Бул изилдөөнүн чыныгы мазмуну кысылган газ менен иштеген эксперименттик Pneumobile унаасынын пневматикалык жетектөө системасын MATLAB/Simulink негизиндеги параметрдик симуляция чөйрөсүндө моделдөө болуп саналат. Модель негизги басым багынан баштап басымды жөнгө салуу, көмөкчү резервуар, клапандар, туташтыргыч элементтер, шлангдар, эки кош аракеттүү пневматикалык цилиндр, рейка-тиштүү механизм, чынжыр берүү, эркин муфталар, чыгыш моменти, дөңгөлөк тартуусу жана унаанын кыймылына чейинки пневматикалык жана механикалык энергия чынжырын бирге көрсөтөт. Изилдөөчүлөр моделдин негизги максатын физикалык прототипке өзгөртүү киргизүүдөн мурда басымды, агымды, күчтү, моментти, айлануу ылдамдыгын жана газ керектөөсүн виртуалдык чөйрөдө изилдөө мүмкүнчүлүгү катары аныкташат.

Референстик механизмде эки кош аракеттүү пневматикалык цилиндр бар. Ар бир цилиндрдин поршень диаметри 100 mm, жүрүш узундугу 320 mm. Поршень таякчаларындагы рейка механизми түз сызыктуу алдыга-артка кыймылды тиштүү жана чынжыр системасы аркылуу чыгышта дайыма бир багыттагы айланууга айлантат. Узартуу жүрүшүндө бир эркин муфта моментти өткөрсө, экинчи муфта бош айланат; кайра тартуу жүрүшүндө алардын милдеттери алмашат. Ошентип эки багыттуу түз сызыктуу поршень кыймылынан бир багыттуу айланма чыгыш алынат.

Булакта эң жогорку уруксат берилген 1 MPa басым жана 100 mm поршень диаметри колдонулуп, бир цилиндрдин теориялык максималдуу күчү болжол менен 7854 N деп эсептелген. 35 mm кадам радиусу менен рейка-тиштүү топтогу теориялык момент болжол менен 275 N·m, ал эми эки актуатор жана берүү катыштары бирге эске алынганда чыгыш валындагы максималдуу теориялык момент 84 N·m деп берилген. Бул маанилер аналитикалык долбоорлоо маанилери; 60 секунддук динамикалык симуляцияда графиктерде көрүнгөн реалдуу убакыттагы күч жана момент ийри сызыктары бул максималдуу теориялык маанилерден төмөн болуп, циклдик түрдө өзгөрөт.

Пневматикалык контур негизги басым багы жана коопсуздук системасы, көмөкчү аба резервуары жана оң-сол актуатор контурларына бөлүнгөн. Өндүрүүчү каталогдорундагы номиналдык агымдардан салыштырмалуу агым кесилиштери эсептелген; негизги коопсуздук контуру үчүн 5,78 mm², көмөкчү резервуар контуру үчүн 10,56 mm², эки актуатор бутагы үчүн өз-өзүнчө 10,56 mm² жана шлангдарды кошкондо бүт система үчүн 2,91 mm² эквиваленттүү салыштырмалуу кесилиш билдирилген. Андан кийин кысылуучу жана муунтулган агымды классикалык Bernoulli ыкмасы жетиштүү көрсөтө албайт деп кабыл алынып, ISO 6358 алкагында sonic conductance \(C\) жана критикалык басым катышы \(b\) маанилери болжол менен чыгарылган.

Моделдин акыркы 60 секунддук симуляциясында газ керектелген сайын негизги бактагы басым төмөндөйт, регулятордон кийинки басым болжол менен 0,6 MPa тегерегинде кармалууга аракет кылынат жана эки пневматикалык цилиндр карама-каршы фазада кайталанган узаруу–кайра тартылуу кыймылын аткарат. Бул күчтөр механикалык берүү аркылуу циклдик дифференциалдык моментке жана дөңгөлөк тартуусуна айланат. Ошентсе да иш көз карандысыз физикалык эксперименттик текшерүүнү бербейт; жыйынтыктардын басымдуу бөлүгү реалдуу компоненттердин каталогдук параметрлерине жана мурдагы Pneumobile долбоорлоруна негизделген симуляция чыгыштары.

Түркия жагынан: Изилдөө Түркияда иштелип чыккан унаада же өнөр жай системасында текшерилген эмес. Ошого карабастан пневматикалык автоматташтыруу, мехатроника, кесиптик жогорку мектеп жана инженердик лабораториялар үчүн реалдуу клапан, цилиндр, түтүк жана трансмиссия параметрлерин бир Simulink моделине бириктирүүсү окуу үчүн пайдалуу мисал түзөт. Түркияда реалдуу пневматикалык унаа же өнөр жай жетеги долбоорунда колдонуу үчүн өндүрүүчүгө тиешелүү чыныгы ISO 6358 параметрлери, агып кетүүлөр, температура өзгөрүүлөрү, сүрүлүү, реалдуу клапан динамикасы, механикалык натыйжалуулуктар жана физикалык прототип өлчөөлөрү менен кошумча калибрлөө жана текшерүү талап кылынат.

