are considered.

Key words: the gas-dynamic actuation mechanisms, the pressure regulators, a sensitive element of the distributor.

Получено 03.10.11

УДК 681.5.013+62.646

B.C. Александров, д-р техн. наук, проф.,

В.А. Зуйков, асп., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru,

Т.В. Морозова, студентка

АНАЛИЗ ОБОБЩЕННЫХ ФРАГМЕНТОВ СТРУКТУР УСТРОЙСТВ И АГРЕГАТОВ ГАЗОВОЙ АВТОМАТИКИ С УПРАВЛЕНИЕМ НА ВХОДЕ И ВЫХОДЕ

Рассматриваются вопросы комбинаторного анализа обобщенных фрагментов структур двухкаскадных регулирующих, газораспределительных и исполнительных устройств (РУ, ГРУ и ИУ) и агрегатов с распределителями, обеспечивающими впуск газа в рабочую полость при наличии выпуска.

Ключевые слова: структурный анализ, устройства газовой автоматики, обобщенные фрагменты структур.

Рассмотрим вопросы применения в системах газовой автоматики неэкономичных односторонних газораспределителей (ОГР) с одной, двумя и тремя механическими подвижными деталями (МИД).

Блочные модули ОГР с управлением на входе и выходе (ОГР-в) образуются в результате сообщения рабочих полостей и соединения штоков

двух МПД элементных ОГР с управлением на входе (ОГР-а) и на выходе (ОГР-б), вследствие чего штоки их объединенной и необъединенных МПД описываются двумя парами сочетаний функциональных признако (ф-признаков), характеризующих направление движения штоков деталей ОГР-а,-б в результате собственного воздействия на них газа: наружу (Н) из корпуса или внутрь (В), и характер изменения давления в рабочей полости (Р): повышение (П) или сброс (С) [1]. В частном случае неэкономичных ОГР-в (рис. 1 - 4) штоки их МПД приобретают следующие пары собственных сочетаний ф-признаков:

- штоки объединенной детали:

НП-НП, ВП-ВП, НС-НС, ВС-ВС,

НП-ВС, ВП-НС, НС-ВП, ВС-НП;

- штоки двух необъединенных деталей:

НП-НС, ВП-ВС, НС-НП, ВС-ВП,

НП-ВП, ВП-НП, НС-ВС, ВС-НС.

Явные модули золотниковых и клапанных ОГР-в независимо от их конструктивного исполнения можно разбить на семейства с одинаковыми парами ф-признаков. Данное разбиение позволяет провести синтез функциональных структур (ф-структур) устройств и агрегатов с заданными функциональными свойствами (ф-свойствами) посредством замены одного явного модуля на другой в пределах своих семейств [1].

Анализ известных конструктивных схем двухкаскадных РУ, ГРУ и ИУ с ОГР-в показывает, что они относятся к четырем основным схемным решениям СР1-СР4 [2].

Схемы, указанные на рис. 1 - 4, различаются подводом к вспомогательной полости В одностороннего газового двигателя (ОГД) соответственно, атмосферного давления Ра, высокого давления Рв в источнике (И), высокого давления Ру управляющего ОГР и давлений во вспомогательных (В) полостях подвода (П) и сброса (С) выходного ОГР-в:

СР1: Рогд-Рогр, Вогд-А,

СР2: Рогд-Рогр, Вогд-И,

СР3: Рогд-Рогр, Вогд-У,

СР4: Рогд-Рогр, Вогд-Вогр.

Схемные решения РУ, имеющих сообщение рабочей полости Р ОГД с рабочей полостью Р ОГР-в и жесткое соединение МПД ОГД и МПД ОГР-в, в значительной степени совпадают со схемными решениями исполнительных односторонних газовых приводов (ОГП) с кинематическим взаимодействием (ОГПВ) несоединенной МПД ОГР с МПД блока ОГД и одностороннего пружинного двигателя (ОПД).

