АНАЛИЗ ПОТОКОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОЦИДИНДРА СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ FLOW SIMULATION

​ANALYSIS OF FLOW PROCESSES OF PNEUMOCIDINDR OF MACHINE DEVICES IN FLOW SIMULATION SOFTWARE

Olga Babykina

master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute is a branch of Nizhny Novgorod State Technical University named after. R.E. Alekseeva,

Russia, Arzamas

Natalya Pris

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Arzamas Polytechnic Institute is a branch of Nizhny Novgorod State Technical University named after. R.E. Alekseeva,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена методике расчета потоковых процессов пневмоцилиндра станочного приспособления в программном обеспечении FlowSimulation. Приведена теоретическая последовательность определения силовых параметров пневмоцилиндра, сравнение полученных расчетов с виртуальным исследованием потокового процесса сжатого воздуха.

ABSTRACT

This article is devoted to the methodology for calculating the flow processes of a pneumatic cylinder of a machine tool in the FlowSimulation software. A theoretical sequence is given for determining the power parameters of a pneumatic cylinder, a comparison of the resulting calculations with a virtual study of the flow process of compressed air.

Ключевые слова: станочное приспособление, сжатый воздух, пневмоцилиндр, потковый процесс, имитационное моделирование, FlowSimulation.

Keywords: machine tool, compressed air, pneumatic cylinder, flow process, simulation modeling, FlowSimulation.

Современный подход к разработке станочных приспособлений подразумевает использованием максимального количества знаний в виртуальных расчетах. Особого внимания заслуживают практические знания в анализе потоковых процессов, которые протекают в силовом приводе станочного приспособления (пневмоцилиндр, гидроцилиндр и т.д.). В данной статье рассматривается методика определения силовых параметров пневмоцилиндра станочного прсипособления, которое используется при обработке детали «Токоподвод».

Необходимо отметить, что при модернизации станочного приспособления для выполнения технологической операции сверления отверстий в детали «Токоподвод» планируется использовать в качестве силового привода – пневмоцилиндр (давление в пневмосистеме предприятия равно 0,63 МПа).

Произведем расчет станочного приспособления в программном обеспечении FlowSimulation, промоделировав подачу сжатого воздуха в пневмоцилиндр.

Рассмотрим модель станочного приспособления (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Исследуемая модель станочного приспособления

В основе силового устройства станочного приспособления лежит пневмоцицилиндр 32M1A063A010 (диаметр пневмоцилиндра равным D=63 мм, диаметр штока пневмоцилиндраd=16 мм.Стандартное перемещение штока равно 10 мм), представленный на рисунке 2.

Рисунок 2. Модель пневмоцилиндра32M1A063A010 (в разрезе)

Проведем теоретический расчет сил, которые возникают при подаче сжатого воздуха в полости пневмоцилиндра. Сила на штоке при подаче воздуха в бесштоковую область определяется по формуле [1]:

,                                                                                         (1)

где     - коэффициент полезного действия, =0,85;

          - диаметр пневмоцилиндра, мм;

          - давление сжатого воздуха, МПа.

Сила на штоке, при подаче воздуха в штоковую область пневмоцилиндра определяется по формуле:

.                                                                               (2)

где     - диаметр штока пневмоцилиндра, мм.

Подставив числовые данные, получим:

 Н,

 Н.

Используя программное обеспечение FlowSimulation, произведем расчет силы, которая возникает при подаче сжатого воздуха давлением 0,63 МПа в штоковую полость пневмоцилиндра и сравним ее с теоретически рассчитанной.

В программном обеспечении FlowSimulation имеется возможность расчета двух видов задач – внутренней и внешней. В нашем случае, силовая среда – сжатый воздух замкнут в штоковой полости пневмоцилинлдра, поэтому целесообразно использовать внутреннюю задачу для расчета силы.

Далее необходимо сконфигурировать единицы измерения параметров внешней системы по нашему усмотрению. Целесообразно использовать в качестве единицы измерения температуры градусы Цельсия, а остальные параметры оставить без изменения.

В качестве текучей среды целесообразно взять воздух Air, так как в станочном приспособлении используется пневмоцилиндр (см. рисунок 3) [2].

Рисунок 3. Выбор текучей среды

Остальные параметры, которые мастер проекта представит для выбора необходимо оставить без изменения и перейти к непосредственному имитационному моделированию течения сжатого воздуха в силовом приводе станочного приспособления.

По условию работы устройства при закреплении заготовки подача сжатого воздуха происходит в штоковую полость пневмоцилиндра через верхний фитинг. Поэтому для заглушки данного фитинга необходимо задать граничное условие – давление 0,63 МПА (630000 Па) (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Задание граничного условия на входе текучей среды

Далее необходимо задать граничное условие на заглушке фитинга бесштоковой полости пневмоцилиндра [2]. В нашем случае она контактирует с обычным атмосферным давлением, и подача сжатого воздуха в эту область при закреплении не происходит. Таким образом, необходимо ввести значение давления нормальной окружающей среды (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Задание граничного условия на выходе пневмоцилиндра

Основной целью нашего моделирования текучей среды является поиск силы, которую оказывает сжатый воздух на поверхность поршня в штоковой полости. Поэтому необходимо задать единственную цель – сила Х [2] (это проекция силы на ось пневмоцилиндра) (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Задание поверхностной цели исследования

При расчете параметров программа FlowSimulation использует метод конечных элементов, поэтому необходимо сгенерировать сетку конечных элементов (КЭ) в полостях пневмоцилиндра (см. рисунок 7) [2].

Рисунок 7. Сетка КЭ текучей среды (показана желтым)

Далее необходимо произвести расчет и проанализировать получившиеся результаты. В результате произведенного расчета было получено значение цели Силы X равное 1541,764 Н (см. рисунок 8) [2].

Рисунок 8. Значение поверхностной цели – СилаХ

Разница между теоретически рассчитанным значением 1560,82 Н и практически полученным значением 1541,764 Н составляет 1,22%, что находится на уровне погрешности. Рассмотрим эпюру линий потока сжатого воздуха в штоковой полости пневмоцилиндра станочного приспособления (см. рисунок 9).

Рисунок 9. Линии потока сжатого воздуха в штоковой полости пневмоцилиндра

Вывод. В результате произведенного имитационного моделирования течения сжатого воздуха в штоковой полости пневмоцилиндра станочного приспособления было доказано, что программное обеспечение FlowSimulation может быть использовано в расчете силовых параметров пневмоцилиндров и показывает одинаковые результаты с теоретически рассчитанными. Предложенная методика может быть использована в аналогичных расчетах при исследовании пневматических и гидравлических приводов станочных приспособлений, работающих обособленно.

Список литературы:

1. Зубарев. Ю.М. Расчет и проектирование приспособлений в машиностроении: Учебник для студентов вузов/Ю.М. Зубарев. - Санкт-Петербург:Лань, 2015. - 320 с.
2. SolidWorks Flow Simulation Tutorial and Add-in Download EXPLAINED: официальный сайт. – URL: https://sunglass.io/2019-solidworks-flow-simulation-tutorial-and-add-in-download-explained/ (дата обращения: 16.10.2023).