Мазмуни воқеии ин таҳқиқот моделсозии системаи гардонандаи пневматикии як мошини таҷрибавии Pneumobile, ки бо гази фишурдашуда кор мекунад, дар муҳити параметрии симулятсияи MATLAB/Simulink мебошад. Модел тамоми занҷири пневматикӣ ва механикии энергияро аз зарфи асосии фишор оғоз намуда, танзими фишор, резервуари ёрирасон, клапанҳо, пайвасткунакҳо, шлангҳо, ду силиндраи пневматикии дутарафа, механизми рейка-ғилдирак, интиқоли занҷирӣ, муфтаҳои озод, моменти баромад, кашиши чарх ва ҳаракати мошинро якҷо ифода мекунад. Муҳаққиқон ҳадафи асосии моделро имкони таҳқиқи фишор, дебит, қувва, момент, суръати гардиш ва истеъмоли газ дар муҳити виртуалӣ пеш аз ворид кардани тағйирот ба прототипи физикӣ муайян мекунанд.

Дар механизми истинодӣ ду силиндраи пневматикии дутарафа мавҷуд аст. Диаметри поршени ҳар силиндр 100 mm ва дарозии ҳаракат 320 mm аст. Механизми рейка дар штокҳои поршен ҳаракати хаттии пешу ақибро тавассути системаи ғилдирак ва занҷир ба гардиши баромади доимӣ дар як самт табдил медиҳад. Дар ҳаракати дарозшавӣ як муфтаи озод моментро интиқол медиҳад ва муфтаи дигар озод мегардад; дар ҳаракати бозгашт вазифаҳо иваз мешаванд. Ҳамин тавр, аз ҳаракати хаттии дуҷонибаи поршен баромади гардишии яксамта ба даст меояд.

Дар манбаъ бо истифода аз фишори максималии иҷозашудаи 1 MPa ва диаметри поршени 100 mm қувваи максималии назариявии як силиндр тақрибан 7854 N ҳисоб шудааст. Бо радиуси қадами 35 mm моменти назариявӣ дар гурӯҳи рейка-ғилдирак тақрибан 275 N·m ва ҳангоми якҷо ба назар гирифтани ду актуатор ва таносубҳои интиқол моменти максималии назариявӣ дар меҳвари баромад 84 N·m дода шудааст. Инҳо қиматҳои тарроҳии аналитикӣ мебошанд; дар симулятсияи динамикии 60-сонияӣ каҷҳои қувва ва моменти вақти воқеӣ, ки дар графикҳо дида мешаванд, аз ин қиматҳои максималии назариявӣ пасттаранд ва ба таври даврӣ тағйир меёбанд.

Контури пневматикӣ ба зарфи асосии фишор ва системаи бехатарӣ, резервуари ёрирасони ҳаво ва контурҳои актуатори росту чап ҷудо шудааст. Аз дебитҳои номиналии каталогҳои истеҳсолкунанда буришҳои нисбии ҷараён ҳисоб шуда, барои контури асосии бехатарӣ 5,78 mm², барои контури резервуари ёрирасон 10,56 mm², барои ҳар яке аз ду шохаи актуатор 10,56 mm² ва барои тамоми система бо шлангҳо 2,91 mm² буриши нисбии эквивалентӣ гузориш шудааст. Баъдан бо эътирофи он ки ҷараёни фишурдашаванда ва буғишуда бо равиши классикии Bernoulli ба қадри кофӣ ифода намешавад, дар доираи ISO 6358 қиматҳои sonic conductance \(C\) ва таносуби критикии фишор \(b\) тақрибан ҳосил карда шудаанд.

Дар симулятсияи ниҳоии 60-сонияии модел фишори зарфи асосӣ бо истеъмоли газ коҳиш меёбад, фишори пас аз регулятор тақрибан дар атрофи 0,6 MPa нигоҳ дошта мешавад ва ду силиндраи пневматикӣ ҳаракати такрории дарозшавӣ-бозгаштро дар фазаҳои муқобил иҷро мекунанд. Ин қувваҳо тавассути интиқоли механикӣ ба моменти даврии дифференсиалӣ ва кашиши чарх табдил меёбанд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот тасдиқи мустақили физикии таҷрибавӣ пешниҳод намекунад; қисми зиёди натиҷаҳо баромадҳои симулятсия мебошанд, ки ба параметрҳои каталоги ҷузъҳои воқеӣ ва тарҳҳои қаблии Pneumobile такя мекунанд.