Изилдөө чындыгында эмнени карайт?

Оригиналдуу аталышына карабастан изилдөөнүн негизги темасы текшерүү ячейкасы эмес, кысылган газ менен иштеген Pneumobile жетектөө системасынын виртуалдык модели. Изилдөөнүн кириш бөлүмүнөн жыйынтык бөлүмүнө чейин негизги инженердик маселе пневматикалык контур динамикасын механикалык кубат берүүсү менен бир параметрдик модель ичинде бириктирүү болуп саналат.

Изилдөөчүлөр прототип өндүрүүдөн мурда төмөнкү өзгөрмөлөрдү божомолдоону максат кылышат:

• бактагы жана линиялардагы басымдар,
• газ агымы жана керектөөсү,
• пневматикалык цилиндр күчтөрү,
• трансмиссия моменти,
• дифференциалдык чыгыш моменти,
• дөңгөлөк тартуу күчү,
• унаанын ылдамдануусу,
• айлануу ылдамдыгы,
• жалпы жүрүлгөн аралык.

Изилдөөнүн жаңылык дооматы пневматикалык контурду механикалык трансмиссия менен бирге толугу менен параметрдик жана кайра конфигурациялануучу MATLAB/Simulink архитектурасында көрсөтүү болуп саналат.

Референстик Pneumobile механизми кантип иштейт?

Изилдөөдө Technical University of Košice ичинде мурда иштелип чыккан Air Force TUKE Pneumobile 2019 механизми референс катары алынган. 4-беттеги Сүрөт 1 кош аракеттүү пневматикалык цилиндрдин рейка, тиштүү, чынжыр жана вал системасына туташкан үч өлчөмдүү механикалык түзүлүшүн көрсөтөт. Ошол эле беттеги Сүрөт 2 болсо эки эркин муфтанын алдыга жана кайра жүрүштө кезектешип момент өткөргөн трансмиссия түзүлүшүн түшүндүрөт.

Цилиндр алдыга кыймылдаганда рейка тиштүү дөңгөлөктү айлантат. Кыймыл чынжыр аркылуу биринчи валга өткөрүлөт. Бир эркин муфта чыгыш валын оң багытта айдаса, экинчи муфта тескери багытта эркин айланат. Поршень кайра тартылганда аралык валдардын айлануу багыты өзгөрөт, бирок экинчи эркин муфта ишке кирип, чыгыш валын кайра эле ошол оң багытта айдайт.

Бул механикалык түзүлүш аркылуу пневматикалык цилиндрдин алдыга-артка түз сызыктуу кыймылы чыгышта үзгүлтүксүз бир багыттагы айланууга айландырылат.

Теориялык поршень күчү кантип эсептелген?

Поршень күчү поршень аянты менен басымдын көбөйтүндүсү аркылуу эсептелген:

\[ F= \pi \left( \frac{d_{piston}}{2} \right)^2 p_{max} \approx 7854\;N \]

Булакта:

• \(d_{piston}=100\;mm\)
• \(p_{max}=1\;MPa\)

деп берилген.

Рейка-тиштүү механизмде кадам айлампасынын радиусу 35 mm болгондо:

\[ M_k=F\,r\approx275\;N\cdot m \]

жыйынтыгы алынат.

Эки актуатордун механикалык берүү катыштары эске алынганда булакта чыгыш вал үчүн:

\[ M_{k,output}=84\;N\cdot m \]

максималдуу теориялык маани берилет.

Бул үч сан бирдей түрдөгү жыйынтык эмес. 7854 N поршеньдин теориялык максималдуу түз сызыктуу күчүн, 275 N·m бир рейка-тиштүү топтогу теориялык моментти, 84 N·m болсо бардык механикалык берүүдөн кийинки теориялык чыгыш моментин билдирет.

Пневматикалык система кайсы негизги бөлүктөргө бөлүнгөн?

7-беттеги Сүрөт 5 бүт пневматикалык контурду бир диаграммада көрсөтөт. Контур үч негизги топтон турат:

1. негизги басым багы жана коопсуздук/жөнгө салуу системасы,
2. көмөкчү басым резервуары,
3. оң жана сол кош аракеттүү актуатор контурлары.

Бул бөлүнүш кийин Simulink моделинде да сакталган. Ошентип ар бир подсистеманын басым жоготуусу жана агым чектөөсү өзүнчө параметрлер менен көрсөтүлгөн.