Рис. 1. Обобщенные фрагменты структурустройств и агрегатов с неэкономичными клапанными ОГР-в и подводом давлений

Ра,у к полости В ОГД

316

2-а,б

Ра,у КСВ 1

Рв.

нп-нс

1 к

р

ООО

ВН

В

• •

ВВ

вп-вп

К01

Рь

вп

ООО

X

Л нп-нп

X

.КСР

вс-вп

ОГПВ-в с ОС

2а: НП-НП ВВ НП 26: ВП-ВП ВН ВП

2-в,г

X

НС-НС

ВС-ВП

\

НС-НП

/,

Рл,у| КСВ к.

Р^^С

V

ВС-ВС

ВВ

НП ф • •

р

ООО

ВН

ВП

ООО

]

ВП1-ВС

РЧ КП

НП-НС

/

\

г

НС-НС

У

К01

КСР К02 1|!рн

ВС-ВС

ОГПВ-в с ОС

2в: ВС-ВС ВВ НП 2г: НС-НС ВН ВП

2-д,е

ВС-НС

Ри| КП Ра^ КСВ

—I

ООО

в

• • •

нп,вв

р

ООО

ВП,ВН

А* КС

/ нп-вс

X

PH

1

РВ

ООО

КСР

вп-нс

г

У

нп-вп

I Рн

ОГПВ-в с ОС К01 2д: НП-ВС ВВ НП

2е: ВП-НС ВН ВП

2-ж,з

ВС-НС

КСВ

РдЧ Р1,1 КП

НС-

р

ООО

ВП,ВН

в

• • •

нп,вв

л!

/

вп

X

РВ

ООО

А

PH » • •

АН-

вс-нп

КСР

"7" Г~,

нп-вп

К01

К02

ТРн

ОГПВ-в с ОС

2ж: ВС-НП ВВ НП 2з: НС-ВП ВН ВП

Рис. 2. Обобщенные фрагменты структурустройств и агрегатов с неэкономичными клапанными ОГР-в и подводом давлений

Ра,у к полости В ОГД

3-а,б

нп-нс

Рв.П I

КСВ

и

в

ООО

PH

р

• • •

РВ

вп-вп

рД'^ксГ

і К01

ВС

ООО

НС' • • «

Гм КО 2

X

\

НП-НП

КСР

ВС-ВП

ОГПВ-в с ПС За: НП-НП РВ НС 36: ВП-ВП PH ВС

3-в,г

Рв п

X

НС-НС

ВС-ВП

\

НС-НП

/,

V

ВС-ВС

р • •

РВ

НС • • •

1 КСВ к.

в

ООО

PH

ВС

ООО

вп-вс

„ м

нп-нс

/

\

нс-нс

У

/

К01

вс-вс

ОГПВ-в с ПС

Зв: ВС-ВС РВ НС Зг: НС-НС PH ВС

3-д,е

Ри

ВС-НС

1 КП

]Ч1

ООО

Р

• • •

НС,РВ

Рв,п і Ра а и-г

В

ООО

ВС,PH ____\ -1-

/ НП-ВС

X

ВН

КСР

I

ВВ

ООО

ВП-НС

Ґ

----7^

К02

НП-ВП

111

I Рн

ОГПВ-в с ПС К01 Зд; нп-вс РВ НС

Зе: ВП-НС PH ВС

3-ж,з

р.