Аз нуқтаи назари Туркия: Таҳқиқот дар мошин ё системаи саноатии дар Туркия таҳияшуда тасдиқ нашудааст. Бо вуҷуди ин, барои автоматизатсияи пневматикӣ, мехатроника, коллеҷҳои касбӣ ва лабораторияҳои муҳандисӣ он намунаи омӯзандаест, ки параметрҳои воқеии клапан, силиндр, қубур ва трансмиссияро дар як модели Simulink муттаҳид мекунад. Барои истифода дар тарҳи воқеии мошини пневматикӣ ё гардонандаи саноатӣ дар Туркия, параметрҳои воқеии ISO 6358-и махсуси истеҳсолкунанда, ихроҷҳо, тағйироти ҳарорат, соиш, динамикаи воқеии клапан, самаранокиҳои механикӣ ва ченкуниҳои прототипи физикӣ бояд алоҳида калибр ва тасдиқ карда шаванд.

Таҳқиқот воқеан чиро меомӯзад?

Бар хилофи сарлавҳаи аслӣ, мавзӯи асосии таҳқиқот ҳуҷайраи назоратӣ нест, балки модели виртуалии системаи гардонандаи Pneumobile, ки бо гази фишурдашуда кор мекунад мебошад. Аз муқаддима то хулоса масъалаи асосии муҳандисӣ муттаҳид кардани динамикаи контури пневматикӣ ва интиқоли қувваи механикӣ дар як модели параметрӣ мебошад.

Муҳаққиқон махсусан пеш аз сохтани прототип мехоҳанд тағйирёбандаҳои зеринро пешгӯӣ кунанд:

• фишорҳои зарф ва хат,
• дебит ва истеъмоли газ,
• қувваҳои силиндрҳои пневматикӣ,
• моменти трансмиссия,
• моменти баромади дифференсиалӣ,
• қувваи кашиши чарх,
• шитоби мошин,
• суръати гардиш,
• масофаи умумии ҳаракат.

Даъвои навоварии таҳқиқот ин аст, ки контури пневматикӣ ҳамроҳ бо трансмиссияи механикӣ дар меъмории пурра параметрӣ ва аз нав танзимшавандаи MATLAB/Simulink ифода шудааст.

Механизми истинодии Pneumobile чӣ гуна кор мекунад?

Дар таҳқиқот механизми Air Force TUKE Pneumobile 2019, ки қаблан дар Technical University of Košice таҳия шудааст, ҳамчун истинод гирифта шудааст. Расми 1 дар саҳифаи 4 сохтори механикии сеандозаро нишон медиҳад, ки силиндраи пневматикии дутарафа ба рейка, ғилдирак, занҷир ва системаи меҳварҳо пайваст аст. Расми 2 дар ҳамон саҳифа тартиби трансмиссияро шарҳ медиҳад, ки дар он ду муфтаи озод дар ҳаракати пеш ва бозгашт навбат ба навбат момент интиқол медиҳанд.

Вақте силиндр пеш меравад, рейка ғилдиракро мегардонад. Ҳаракат тавассути занҷир ба меҳвари аввал интиқол дода мешавад. Як муфтаи озод меҳвари баромадро ба самти мусбат меронад, муфтаи дигар бошад ба самти баръакс озод мегардад. Вақте поршен бозпас кашида мешавад, самти гардиши меҳварҳои миёна тағйир меёбад, аммо муфтаи дуюми озод фаъол шуда, меҳвари баромадро боз ба ҳамон самти мусбат меронад.

Бо шарофати ин тартиби механикӣ ҳаракати хаттии пешу ақиби силиндраи пневматикӣ дар баромад ба гардиши доимии яксамта табдил меёбад.

Қувваи назариявии поршен чӣ гуна ҳисоб шуд?

Қувваи поршен аз ҳосили зарби майдони поршен ба фишор ҳисоб шудааст:

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

Дар манбаъ:

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

дода шудааст.

Ҳангоми радиуси доираи қадами 35 mm дар механизми ғилдирак-рейка:

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

натиҷа ба даст меояд.

Бо ба назар гирифтани таносубҳои механикии интиқоли ду актуатор, манбаъ барои меҳвари баромад:

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

қимати максималии назариявӣ медиҳад.

Ин се адад як навъи натиҷа нестанд. 7854 N қувваи хаттии максималии назариявии поршен, 275 N·m моменти назариявии як ҷуфти рейка-ғилдирак ва 84 N·m моменти назариявии баромад пас аз тамоми интиқоли механикиро ифода мекунад.

Системаи пневматикӣ ба кадом қисмҳои асосӣ ҷудо шудааст?