Негизги басым багы кантип моделденет?

Физикалык контурдун негизги багы 10 L көлөмүндө жана башында 20 MPa басымдагы азотту камтыйт. Азот булактын түшүндүрмөсү боюнча оңой табылышы жана абага окшош физикалык касиеттерге ээ болушу себептүү жумушчу газ катары тандалган.

Бул жерде булактын ичинде маанилүү жөндөө айырмасы бар. Аналитикалык контур түшүндүрмөсүндө регулятор бактагы басымды:

20 MPa → 1 MPa

деңгээлине түшүрөрү жазылган.

Ал эми Simulink моделинин 2.4.1 бөлүмүндө регулятор:

20 MPa → болжол менен 0,6 MPa

түрүндө моделденген жана Сүрөт 16’дагы жыйынтык графиги да болжол менен 0,6 MPa маанини көрсөтөт.

1 MPa ошондой эле мелдеш эрежелериндеги максималдуу уруксат берилген басым катары теориялык күч эсептөөсүндө колдонулган. Булак аналитикалык контурдагы 1 MPa менен симуляциядагы 0,6 MPa ортосундагы өтүүнү ачык негиздебейт.

Көмөкчү резервуардын милдети эмне?

Негизги регулятордон чыккан газ актуаторлордун учурдук агым талаптарын тең салмактоо үчүн көмөкчү резервуарга жөнөтүлөт. Резервуар ошол эле учурда оң жана сол пневматикалык контурлардын бөлүштүрүү түйүнү.

Бирок резервуар көлөмүндө да булак ичиндеги дал келбестик бар:

• 2.3.2 бөлүмүндө: 25 L,
• 2.4.2 Simulink моделинин түшүндүрмөсүндө: 24 L.

Verianla текстинде бул эки сан бир мааниге айландырылган эмес.

Туташтыргыч элементтердин агымы кантип эсепке алынган?

Клапан, туташтыргыч бөлүк жана шлангдардын ар бири пневматикалык системада басым жоготуусун жаратат. Изилдөөчүлөр өндүрүүчү каталогдорундагы номиналдык агым \(Q_n\) маанилерин салыштырмалуу агым кесилишине айландыруу үчүн:

\[ S=Q_n\times0.018 \]

байланышын колдонушкан.

Ырааттуу туташкан элементтердин бириккен эквиваленттүү кесилиши булакта:

\[ S_{eq}= \sqrt{ \frac{1}{ \frac{1}{S_1^2}+ \frac{1}{S_2^2}+ \frac{1}{S_3^2}+\cdots+ \frac{1}{S_n^2} } } \]

ыкмасы менен эсептелет.

Бул ыкманын натыйжасында негизги коопсуздук тобунун эквиваленттүү кесилиши 5,78 mm² болуп чыккан. Көмөкчү резервуар жана эки актуатор бутагы 10,56 mm² мааниге ээ. Шлангдардын таасири бүт контурга кошулганда жалпы эквиваленттүү чектөө 2,91 mm²'ге түшөт.

Шланг узундугу эмне үчүн маанилүү?

Изилдөө 12 mm тышкы жана 9 mm ички диаметри бар полиуретан шлангдар үчүн ар башка узундуктагы салыштырмалуу кесилиш маанилерин колдонот. Таблица 4’тө 0,5 m узундук үчүн 51,00 mm², 1 m үчүн 43,79 mm² берилген.

1,5 m шланг үчүн түз референстик маани болбогондуктан изилдөөчүлөр чектелген маалымат чекиттеринен болжолдуу ийри сызык түзүп:

38,5 mm²

маанисин баалашкан.

Авторлор бул баалоо чектелген референстик маалыматка негизделерин жана бөлүштүрүлгөн агым каршылыгында кичине четтөөлөрдү жаратышы мүмкүн экенин ачык чектөө катары көрсөтүшөт.

Эмне үчүн Bernoulli эсеби жалгыз жетиштүү деп эсептелген эмес?

Bernoulli жана үзгүлтүксүздүк теңдемелери алгачкы агым баалоосу үчүн колдонулган; бирок пневматикалык клапандарда жана тешиктерде кысылуу, турбуленттүүлүк жана муунтулган агым пайда болушу мүмкүн болгондуктан изилдөөчүлөр кийин ISO 6358 ыкмасына өтүшкөн.

ISO 6358 алкагында эки негизги параметр колдонулган:

• Sonic conductance \(C\): муунтулган агым аймагындагы агым мүмкүнчүлүгү,
• Критикалык басым катышы \(b\): критикалык жана субкритикалык агым режимдеринин ортосундагы чек.