кс>\

ВС-НС

НС-

КСВІ[

Рв.П

Ри

в

ООО

ВС,PH

I

р

• • •

НС.РВ п ____і__і___ІГ

І КП

/

ВП

X

ВН

ООО

ВВ • • •

ХП-

ВС-НП

1 г

Ж-

КСР

НП-ВП

К01

К02

т^к Ч 1 Рн

ОГПВ-в с ПС Зж: ВС-НП РВ НС Зз: НС-ВП PH ВС

Рис. 3. Обобщенные фрагменты структурустройсте и агрегатов с неэкономичными клапанными ОГР-в и подводом давлений Рв,п

к полости В ОГД

318

4-а,б

^4

нп-нс

и I

р

У 9 Ш

РВ

Рв п,

I

Рв,

1

в

ООО

PH

ВП-ВП

НС » * *

'I I К02

ВС

ООО

X

\

НП-НП

,КСР

>н'1

ВС-ВП

ОГПВ-в с ОС

4а: ВП-ВП РВ НС 46: НП-НП PH ВС

КСР К02 ф

4в: НС-НС РВ НС 4г: ВС-ВС PH ВС

4-Д,е

ВС-НС

Ри| КП ____

Рвл

.КСВ

в

ООО

ВС,PH

Ж

Рд \ КС

р

• • •

НС.РВ

/ НП-ВС

X

вв

ООО

I

ВН • • •

КСР

\и—

ВП-НС

1 г

г

У

' \ Л

К02

НП-ВП

К01

Три

ОГПВ-в с ОС 4д: ВП-НС РВ НС 4е: НП-ВС PH ВС

4-ж,з

ВС-НС

Рвп

ксв

Р '/А в п

• • * НС.РВ - \ 1 ООО ВС,PH \ .

/

НС-ВП

X

ВВ • • •

ВН

ООО

1 г

КСР

У \

НП-ВП

К02

Ч1

Рн

ОГПВ-в с ОС

К01

И 4ж: НС-ВП РВ НС

4з: ВС-НП PH ВС

Рис. 4. Обобщенные фрагменты структурустройств и агрегатов с неэкономичными клапанными ОГР-в и подводом давлений Рв,п к полости В ОГД

Отличие всех ОГПВ от РУ и ГРУ заключаются [1, 2] в отсутствии показанного на рис. 1 - 4 пунктиром дополнительного канала отвода газа из рабочей полости к потребителю и в наличии ЭМП, который в этих устройствах соединяется с МПД различных элементов. Поэтому схемные решения ОГПВ без ЭМП и с дополнительно введенным каналом отвода (К01) можно считать обобщенными фрагментами соответствующих схемных решений РУ, пускоотсечных ГРУ и ИУ, что обуславливает актуальность решения задачи их структурного анализа и синтеза.

На рис. 1 - 4 приведены результаты комбинаторного анализа ОГПВ-в с неэкономичными клапанными ОГР-в. Там же проставлены сочетания ф-признаков внутренних функциональных модулей (ф-модулей) [1], обеспечивающих синтез ОГПВ-в как с положительной (см. рис. 1, 3), так и с отрицательной (см. рис. 2, 4) обратными связями по перемещению МПД ОГР иОГД.

Анализ модульных ф-структур устройств агрегатов газовой автоматики, образуемых на основе клапанных и золотниковых ОГР-в [1], показывает, что к синтезу работоспособных вариантов приводят те же вполне определенные сочетания ф-признаков ф-модулей неэкономичных ОГР-в, ОПД и ОГД, что и при использовании экономичных ОГР-в, обеспечивающих впуск газа в рабочую полость при отсутствии выпуска, а выпуск - при отсутствии впуска [1, 2]:

1 - а) НС-НС ВВ НП, б) ВС-ВС ВН ВП, в) ВП-ВП ВВ НП, г) НП-НП ВН ВП; д) НС-ВП ВВ НП, е) ВС-НП ВН ВП, ж) ВП-НС ВВ НП, з) НП-ВС ВН ВП;

2 - а) НП-НП ВВ НП, б) ВП-ВП ВН ВП, в) ВС-ВС ВВ НП, г) НС-НС ВН ВП; д) НП-ВС ВВ НП, е) ВП-НС ВН ВП, ж) ВС-НП ВВ НП, з) НС-ВП ВН ВП;

3 - а) НП-НП РВ НС, б) ВП-ВП PH ВС, в) ВС-ВС РВ НС, г) НС-НС PH ВС; д) НП-ВС РВ НС, е) ВП-НС PH ВС, ж) ВС-НП РВ НС, з) НС-ВП PH ВС;

4 - а) ВП-ВП РВ НС, б) НП-НП PH ВС, в) НС-НС РВ НС, г) ВС-ВС PH ВС; д) ВП-НС РВ НС, е) НП-ВС PH ВС, ж) НС-ВП РВ НС, з) ВС-НП РНВС.