Расми 5 дар саҳифаи 7 тамоми контури пневматикиро дар як диаграмма нишон медиҳад. Контур аз се гурӯҳи асосӣ иборат аст:

1. зарфи асосии фишор ва системаи бехатарӣ/танзим,
2. резервуари ёрирасони фишор,
3. контурҳои актуатори дутарафаи рост ва чап.

Ин ҷудокуниро баъдан дар модели Simulink низ нигоҳ доштаанд. Ҳамин тавр, талафи фишор ва маҳдудияти ҷараёни ҳар зерсистема бо параметрҳои ҷудогона ифода шудааст.

Зарфи асосии фишор чӣ гуна моделсозӣ мешавад?

Зарфи асосии контури физикӣ ҳаҷми 10 L дорад ва дар оғоз дорои нитрогени фишурдаи 20 MPa мебошад. Ба гуфтаи манбаъ, нитроген барои дастрасии осон ва хусусиятҳои физикии монанд ба ҳаво ҳамчун гази корӣ интихоб шудааст.

Дар ин ҷо фарқи муҳими танзими дохили манбаъ вуҷуд дорад. Дар тавсифи аналитикии контур навишта шудааст, ки регулятор фишори зарфро аз:

20 MPa → 1 MPa

кам мекунад.

Аммо дар бахши 2.4.1-и модели Simulink регулятор ҳамчун:

20 MPa → тақрибан 0,6 MPa

моделсозӣ шудааст ва графики натиҷаи Расми 16 низ тақрибан 0,6 MPa нишон медиҳад.

1 MPa инчунин ҳамчун фишори максималии иҷозашуда дар қоидаҳои мусобиқа барои ҳисоби қувваи назариявӣ истифода шудааст. Манбаъ гузариш байни 1 MPa дар контури аналитикӣ ва 0,6 MPa дар симулятсияро возеҳ асоснок намекунад.

Вазифаи резервуари ёрирасон чист?

Газе, ки аз регулятори асосӣ мебарояд, барои мувозинат кардани талаботи фаврии дебити актуаторҳо ба резервуари ёрирасон фиристода мешавад. Резервуар ҳамчунин гиреҳи тақсимоти контурҳои пневматикии рост ва чап мебошад.

Аммо дар ҳаҷми резервуар низ номувофиқии дохилии манбаъ вуҷуд дорад:

• дар бахши 2.3.2: 25 L,
• дар тавсифи модели Simulink 2.4.2: 24 L.

Дар матни Verianla ин ду адад ба як қимат муттаҳид нашудаанд.

Ҷараёни унсурҳои пайвасткунӣ чӣ гуна ба ҳисоб гирифта шуд?

Ҳар як клапан, пайвасткунак ва шланг дар системаи пневматикӣ талафи фишор ба вуҷуд меорад. Муҳаққиқон барои табдил додани қиматҳои дебити номиналии \(Q_n\) аз каталогҳои истеҳсолкунанда ба буриши нисбии ҷараён муносибати:

\[ S=Q_n\times0.018 \]

ро истифода карданд.

Буриши эквивалентии якҷояи унсурҳои пайдарпай пайвастшуда бошад дар манбаъ бо:

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

ҳисоб шудааст.

Бо ин усул буриши эквивалентии гурӯҳи асосии бехатарӣ 5,78 mm² ёфт шудааст. Резервуари ёрирасон ва ду шохаи актуатор 10,56 mm² доранд. Вақте таъсири шлангҳо ба тамоми контур илова мешавад, маҳдудияти умумии эквивалентӣ то 2,91 mm² паст мешавад.

Чаро дарозии шланг муҳим аст?

Таҳқиқот барои шлангҳои полиуретании диаметри берунии 12 mm ва дохилии 9 mm қиматҳои буриши нисбиро барои дарозиҳои гуногун истифода мебарад. Дар Ҷадвали 4 барои дарозии 0,5 m 51,00 mm² ва барои 1 m 43,79 mm² дода шудааст.

Азбаски барои шланги 1,5 m қимати истинодии мустақим вуҷуд надошт, муҳаққиқон аз нуқтаҳои маҳдуди маълумот каҷи тахминӣ сохта, қимати:

38,5 mm²

ро тахмин карданд.

Муаллифон ошкоро инро маҳдудият мешуморанд ва мегӯянд, ки ин тахмин ба маълумоти маҳдуди истинодӣ такя мекунад ва метавонад дар муқовимати тақсимшудаи ҷараён инҳирофҳои хурд ба вуҷуд орад.

Чаро танҳо ҳисоби Bernoulli кофӣ дониста нашуд?