Өндүрүүчүлөр көпчүлүк компоненттер үчүн бул эки параметрди түз бербегендиктен \(C\) номиналдык агымдан болжол менен чыгарылган:

\[ C\approx1.5\frac{Q_n}{P_1} \]

Референстик жогорку басым \(P_1=0,6\;MPa\) катары колдонулган.

Критикалык басым катышы болсо тиешелүү бардык элементтер үчүн:

\[ b=0.3 \]

деп кабыл алынган.

Бул маани өндүрүүчү тарабынан ар бир компонент үчүн өзүнчө өлчөнгөн \(b\) жыйынтыгы эмес; изилдөөнүн моделдик божомолу.

Simulink модели кайсы бөлүктөрдөн турат?

Модель MATLAB 23.2/Simulink, Simscape жана Simscape Fluids колдонулуп төрт негизги функционалдык топко курулган:

1. негизги басым багы жана коопсуздук/жөнгө салуу модели,
2. көмөкчү резервуар модели,
3. эки пневматикалык актуатор модели,
4. клапан жана поршень абалына көз каранды башкаруу логикасы.

Андан кийин өзүнчө Simulink эсептөө блоктору актуатор күчтөрүн механикалык моментке, дөңгөлөк тартуу күчүнө, ылдамданууга, айлануу ылдамдыгына жана аралыкка айландырат.

Эки актуатор эмне үчүн карама-каршы абалда башталат?

Актуатор 1 башында 0 mm, Актуатор 2 болсо 320 mm абалына коюлган. Ошентип бири узарганда экинчиси кайра тартылат жана механизм карама-каршы фазада иштейт.

21-беттеги Сүрөт 18 клапан башкаруу сигналдарынын +1 жана −1 ортосунда карама-каршы фазада которулушун; Сүрөт 19 болсо ага ылайык эки поршеньдин бири-бирине карама-каршы жылыш циклдерин көрсөтөт.

Бул карама-каршы фазалык иш механикалык эркин муфта системасы менен кошулганда чыгыш валында дайыма бир багыттагы момент жаратууну максат кылат.

Клапанды башкаруу логикасы кантип курулган?

Симуляциядагы багыт башкаруу клапанынын P, A, B жана T порттору бар. Башкаруу киргизүүсү:

• \(+1\): P–A жана B–T,
• \(-1\): P–B жана A–T

агым жолдорун активдештирет.

Поршеньдин реалдуу абалы алдын ала белгиленген жүрүш чектери менен салыштырылат. Чет абалга жеткенде клапандын багыты өзгөрөт. S–R Flip-Flop башкаруу абалын эс тутумда сактайт, ал эми Unit Delay блогу кайтарым байланыш жолундагы алгебралык циклди болтурбоо үчүн колдонулган.

Клапан аныктамаларында эмне үчүн ар башка аттар бар?

Булактын ар башка бөлүмдөрүндө клапан конфигурациясы бирдей терминология менен берилген эмес. Бөлүм 2.2’де ар бир актуатор 5/2 багыт башкаруу клапаны менен иштейт деп айтылат. Бөлүм 2.3.3’тө физикалык компонент 5/3 клапан деп сүрөттөлүп, анын эки чыгышы жабылып 3/3 түрүндө иштетилери айтылат. Simulink актуатор моделинде болсо 4-Way 3-Position / 4/3 клапан блогу колдонулат.

Физикалык клапанды Simscape'теги абстракттуу моделге айлантуу техникалык жактан мүмкүн болсо да, булак бул ар башка аныктамаларды ачык порт дал келтирүү таблицасы менен байланыштырып бербейт. Ошондуктан Verianla текстинде үч билдирүү тең булак ичиндеги моделдөө айырмасы катары сакталган.

60 секунддук симуляцияда бак басымы кантип өзгөрөт?

Сүрөт 15’те негизги бактагы басым башында болжол менен 20 MPa жана система толуп, актуаторлор азот керектеген сайын 60 секунд бою үзгүлтүксүз төмөндөйт. Графиктин аягында басым болжол менен 12 MPa тегерегине жакындайт.

Бул маани графиктен болжолдуу окулат; булак таблица түрүндө так 60-секундадагы санды бербейт.

Регулятор чыгышында эмне болот?

Сүрөт 16’да регулятордон кийинки басым баштапкы өткөөлдөн соң тез арада болжол менен 0,6 MPa деңгээлине жетип, майда периоддук термелүүлөр менен ушул деңгээлде кармалат.

Бул график симуляцияда колдонулган реалдуу регулятор максаты аналитикалык бөлүмдөгү 1 MPa билдирүүсүнөн айырмаланарын түз көрсөтөт.

Агым графигиндеги булак ичиндеги дал келбестик эмне?

Текст Сүрөт 17’ни түшүндүрүп жатып башында болжол менен 100 L/мин мааниге жеткен кескин чоку бар экенин айтат.