Здесь первые две пары символов относятся к соединенному с ОГД штоку объединенной МПД ОГР-в.

Вторая пара символов описывает ф-признаки штока ОПД, у которого пружина расположена либо в рабочей (Р), либо во вспомогательной (В) полостях ОГД, а шток совмещен со штоком ОГД и перемещается под действием пружины либо наружу (Н), либо внутрь (В) корпуса.

Третья пара символов относится к соединенному с ОГР-в штоку ОГД, перемещающемуся наружу (Н) или внутрь (В) при повышении (П) или сбросе (С) давления газа в рабочей полости. Данные номера сочетаний ф-признаков можно использовать для краткого представления агрегатов с ОГР-в.

Анализ ф-свойств представленных на рис. 1-4 обобщенных фрагментов показывает, что они в зависимости от сочетаний ф-признаков модулей могут иметь различный характер обратной связи по перемещению МПД и давлению в рабочей полости отвода (О):

1) положительную обратную связь (ПС) при сочетаниях № 1 и 3;

2) отрицательную обратную связь (ОС) при сочетаниях № 2 и 4.

Комбинаторный анализ позволяет установить, что у рассмотренных

обобщенных фрагментов структур независимо от конструктивного исполнения имеются определенные закономерности в разрешенных сочетаниях ф-признаков соединяемых штоков внутренних ф-модулей:

замена в блоках ОГД + ОПД - ОГР-в исходных модулей ОГР-в с сочетаниями ф-признаков НП-НП, ВП-ВП, ВС-ВС, НС-НС, соответственно, на модули с противоположными сочетаниями ф-признаков НП-ВС, ВП-НС, ВС-НП, НС-ВП, и наоборот, обеспечивает синтез технических решений устройств и агрегатов с исходными ф-свойствами;

замена в блоках ОГД + ОПД - ОГР-в модулей с соединенными цилиндрическими штоками на модули с торцевыми штоками [1], имеющими одно из двух сочетаний ф-признаков цилиндрических штоков, не нарушает исходных ф-свойств синтезируемых технических решений.

Данные закономерности позволяют разработать методику лаконичного структурного анализа и построить обобщенные структурные модели [1, 2], которые обеспечивают направленный формализованный структурный синтез устройств и агрегатов, образуемых на основе этих фрагментов.

Список литературы

1. Александров А.В., Александров B.C. , Морозова Е.В. Поисковое конструирование регулирующих, распределительных и исполнительных устройств и агрегатов пневмогидроавтоматики. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 246 с.

2. Александров B.C., Зуйков В.А., Морозова Е.В. Анализ обобщенных фрагментов структур экономичных устройств и агрегатов газовой автоматики с дроссельным управлением на входе и выходе // Вестник ТулГУ. Сер. Системы управления. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 27-35.

V.S. Aleksandrov, V.A., Zuykov, T.V. Morozova

THE ANALYSIS OF THE GENERALIZED FRAGMENTS OF STRUCTURES OF DEVICES AND UNITS OF GAS AUTOMATICS WITH CONTROL ON THE INPUT AND THE OUTPUT

Questions of the combinatory analysis of the generalized fragments of structures two-cascade regulating, gas distribution and actuation mechanisms and units with the distributors providing an admission of gas in a working cavity in the presence of release are considered.

Key words: the structural analysis, devices of the gas automatics, the generalized fragments of structures.

Получено 03.10.11