Муодилаҳои Bernoulli ва давомнокӣ барои арзёбии аввалияи ҷараён истифода шуданд; аммо азбаски дар клапанҳо ва сӯрохиҳои пневматикӣ фишурдашавӣ, турбулентӣ ва ҷараёни буғишуда метавонанд ба вуҷуд оянд, муҳаққиқон баъдан ба равиши ISO 6358 гузаштанд.

Дар доираи ISO 6358 ду параметри асосӣ истифода шудааст:

• Sonic conductance \(C\): иқтидори ҷараён дар минтақаи буғишуда,
• Таносуби критикии фишор \(b\): сарҳад байни режимҳои ҷараёни критикӣ ва зери-критикӣ.

Азбаски аксари истеҳсолкунандагон барои ҳар компонент ин ду параметрро мустақим намедиҳанд, \(C\) аз дебити номиналӣ тахминан ҳосил шудааст:

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

Фишори болоии истинодӣ ҳамчун \(P_1=0,6\;MPa\) истифода шудааст.

Таносуби критикии фишор барои ҳамаи унсурҳои дахлдор:

\[ b=0.3 \]

қабул шудааст.

Ин қимат натиҷаи \(b\)-и алоҳида ченшуда аз ҷониби истеҳсолкунанда барои ҳар ҷузъ нест; он фарзияи модели таҳқиқот аст.

Модели Simulink аз кадом қисмҳо иборат аст?

Модел бо MATLAB 23.2/Simulink, Simscape ва Simscape Fluids дар чор гурӯҳи асосии функсионалӣ сохта шудааст:

1. модели зарфи асосии фишор ва бехатарӣ/танзим,
2. модели резервуари ёрирасон,
3. моделҳои ду актуатори пневматикӣ,
4. мантиқи идоракунӣ вобаста ба клапан ва мавқеи поршен.

Баъд блокҳои алоҳидаи ҳисоби Simulink қувваҳои актуаторро ба моменти механикӣ, қувваи кашиши чарх, шитоб, суръати гардиш ва масофа табдил медиҳанд.

Чаро ду актуатор дар мавқеъҳои муқобил оғоз мекунанд?

Актуатор 1 дар оғоз ба 0 mm ва Актуатор 2 ба 320 mm гузошта шудааст. Ҳамин тавр, вақте яке дароз мешавад, дигаре бозпас мекашад ва механизм дар фазаи муқобил кор мекунад.

Расми 18 дар саҳифаи 21 ивазшавии сигналҳои идоракунии клапанро байни +1 ва −1 дар фазаи муқобил нишон медиҳад; Расми 19 бошад ҳаракатҳои муқобили ҷойивазкунии ду поршенро нишон медиҳад.

Ин кори муқобили фаза, вақте бо системаи механикии муфтаҳои озод якҷо мешавад, барои ба вуҷуд овардани моменти доимӣ дар ҳамон як самт дар меҳвари баромад пешбинӣ шудааст.

Мантиқи идоракунии клапан чӣ гуна сохта шудааст?

Клапани идоракунии самт дар симулятсия портҳои P, A, B ва T дорад. Вуруди идоракунӣ:

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

роҳҳои ҷараёнро фаъол мекунад.

Мавқеи воқеии поршен бо ҳудудҳои пешакӣ муайяншудаи ҳаракат муқоиса мешавад. Ҳангоми расидан ба мавқеи охирин, самти клапан иваз мешавад. S–R Flip-Flop ҳолати идоракуниро дар хотира нигоҳ медорад, Unit Delay бошад барои пешгирии ҳалқаи алгебравӣ дар роҳи бозхурд истифода мешавад.

Чаро дар тавсифи клапанҳо номҳои гуногун ҳастанд?

Дар бахшҳои гуногуни манбаъ конфигуратсияи клапан бо як терминология тавсиф нашудааст. Дар бахши 2.2 гуфта мешавад, ки ҳар актуатор бо клапани идоракунии самтии 5/2 кор мекунад. Дар бахши 2.3.3 ҷузъи физикӣ ҳамчун клапани 5/3 муайян шуда ва гуфта мешавад, ки бо бастани ду баромад ҳамчун 3/3 кор мекунад. Дар модели актуатори Simulink бошад блоки клапани 4-Way 3-Position / 4/3 истифода шудааст.

Гарчанде табдил додани клапани физикӣ ба модели абстрактии Simscape техникӣ имконпазир аст, манбаъ ин тавсифҳои гуногунро бо ҷадвали возеҳи харитасозии портҳо ба ҳам намепайвандад. Аз ин рӯ, дар матни Verianla ҳар се ифода ҳамчун фарқияти моделсозии дохили манбаъ нигоҳ дошта шудаанд.