Бирок Сүрөт 17’нин көрүнгөн y огу 0–1600 L/мин диапазонунда жана баштапкы өткөөл жооп болжол менен 1500 L/мин деңгээлинен башталып тез төмөндөйт. Болжол менен 100 L/мин деңгээли биринчи өткөөлдөн кийинки периоддук иш аймагына жакыныраак көрүнөт.

Демек “баштапкы чоку ≈100 L/мин” билдирүүсү графикке туура келбейт. Verianla бул маанини графиктен жаңы так сан менен алмаштырган эмес.

Актуатор күчү жана дифференциалдык момент кандай өзгөрөт?

Сүрөт 20’да эки карама-каршы пневматикалык жүрүштөн чыккан жалпы актуатор күчү үзгүлтүксүз циклдер менен өсүп-төмөндөйт. Күч графиги теориялык 7854 N максимумдан төмөн.

Сүрөт 21’де ошол эле циклдик түзүлүш дифференциалдык моментте көрүнөт. Графикте момент болжол менен 25–80 N·m диапазонунда периоддук өзгөргөндө, аналитикалык максималдуу чыгыш мааниси 84 N·m деп берилген.

Бул жыйынтык механизм эки карама-каршы актуатор менен оң чыгыш моментин сактаганына карабай момент туруктуу эмес, жүрүш циклине жараша термелип турарын көрсөтөт.

Сүрөт 22–25 эмне үчүн этият окулушу керек?

Жыйынтык бөлүмүндөгү акыркы төрт график булак ичинде көрүнүктүү сүрөт–коштомо жазуу дал келбестигин камтыйт.

• Сүрөт 22 “Wheel traction forces over time” деп аталган; бирок көрүнгөн y огу “Vehicle acceleration [m/s²]”.
• Сүрөт 23 “Vehicle acceleration over time” деп аталган; бирок көрүнгөн y огу “Tractive force on the driven wheel [N]”.
• Сүрөт 24 “Rotational speed of the drivetrain over time” аталышын алып жүрөт, бирок көрүнгөн графиктин огу “Distance [m]”.
• Сүрөт 25 “Total distance traveled over time” аталышын алып жүрөт, бирок көрүнгөн y огу “Rotational speed [rev/s]”.

Графиктин октору жыйынтыктар кайсы физикалык өзгөрмөнү билдирерин күчтүү көрсөтсө да, булакта сүрөт номерлери жана коштомо жазуулар дал ушундай басылган. Ошондуктан Verianla аларды үнсүз кайра номерлеген эмес.

Модель чындап энергия натыйжалуулугун өлчөйбү?

Модель газ керектөөсү, агым чектөөлөрү, басым жоготуулары жана механикалык чыгыш ортосундагы байланыштарды изилдөө үчүн түзүлгөн; ошондуктан энергия башкаруу жана натыйжалуулукту оптималдаштыруу үчүн колдонула турган инфраструктура берет.

Бирок изилдөөдө бүт система үчүн кириш энергиясы менен пайдалуу механикалык чыгыш энергиясынан эсептелген бирдиктүү эксперименттик жалпы энергия натыйжалуулугунун пайызы берилген эмес. “Energy-efficient” деген сөз оптималдаштыруу максатын жана долбоорлоо ыкмасын билдирет; изилдөөнүн белгилүү бир пайыз менен далилденген акыркы натыйжалуулук жыйынтыгы эмес.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Реалдуу Pneumobile компонент параметрлерине негизделген модулдук MATLAB/Simulink–Simscape Fluids модели түзүлгөн.
• Диаметри 100 mm, жүрүшү 320 mm болгон эки кош аракеттүү пневматикалык цилиндр моделденген.
• 1 MPa теориялык максималдуу басымда бир поршень күчү болжол менен 7854 N деп эсептелген.
• Рейка-тиштүү топтогу теориялык момент болжол менен 275 N·m деп эсептелген.
• Берүүдөн кийинки теориялык максималдуу чыгыш моменти 84 N·m деп берилген.
• Пневматикалык подсистемалардын номиналдык агымдарынан эквиваленттүү агым чектөөлөрү эсептелген.
• Бүт контурдун шлангдарды кошкондогу эквиваленттүү салыштырмалуу кесилиши 2,91 mm² деп эсептелген.
• ISO 6358 ыкмасы боюнча sonic conductance жана критикалык басым катыштары болжол менен моделге кошулган.
• 60 секунддук симуляцияда бак басымы, регулятор басымы, агым, поршень абалы, күч жана моменттин динамикалык жүрүм-туруму алынган.
• Эки актуатордун карама-каршы фазада иштөөсү моделдин ичинде туруктуу аткарылган.

