Файл: Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 209

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Таким

образом, крутое восхож дение из точки М О осуществляется в н а ­

правлении

вектора

1 ,7 4 - 0 . 5 *

—3 —k

3 — k

с=

0

,4

+ £

 

— 3

+

0 , 37£

 

— 3

k

 

-f- 3

+ k

Результаты контрольных опытов приведены в табл. 14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

14

 

; П арам етр

*н А

^ост

 

*отл

 

« Г

*н в

 

*дА

О пыт

1

k

1 ........................

4 ,9

0

 

8

 

13

4 ,2

 

5 ,5

Опыт

2

k-

2 ........................

5 ,2

0 ,5

 

7 ,5

 

14,5

4 ,3

 

5,5 5

При

k= 2

получаем kUA=

5,2 (расчет

по формуле

(440)

дает

й „ Л =

5,57).

Р еали зация контрольного опыта показала,

что

при

k= 2,3

нарушается

огра ­

ничение ф5. Поэтом у крутое восхождение

было

прекращ ено

при

k=

2.

Д а л ь ­

нейш ая оптимизация не проводилась ввиду того, что была

получена

 

до с та ­

точно высокая нагрузочная способность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, разработанны й метод

оптимизации позволил

получить

работоспособную конструкцию

элемента

и

увеличить

нагрузочную

способность

с * і[а

3 до h\iл = 5.

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Снижение чувствительности к нагрузке. Существенным недо­

статком струйных элементов, использующих взаимодействие

струи

со

стен­

кой, является чувствительность к нагрузке,

которая

в ы раж ается в

том, что на

давление и расход переключения элемента заметно влияет

нагрузка.

При

этом чем больше сопротивление нагрузки,

тем

меньше

давление

и

расход

срабатывания.

Уменьшение давления срабаты вания

по

мере

увеличения д а в ­

ления на выходе является следствием неправильной организации потоков на выходе (п. 4, гл. V). В соответствии с этим в качестве варьируемых факторов были выбраны смещения пластины с (рис. 157, б) в направлении осей коор­ динат и поворот относительно вертикальной оси, проходящ ей через точку А.

Критерием

качества

служ ила

степень

влияния

нагрузки

на

срабатывание:

 

 

Д р с р =

(Р ср)п

(Р с р )о

. ’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ѵн m ax

 

 

ѵ н m m

 

 

 

 

г д е {POP) QIS

'

с р ) і

 

— давление

срабаты вания при

максимальной

[ шах

"

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и минимальной нагрузке соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

Факторный эксперимент. К ак

показали

предварительные

эксперименты,

при варьировании полож ения указанной

пластины

помимо

 

величины

Дрор

изменяется только

величина

Q (, расхода

на

выходе И. Поэтому задача

сни­

ж ения чувствительности

к нагрузке сводится

к следующей

задаче:

миними­

зировать величину Дрср при следующем

ограничении: Q« ^

40 л/ч.

Схема

конфигурации элемента приведена на рис. 157, б. В качестве

варьируемых

факторов были

выбраны: смещение пластины

с в

направление

оси сопла Хь

смещение в направлении, перпендикулярном оси сопла х 2 и поворот пластины относительно точки F в направлении разделителя х3.

М атрица планирования и результаты экспериментов приведены в табл. 15.

346


Т а б л и ц а 15

рср

И н те р в ал вар ь и р о в а ­

н и я ..............................................

 

О пыт

1. . . . . .. . ..

О пыт

2 ................................

О п ы т

3 ................................

О п ы т

4 ................................

Коэффициенты регрес­

сии при:

 

А р с р .................................

< э „ .....................................

 

-Ѵ0

Х\

*2

*3

при

при

Лрср

Си

 

 

 

 

шах

min

 

 

 

0,08

0,04

32

35

3

37

 

+

+

+

 

+

19

34

15

50 ,8

 

+

 

12,6

33

20,6

50,4

 

 

+

29

34

5

45 ,8

10,9

+ 0 , 9

— 1,9

— 6 ,9

 

 

 

 

46

— 2 ,3

— 2,1

- 4 , 6

 

 

 

----

Ош ибка

опыта

а|Л/?ср} = 0,5;

c r { Q „ } = 2 .

Уровень

значимости

д л я

Дрср

составляет 0,57,

а

д л я Q,,

равен

1,7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к видно,

все

полученные

коэффициенты

значимы.

Таким

образом,

имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z= Дрср = 10,9 -f- 0,9^5 — 1 ,9 х 2— 6 ,9 х 3;

 

 

 

(454)

 

 

 

 

 

 

<3и = 46 — 2 ,3 х , — 2 , 1х2— 4 ,6 х 3 >

40.

 

 

 

(455)

Крутоевосхождение. Нормирую щий множ итель для неравенства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ц = 1 / / 2 , 3 2 + 2 ,1 2 + 4 , 6 2 = 0 ,1 8 .

 

 

 

 

 

Приведя

неравенство

(455)

к

нормальному виду,

получаем:

 

 

 

 

 

 

 

ф = 1 ,0 8 — 0,415x5 — 0 , 38х2— 0 , 83х3 > 0 .

 

 

 

(456)

Таким образом, задача сводится к следующей: минимизировать линейную

форму (454) при условии выполнения неравенства (456).

 

 

 

 

 

Примем

6 =

0,2,

тогда

ф (0)

=

1,08 ^

0,2,

т. е.

исходная

точка

леж ит

внутри

области

работоспособности.