Дар симулятсияи 60-сонияӣ фишори зарф чӣ гуна тағйир меёбад?

Дар Расми 15 фишори зарфи асосӣ дар оғоз тақрибан 20 MPa аст ва ҳангоми пур шудани система ва истеъмоли нитроген аз ҷониби актуаторҳо дар тӯли 60 сония пайваста кам мешавад. Дар охири график фишор ба тақрибан 12 MPa наздик мешавад.

Ин қимат тақрибан аз график хонда шудааст; манбаъ қимати дақиқи сонияи 60-умро дар шакли ҷадвал намедиҳад.

Дар баромади регулятор чӣ рӯй медиҳад?

Дар Расми 16 фишори пас аз регулятор пас аз гузариши ибтидоӣ зуд ба тақрибан 0,6 MPa мерасад ва бо лаппишҳои хурди даврӣ дар ин сатҳ нигоҳ дошта мешавад.

Ин график мустақим нишон медиҳад, ки ҳадафи воқеии регулятор дар симулятсия аз ифодаи 1 MPa дар бахши аналитикӣ фарқ мекунад.

Номувофиқии дохилии манбаъ дар графики дебит чист?

Матн ҳангоми шарҳи Расми 17 мегӯяд, ки дар оғоз қуллаи тезе вуҷуд дорад, ки ба тақрибан 100 L/min мерасад.

Аммо меҳвари намоёни y-и Расми 17 дар диапазони 0–1600 L/min аст ва ҷавоби гузариши ибтидоӣ аз сатҳи тақрибан 1500 L/min оғоз карда зуд паст мешавад. Сатҳи тақрибан 100 L/min ба минтақаи кори даврӣ пас аз гузариши аввал наздиктар ба назар мерасад.

Аз ин рӯ, ифодаи “қуллаи ибтидоӣ ≈100 L/min” бо график мувофиқ нест. Verianla ин қиматро бо рақами нави дақиқ аз график иваз накардааст.

Қувваи актуатор ва моменти дифференсиалӣ чӣ гуна рафтор мекунанд?

Дар Расми 20 қувваи умумии актуатор, ки аз ду ҳаракати муқобили пневматикӣ ҳосил мешавад, дар давраҳои мунтазам боло ва поён меравад. Графики қувва аз максимуми назариявии 7854 N паст мемонад.

Дар Расми 21 ҳамин сохтори даврӣ дар моменти дифференсиалӣ дида мешавад. Дар график момент тақрибан дар диапазони 25–80 N·m даврӣ тағйир меёбад, дар ҳоле ки қимати максималии аналитикии баромад 84 N·m дода шудааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки гарчанде механизм бо ду актуатори муқобил моменти мусбати баромадро нигоҳ медорад, момент собит нест; он вобаста ба давраи ҳаракат лаппиш мекунад.

Чаро Расмҳои 22–25 бояд бо эҳтиёт хонда шаванд?

Чор графики охирини бахши натиҷаҳо дар дохили манбаъ номувофиқии равшани расм–сарлавҳа доранд.

• Расми 22 “Wheel traction forces over time” номгузорӣ шудааст; аммо меҳвари намоёни y “Vehicle acceleration [m/s²]” мебошад.
• Расми 23 “Vehicle acceleration over time” номгузорӣ шудааст; аммо меҳвари намоёни y “Tractive force on the driven wheel [N]” мебошад.
• Расми 24 сарлавҳаи “Rotational speed of the drivetrain over time”-ро дорад, аммо графики намоён меҳвари “Distance [m]” дорад.
• Расми 25 сарлавҳаи “Total distance traveled over time”-ро дорад, аммо меҳвари намоёни y “Rotational speed [rev/s]” мебошад.

Гарчанде меҳварҳои графикҳо нишонаи қавӣ медиҳанд, ки натиҷаҳо кадом тағйирёбандаи физикиро ифода мекунанд, рақамҳои расм ва сарлавҳаҳо дар манбаъ маҳз ҳамин тавр чоп шудаанд. Аз ин рӯ, Verianla онҳоро хомӯшона аз нав рақамгузорӣ накардааст.

Оё модел воқеан самаранокии энергияро чен мекунад?