Изилдөө колдобогон же түз текшербеген жыйынтыктар

• Изилдөө универсалдуу текшерүү ячейкаларынын өндүрүмдүүлүгүн эксперименттик баалабайт.
• Бул изилдөөдө түзүлгөн Simulink моделинин жыйынтыктары жаңы физикалык Pneumobile эксперименти менен түз салыштырылган эмес.
• Реалдуу унаада өлчөнгөн 84 N·m үзгүлтүксүз чыгыш момент көрсөтүлгөн эмес; 84 N·m теориялык долбоорлоо мааниси.
• Модель бардык реалдуу агып кетүүлөрдү, температура өзгөрүүлөрүн жана механикалык жоготууларды толугу менен көрсөтөрүн далилдебейт.
• Бүт система үчүн эксперименттик жалпы энергия натыйжалуулугунун пайызы берилген эмес.
• 1,5 m шланг параметри түз өлчөө эмес, чектелген референстик маалыматтан алынган жакындатуу.
• Ар бир компоненттин чыныгы ISO 6358 критикалык басым катышы өзүнчө эксперимент менен өлчөнгөн эмес; \(b=0,3\) деп болжолдонгон.
• Симуляция жыйынтыгы реалдуу унаа жүрүү аралыгынын текшерилген талаа өлчөөсү эмес.
• Өзгөрмө жол эңкейиши, реалдуу айдоо жүгү жана адаптивдүү аба башкаруу учурдагы моделдин негизги текшерүүсүндө сыналган эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Табылгалары

Негизги физикалык жана симуляция параметрлери

Аналитикалык күч жана момент жыйынтыктары

Негизги коопсуздук контурындагы агым элементтери

Негизги бактан кийин жабуучу клапан, туташтыргыч бөлүктөр, жөнгө салуу блогу, кайчылаш туташтыргыч, коопсуздук клапаны, манометр линиясы, тез чыгаруу клапаны жана үн баскыч сыяктуу компоненттер бар. Өндүрүүчүнүн номиналдык агымдары болжол менен 131 L/мин менен 8443 L/мин арасында өзгөрөт.

Ырааттуу негизги агым жолунда колдонулган элементтерден эсептелген эквиваленттүү салыштырмалуу кесилиш:

\[ \sum S_1=5.78\;mm^2 \]

деп берилген.

Көмөкчү резервуар контуру

Көмөкчү резервуардын киришинде 3/2 жабуучу клапан жана туташтыргыч элементтер бар. Санариптик PE5 басым сенсору резервуардын ички басымын көзөмөлдөйт.

Бул бөлүм үчүн:

\[ \sum S_2=10.56\;mm^2 \]

эсептелген.

Актуатор контурлары

Ар бир пневматикалык цилиндрдин эки тарабы өзүнчө клапан жолдору менен азыктанат. Физикалык CD12 компоненти булак таблицасында 5/3 клапан деп көрсөтүлүп, номиналдык агымы 3800 L/мин деп берилген.

Сол жана оң актуатор азыктандыруу бутактарынын эсептелген эквиваленттүү маанилери:

\[ \sum S_3=10.56\;mm^2 \]

\[ \sum S_4=10.56\;mm^2 \]

деп билдирилген.

Бүт контурдун эквиваленттүү кесилиши

0,5 m, 1 m жана 1,5 m шланг бөлүктөрүнүн агым чектөөлөрү да кошулганда:

\[ \sum S_{total}=2.91\;mm^2 \]

жыйынтыгы алынган.

Бул жыйынтык өзүнчө подсистемалар жогорку агым мүмкүнчүлүгүнө ээ болгонуна карабай көптөгөн ырааттуу элементтер жана шлангдар бүт система боюнча жалпы чектөөнү көбөйтөрүн көрсөтөт.

ISO 6358 параметрлери

Булакта тандалган айрым sonic conductance маанилери төмөнкүдөй:

Бардык \(b\) маанилеринин 0,3 болушу эксперименттик түрдө бул компоненттердин баарында бирдей маани өлчөнгөн дегенди билдирбейт; бул изилдөөнүн жалпы моделдик божомолу.

Негизги бактын Simscape модели

14-беттеги Сүрөт 7’де негизги бак модели төмөнкү негизги блокторду камтыйт:

• Gas Properties,
• Constant Volume Chamber,
• Perfect Insulator,
• Pressure Sensor,
• Orifice,
• Pressure Reducing Valve,
• Pipe,
• Solver Configuration,
• Scope жана Display блоктору.

Модель бактын 20 MPa баштапкы басымы менен регулятордон кийинки басым айырмасын чогуу көзөмөлдөйт.