Поэтому крутое

восхождение

из

точки

М ‘°) совершаем

в'направлении градиента

функции z:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

grad = ft

(

 

° ' 9\

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 1,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

— 6 , 9 /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ft

 

< 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

Н ай дем

точку

встречивектора

g ra d z с

поверхностью

фі,

для

чего

в уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ,0 8 — 0,415x5 — 0 , 3 8 х 2— 0,83х3 = 0

 

 

 

 

подставим значения

х, = 0,9ft, х 2 =

— 1,9ft,

х 3 =

—6,9ft.

Получим

ft = —0,16.

В

точке

ЛРЧ

,(—0,09-0,16; 0,16-1,9;

 

0,16 -6,9)

наруш ается

ограничение

(456),

поэтому

необходимо вычислить

направление

 

крутого

восхож дения

с учетом этого

ограничения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23*

347


Д л я

вычисления направления

крутого

восхож дения

решим следующ ую

задачу линейного программирования: максимизировать форму

 

 

 

 

 

 

Л-----0.9£,+ І.9Ы-6.9С*

 

 

 

 

 

при ограничениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 0 , 4 1 5 ^ — 0,38^2 — 0 , 833£3 >

X;

 

 

 

 

 

 

 

15і I <

1;

| С *

І

< і ;

I С з

I <

I

 

 

 

 

Р е ш ая

задачу симплекс-методом, получаем следующее решение:

 

 

 

 

 

Cl----- 1

 

 

 

 

 

Ь - + 1 -

 

 

 

 

Следовательно, восхож дение из точки

М*1) долж но совершаться в

направ

.пенни вектора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ — 0 ,1 4 4

— k\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

0 ,3

 

-k .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V+ i . i

 

+ k j

 

 

 

 

 

 

Контрольные эксперименты дали следующие результаты:

 

 

 

 

 

 

 

k .

.

0 ,5

 

1,0

1,5

 

 

 

 

 

 

 

А р с р -

4

 

 

1

— 4

 

 

 

 

 

 

 

Q H

43

 

41

36

 

 

 

 

 

Результат, полученный при k= 1, удовлетворителен как ho расходам на

выходе, так и по чувствительности к

нагрузке:

давления

срабатывания

при

максимальной и при минимальной нагрузке практически одинаковы.

 

 

Полученные

результаты

п одтверж даю т первоначальное

предположение

(см. п. 4, гл. V)

о том, что

причиной

влияния нагрузки на

срабатывание

я в ­

ляю тся обратные потоки, вытекаю щ ие

из приемного канала. Уравнение (454)

показывает,

что

увеличение

наклона

входной части в сторону атмосферного

к ан ала

на

2° приводит к уменьшению

 

степени

влияния

нагрузки

на 7

мм

вод. ст.

В соответствии с первоначальным предположением такое увеличение

наклона

входной части приемного

канала,

а равно и смещение пластины

в н а ­

правлении, перпендикулярном оси

сопла,

приводят к отводу обратных

пото­

ков в атмосферный к ан ал без соударения с силовой струей.

 

10. Метод оптимизации по минимуму требуемой точности изготовления

Высокая требуемая точность изготовления является сущест­ венным ограничением, сдерживающим развитие миниатюрных элементов струйной автоматики. Поэтому весьма актуальным является отыскание такой конфигурации, которая оставалась бы работоспособной при наибольших допустимых отклонениях гео­ метрических размеров. Отметим, что в литературе отсутствуют объективные данные о требуемой точности изготовления струй­ ных элементов.

Как указывалось выше, условия работоспособности (430) вы­ деляют в факторном пространстве некоторую область работо­ способности. Если принять, что допуски для всех факторов оди-

348


маковы, а поле допуска симметрично относительно номинала, то допустимые значения координат ограничиваются неравенствами:

хйі— öx < х (- < хОІ+ öx,

(456)

где Хоі — номинальное значение координаты хг, ö x — допустимое отклонение координат.

Соотношения (456) определяют в факторном пространстве д-мерный гиперкуб с центром в точке (хоь хо2 , .... Х о ..., х0„) и

ребром, равным 2бх. Элемент работоспособен, если этот гипер­

куб

целиком лежит внутри области работоспособности.

 

В качестве критерия нечувствительности к изменениям разме­

ров

(грубости элемента) примем величину А = 6х. Очевидно,

чем больше А, тем большие отклонения от номинала допускает

конструкция элемента, оставаясь работоспособной.

При решении задачи оптимизации по грубости отклонения размеров малы по сравнению с номинальными значениями. Учи­ тывая это, а также то, что функции отклика для параметров струйных элементов являются гладкими и непрерывными, эти функции с достаточной точностью могут быть аппроксимированы линейными выражениями вида

П

В,- = Ъщ + 'yj)ijxi.

1 = 1

Задача отыскания наиболее грубой конфигурации сводится к отысканию в /г-мерном факторном пространстве точки, наибо­ лее удаленной от границ многогранной области работоспособно­ сти, и формулируется следующим образом.

Пусть дана система условий работоспособности

 

Ф; =

Ч + 2 Ь‘іХі ^

°-

(457)

 

£=1

 

 

Требуется найти точку

в факторном

пространстве,

для ко­

торой

L = max min фДх,-).

X 1 <i-.m

Система (457), очевидно, совместна тогда и только тогда, когда L > 0. L представляет собой расстояние до ближайшей

плоскости от точки (х ', х 2', ..., х^), максимально удаленной от системы плоскостей

ф; = 0 (/ = 1, 2, . . ., т),

и лежащей внутри области работоспособности.

349