Модел барои таҳқиқи муносибати байни истеъмоли газ, маҳдудиятҳои ҷараён, талафоти фишор ва баромади механикӣ тарҳрезӣ шудааст; аз ин рӯ, инфрасохтореро пешниҳод мекунад, ки барои идоракунии энергия ва оптимизатсияи самаранокӣ истифода бурдан мумкин аст.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот барои тамоми система як фоизи умумии самаранокии энергия-и таҷрибавиро, ки аз энергияи воридотӣ ва энергияи муфиди механикии баромад ҳисоб шудааст, гузориш намекунад. Ифодаи “Energy-efficient” ҳадафи оптимизатсия ва равиши тарроҳиро муайян мекунад; он натиҷаи ниҳоии самаранокӣ нест, ки дар таҳқиқот бо фоизи мушаххас исбот шуда бошад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Модели модулии MATLAB/Simulink–Simscape Fluids бар асоси параметрҳои воқеии ҷузъҳои Pneumobile сохта шудааст.
• Ду силиндраи пневматикии дутарафа бо диаметри 100 mm ва ҳаракати 320 mm моделсозӣ шудаанд.
• Дар фишори максималии назариявии 1 MPa қувваи як поршен тақрибан 7854 N ҳисоб шудааст.
• Моменти назариявӣ дар ҷуфти рейка-ғилдирак тақрибан 275 N·m ҳисоб шудааст.
• Моменти максималии назариявии баромад пас аз интиқол 84 N·m дода шудааст.
• Аз дебитҳои номиналии зерсистемаҳои пневматикӣ маҳдудиятҳои эквивалентии ҷараён ҳисоб шудаанд.
• Буриши нисбии эквивалентии тамоми контур бо шлангҳо 2,91 mm² ҳисоб шудааст.
• Мувофиқи равиши ISO 6358 sonic conductance ва таносубҳои критикии фишор тақрибан ба модел илова шудаанд.
• Дар симулятсияи 60-сонияӣ рафтори динамикии фишори зарф, фишори регулятор, ҷараён, мавқеи поршен, қувва ва момент ба даст оварда шудааст.
• Кори муқобили фазаи ду актуатор дар дохили модел устуворона амалӣ шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё мустақим насанҷидааст

• Таҳқиқот иҷрои ҳуҷайраҳои универсалии назоратиро таҷрибавӣ арзёбӣ намекунад.
• Натиҷаҳои модели Simulink, ки дар ин кор сохта шудааст, бо таҷрибаи нави физикии Pneumobile мустақим муқоиса нашудаанд.
• Моменти доимии баромади 84 N·m, ки дар мошини воқеӣ чен шуда бошад, нишон дода нашудааст; 84 N·m қимати назариявии тарроҳӣ мебошад.
• Исбот нашудааст, ки модел ҳамаи ихроҷҳои воқеӣ, тағйироти ҳарорат ва талафоти механикиро пурра ифода мекунад.
• Барои тамоми система фоизи таҷрибавии умумии самаранокии энергия дода нашудааст.
• Параметри шланги 1,5 m ченкунии мустақим нест, балки тахмин аз маълумоти маҳдуди истинодӣ мебошад.
• Таносуби воқеии критикии фишори ISO 6358 барои ҳар ҷузъ бо таҷрибаи алоҳида чен нашудааст; \(b=0,3\) фарз шудааст.
• Натиҷаи симулятсия ченкунии тасдиқшудаи саҳроии масофаи воқеии мошин нест.
• Нишебии тағйирёбандаи роҳ, бори воқеии ронандагӣ ва идоракунии мутобиқшавандаи ҳаво дар тасдиқи асосии модели ҷорӣ санҷида нашудаанд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Параметрҳои асосии физикӣ ва симулятсия

Натиҷаҳои аналитикии қувва ва момент

Унсурҳои ҷараён дар контури асосии бехатарӣ

Пас аз зарфи асосӣ ҷузъҳо ба монанди клапани қатъ, пайвасткунакҳо, воҳиди танзим, пайвасти салибӣ, клапани бехатарӣ, хати манометр, клапани ихроҷи зуд ва хомӯшкунанда мавҷуданд. Дебитҳои номиналии истеҳсолкунанда тақрибан аз 131 L/min то 8443 L/min тағйир меёбанд.

Буриши нисбии эквивалентие, ки аз унсурҳои роҳи асосии ҷараёни пайдарпай ҳисоб шудааст:

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

дода шудааст.

Контури резервуари ёрирасон

Дар вуруди резервуари ёрирасон клапани қатъи 3/2 ва унсурҳои пайвасткунӣ мавҷуданд. Сенсори рақамии фишори PE5 фишори дохилии резервуарро назорат мекунад.

Барои ин бахш:

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

ҳисоб шудааст.

Контурҳои актуатор

Ду тарафи ҳар силиндраи пневматикӣ тавассути роҳҳои алоҳидаи клапан таъмин мешаванд. Ҷузъи физикии CD12 дар ҷадвали манбаъ ҳамчун клапани 5/3 нишон дода шуда, дебити номиналии он 3800 L/min дода шудааст.