Көмөкчү резервуардын Simscape модели

15-беттеги Сүрөт 8 регулятор чыгышынан көмөкчү бакка чейинки түтүк, тешик, агым сенсору, басым сенсору жана туруктуу көлөм камерасы блокторун көрсөтөт. Бул моделде көмөкчү бак 24 L деп аныкталган; аналитикалык контур түшүндүрмөсүндөгү 25 L маанисинен айырмаланат.

Актуатордун Simscape модели

16-беттеги Сүрөт 9’да кош аракеттүү пневматикалык актуатор, эки камера басымын өлчөө, клапан, атмосфера резервуары, трансляциялык сүрүлүү, поршень/рейка массасы жана абал чыгышы бир физикалык модель ичинде байланышкан.

Алдыга жана артка багыттагы теориялык күчтөр эки цилиндр камерасынын учурдук басымдарынан эсептелет.

Башкаруу системасы

17-беттеги Сүрөт 10 поршень абалына негизделген которуу логикасын көрсөтөт. Compare To Constant блоктору чет абалдарды аныктайт. S–R Flip-Flop клапандын учурдагы абалын сактайт. Unit Delay алгебралык циклди болтурбайт.

Булак бул башкаруу тышкы татаал контроллерге муктаж болбой поршень абалы аркылуу өз алдынча цикл түзүшүн моделдин артыкчылыктарынын бири деп баалайт.

Пневматикадан унаа кыймылына өтүү

18–19-беттердеги Сүрөт 11–14 эсептөө чынжырын баскыч-баскыч көрсөтөт:

1. цилиндрдин алдыга/артка күчтөрү бириктирилет,
2. тиштүү жана чынжыр катыштары аркылуу вал моменти эсептелет,
3. дифференциалдык чыгыш алынат,
4. дөңгөлөк тартуу күчү эсептелет,
5. унаа ылдамдануусуна айландырылат,
6. поршень абалынан валдын айлануу ылдамдыгы чыгарылат,
7. жалпы дөңгөлөк айлануусу жана жылыш интегралдоо менен алынат.

60 секунддук симуляциянын негизги байкоолору

Эсептөө чыгымы

Авторлор моделдин деталдуу физикалык түзүлүшү олуттуу эсептөө чыгымын жаратат деп белгилешет. Реалдуу системанын бир нече мүнөт убактысын симуляциялоо solver жөндөөлөрүнө жана жабдыкка жараша бир нече саат эсептөө убактысын талап кылышы мүмкүн.

Бул жагдай моделдин физикалык деталдуулугу менен тез оптималдаштыруу ортосунда компромисс бар экенин көрсөтөт.

Сандык туруктуулук көйгөйлөрү

Айрыкча кайтарым байланыш жана логикалык которуу блоктору алгебралык циклдерди жаратышы мүмкүн. Изилдөөчүлөр Unit Delay сыяктуу кечигүү элементтери жана ылайыктуу solver конфигурациясы менен бул көйгөйдү азайткан.

Моделдин тактыгы кол менен киргизилген:

• шланг кесилиштери,
• туташуу жоготуулары,
• клапан касиеттери,
• цилиндр параметрлери,
• тиштүү катыштары

сыяктуу маалыматтарга түз көз каранды.

Келечектеги иштер

Изилдөөчүлөр кийинки баскычтарда адаптивдүү же PID негизиндеги клапан башкаруусун, өзгөрмө айдоо сценарийлерин, эңкейиш шарттарын, өркүндөтүлгөн кысылган аба башкаруусун, MATLAB Workspace негизиндеги деталдуу оптималдаштырууну жана Simscape Multibody менен механикалык кыймылды визуалдаштырууну сунушташат.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук оригинал изилдөө аталышы: Design and Optimization of Universal Inspection Cells with Energy-Efficient Pneumatic Actuation

Аталыш–мазмун эскертүүсү: Оригинал аталыш булакта дал ушул түрдө берилген жана өзгөртүлгөн эмес. Бирок илимий иштин негизги бөлүгү “Universal Inspection Cells” жөнүндө эмес, Air Force TUKE Pneumobile пневматикалык унаа жетектөө системасын моделдөө жана симуляциялоо жөнүндө. Аталыштагы тема менен макаланын чыныгы ыкмасы жана жыйынтыктарынын ортосундагы бул ачык дал келбестик булак иштин өзүндө бар.

Авторлор: Marek Sukop, Rudolf Jánoš, Jakub Brna, Jaroslav Melko.

Авторлордун тартиби: Булакта берилген тартип өзгөртүлбөй сакталган.

Тең биринчи / тең салым: Булакта тең биринчи же тең салым тууралуу билдирүү жок.

Жооптуу автор: Rudolf Jánoš.

Мекеме: Faculty of Mechanical Engineering, Department of Production Technology and Robotics, Technical University of Kosice, Košice, Slovakia.