Қиматҳои эквивалентии ҳисобшудаи шохаҳои таъминоти актуатори чап ва рост:

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

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

гузориш шудаанд.

Буриши эквивалентии тамоми контур

Вақте маҳдудиятҳои ҷараёни қисмҳои шланги 0,5 m, 1 m ва 1,5 m низ илова мешаванд:

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

ба даст меояд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки гарчанде контурҳои алоҳида иқтидори ҷараёни бештар доранд, шумораи зиёди унсурҳо ва шлангҳои пайдарпай маҳдудияти умумии тамоми системаро зиёд мекунанд.

Параметрҳои ISO 6358

Баъзе қиматҳои интихобшудаи sonic conductance дар манбаъ чунинанд:

Он ки ҳамаи қиматҳои \(b\) 0,3 мебошанд, маънои онро надорад, ки дар ҳамаи ин ҷузъҳо таҷрибавӣ як қимат чен шудааст; ин фарзияи умумии модели таҳқиқот аст.

Модели Simscape-и зарфи асосӣ

Дар Расми 7-и саҳифаи 14 модели зарфи асосӣ блокҳои асосии зеринро дар бар мегирад:

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

Модел фишори ибтидоии 20 MPa-и зарф ва фарқи фишори пас аз регуляторро ҳамзамон назорат мекунад.

Модели Simscape-и резервуари ёрирасон

Расми 8 дар саҳифаи 15 қубур, сӯрох, сенсори дебит, сенсори фишор ва блокҳои камераи ҳаҷми собитро аз баромади регулятор то зарфи ёрирасон нишон медиҳад. Дар ин модел зарфи ёрирасон 24 L муайян шудааст; аз қимати 25 L дар тавсифи аналитикии контур фарқ мекунад.

Модели Simscape-и актуатор

Дар Расми 9-и саҳифаи 16 актуатори пневматикии дутарафа, ченкунии фишори ду камера, клапан, резервуари атмосфера, соиши транслятсионӣ, массаи поршен/рейка ва баромади мавқеъ дар як модели физикӣ пайваст шудаанд.

Қувваҳои назариявӣ дар самтҳои пеш ва бозгашт аз фишорҳои лаҳзавии ду камераи силиндр ҳисоб карда мешаванд.

Системаи идоракунӣ

Расми 10 дар саҳифаи 17 мантиқи ивазкуниро дар асоси мавқеи поршен нишон медиҳад. Блокҳои Compare To Constant мавқеъҳои охирро ошкор мекунанд. S–R Flip-Flop ҳолати ҷории клапанро нигоҳ медорад. Unit Delay ҳалқаи алгебравиро пешгирӣ мекунад.

Манбаъ онро яке аз бартариҳои модел мешуморад, ки ин назорат бе ниёз ба контроллери мураккаби беруна бо мавқеи поршен худкор давра эҷод мекунад.

Табдил аз пневматика ба ҳаракати мошин

Расмҳои 11–14 дар саҳифаҳои 18–19 занҷири ҳисобро қадам ба қадам нишон медиҳанд:

1. қувваҳои пеш/бозгашти силиндр якҷо мешаванд,
2. моменти меҳвар тавассути таносубҳои ғилдирак ва занҷир ҳисоб мешавад,
3. баромади дифференсиалӣ гирифта мешавад,
4. қувваи кашиши чарх ҳисоб мешавад,
5. ба шитоби мошин табдил дода мешавад,
6. суръати гардиши меҳвар аз мавқеи поршен бароварда мешавад,
7. гардиши умумии чарх ва ҷойивазкунӣ бо интегратсия ба даст меоянд.

Мушоҳидаҳои асосии симулятсияи 60-сонияӣ

Арзиши ҳисоббарорӣ

Муаллифон қайд мекунанд, ки сохтори муфассали физикии модел арзиши назарраси ҳисоббарорӣ ба вуҷуд меорад. Симулятсияи чанд дақиқаи вақти воқеии система вобаста ба танзими solver ва сахтафзор метавонад чанд соат вақти ҳисоб талаб кунад.

Ин ҳолат нишон медиҳад, ки байни тафсилоти физикии модел ва оптимизатсияи зуд созиш вуҷуд дорад.

Мушкилоти устувории ададӣ

Хусусан блокҳои бозхурд ва ивазкунии мантиқӣ метавонанд ҳалқаҳои алгебравӣ ба вуҷуд оранд. Муҳаққиқон ин мушкилотро бо унсурҳои таъхир ба монанди Unit Delay ва конфигуратсияи мувофиқи solver кам кардаанд.