Булактын түрү: Рецензияланган изилдөө макаласы; пневматикалык жетектөө, аналитикалык параметр баалоо жана MATLAB/Simulink–Simscape Fluids негизиндеги инженердик симуляция.

Журнал: Actuators.

Басмакана: MDPI.

Библиографиялык маалымат: Actuators 2026, 15(1), 36.

Макала номери: 36.

DOI: 10.3390/act15010036.

Расмий жарыя шилтемеси:https://doi.org/10.3390/act15010036

Жөнөтүлгөн күнү: 24 Ноябрь 2025.

Кайра каралган күнү: 18 Декабрь 2025.

Кабыл алынган күнү: 26 Декабрь 2025.

Жарыяланган күнү: 6 Январь 2026.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Каржылоо: Slovak Grant Agency VEGA 1/0294/24 “Research and development of a multi-robotic system with distributed intelligence in the cloud” долбоору жана 043TUKE-4/2024 “Creating promising educational tools for the field of additive manufacturing with the implementation of progressive virtual reality elements” долбоору тарабынан колдоого алынганы билдирилген.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилдөөнүн оригинал салымдары макала ичинде берилгени, кошумча суроолор тиешелүү авторлорго жөнөтүлүшү мүмкүн экени айтылган.

Кызыкчылыктар кагылышы: Авторлор кызыкчылыктар кагылышы жок экенин билдиришкен.

Автор салымдары: Концептуалдаштыруу M.S. жана J.B.; методология M.S. жана R.J.; программалык камсыздоо M.S.; текшерүү R.J.; маалыматтарды уюштуруу J.M.; карап чыгуу жана редакциялоо J.B.; визуалдаштыруу J.B.; кеңеш берүү M.S. деп билдирилген.

Илимий мазмун чеги: Бул Verianla жазуусундагы цилиндр геометриялары, бак басымдары, агым параметрлери, теңдемелер, Simulink блоктору, күч жана момент эсептери, 60 секунддук симуляция табылгалары жана чектөөлөр изилденген булак ишке гана негизделет. Библиографиялык идентификацияны текшерүүдөн башка тышкы булактардан жаңы илимий жыйынтык кошулган эмес.

Булак ичиндеги маанилүү дал келбестиктер

• Аталыш–мазмун дал келбестиги: Оригинал аталыш универсалдуу текшерүү ячейкалары жөнүндө айтса, иштин баары пневматикалык унаа жетектөө модели.
• Регулятор басымы: Аналитикалык түшүндүрмөдө 20 MPa-дан 1 MPa'га түшүрүү, Simulink моделинде жана жыйынтыктарда болжол менен 0,6 MPa максат колдонулат.
• Көмөкчү резервуар көлөмү: Аналитикалык бөлүмдө 25 L, Simulink моделинде 24 L берилген.
• Клапан аныктамасы: Изилдөөнүн ар башка бөлүмдөрүндө 5/2, өзгөртүлгөн 5/3→3/3 жана 4/3 клапан аныктамалары колдонулган; алардын моделдик дал келүүсү ачык берилген эмес.
• Сүрөт 17 агымы: Түшүндүрмө баштапкы чокуну болжол менен 100 L/мин деп айтса, көрүнгөн график башында болжол менен 1500 L/мин деңгээлиндеги кыйла чоң өткөөлдү көрсөтөт.
• Сүрөт 22: Коштомо жазуу дөңгөлөк тартуу күчү десе, көрүнгөн y огу унаа ылдамдануусу.
• Сүрөт 23: Коштомо жазуу унаа ылдамдануусу десе, көрүнгөн y огу дөңгөлөк тартуу күчү.
• Сүрөт 24: Коштомо жазуу айлануу ылдамдыгы десе, көрүнгөн y огу аралык.
• Сүрөт 25: Коштомо жазуу жалпы аралык десе, көрүнгөн y огу айлануу ылдамдыгы.

Текшерүү чеги: Изилдөөчүлөр модель физикалык жүрүм-турумду реалисттик көрсөтөт жана мурдагы эксперименттик/теориялык иштер менен шайкеш деп эсептешет. Бирок бул макалада моделдин чыгыштары ошол эле иш шарттарындагы жаңы физикалык Pneumobile эксперименттик топтому менен системалуу ката анализи же эксперимент–симуляция салыштыруусу аркылуу берилген эмес. Ошондуктан симуляция “текшерилген реалдуу унаа өндүрүмдүүлүгү” деген жыйынтыкка алып барбашы керек.

Энергия натыйжалуулугунун чеги: Изилдөө кысылган аба керектөөсүн жана системанын параметрлерин оптималдаштыруу үчүн модель берет; бирок бүт жетектөө чынжыры үчүн эксперименттик өлчөнгөн бир жалпы энергия натыйжалуулугунун пайызын билдирбейт.