Дақиқии модел инчунин мустақим ба маълумоти дастӣ воридшуда, аз ҷумла:

• буришҳои шланг,
• талафоти пайвасткунӣ,
• хусусиятҳои клапан,
• параметрҳои силиндр,
• таносубҳои ғилдирак

вобаста аст.

Кори оянда

Муҳаққиқон дар марҳилаҳои оянда идоракунии мутобиқшаванда ё PID-и клапан, сенарияҳои тағйирёбандаи ронандагӣ, шароити нишебӣ, идоракунии пешрафтаи ҳавои фишурда, оптимизатсияи муфассал дар асоси MATLAB Workspace ва визуализатсияи ҳаракати механикӣ бо Simscape Multibody-ро пешниҳод мекунанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Design and Optimization of Universal Inspection Cells with Energy-Efficient Pneumatic Actuation

Ёддошти сарлавҳа–мазмун: Сарлавҳаи аслӣ дар манбаъ маҳз ҳамин гуна аст ва тағйир дода нашудааст. Аммо қисми асосии таҳқиқоти илмӣ дар бораи “Universal Inspection Cells” нест, балки дар бораи моделсозӣ ва симулятсияи системаи гардонандаи пневматикии Air Force TUKE Pneumobile мебошад. Ин номувофиқии равшан байни мавзӯи сарлавҳа ва усулу натиҷаҳои воқеии мақола дар худи кори манбаъ мавҷуд аст.

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

Тартиби муаллифон: Тартиби дар манбаъ додашуда маҳз нигоҳ дошта шудааст.

Ҳаммуаллифи аввал / саҳми баробар: Дар манбаъ изҳороти ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Rudolf Jánoš.

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

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии рецензияшуда; гардонандаи пневматикӣ, арзёбии аналитикии параметрҳо ва симулятсияи муҳандисӣ дар асоси MATLAB/Simulink–Simscape Fluids.

Маҷалла: Actuators.

Ношир: MDPI.

Маълумоти библиографӣ: Actuators 2026, 15(1), 36.

Рақами мақола: 36.

DOI: 10.3390/act15010036.

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/act15010036

Санаи ирсол: 24 November 2025.

Санаи бозбинӣ: 18 December 2025.

Санаи қабул: 26 December 2025.

Санаи нашр: 6 January 2026.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Гузориш шудааст, ки кор аз ҷониби лоиҳаи Slovak Grant Agency VEGA 1/0294/24 “Research and development of a multi-robotic system with distributed intelligence in the cloud” ва лоиҳаи 043TUKE-4/2024 “Creating promising educational tools for the field of additive manufacturing with the implementation of progressive virtual reality elements” дастгирӣ шудааст.

Дастрасии додаҳо: Гуфта шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар мақола пешниҳод шудаанд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифони дахлдор равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон гузориш медиҳанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳмҳои муаллифон: Консептуализатсия M.S. ва J.B.; методология M.S. ва R.J.; нармафзор M.S.; тасдиқ R.J.; коркарди додаҳо J.M.; бозбинӣ ва таҳрир J.B.; визуализатсия J.B.; роҳбарӣ M.S. гузориш шудааст.

Ҳадди мазмуни илмӣ: Геометрияи силиндрҳо, фишорҳои зарф, параметрҳои ҷараён, муодилаҳо, блокҳои Simulink, ҳисобҳои қувва ва момент, бозёфтҳои симулятсияи 60-сонияӣ ва маҳдудиятҳо дар ин матни Verianla танҳо ба таҳқиқоти манбаи баррасишуда асос ёфтаанд. Ба ҷуз тасдиқи шахсияти библиографӣ аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави илмӣ илова нашудааст.

Номувофиқиҳои муҳими дохили манбаъ

• Номувофиқии сарлавҳа–мазмун: Гарчанде сарлавҳаи аслӣ аз ҳуҷайраҳои универсалии назоратӣ мегӯяд, тамоми таҳқиқот модели гардонандаи мошини пневматикӣ мебошад.
• Фишори регулятор: Дар тавсифи аналитикӣ пасткунӣ аз 20 MPa ба 1 MPa, дар модели Simulink ва натиҷаҳо ҳадафи тақрибан 0,6 MPa истифода шудааст.
• Ҳаҷми резервуари ёрирасон: Дар бахши аналитикӣ 25 L, дар модели Simulink 24 L дода шудааст.
• Тавсифи клапан: Дар бахшҳои гуногуни таҳқиқот тавсифҳои клапани 5/2, тағйирёфтаи 5/3→3/3 ва 4/3 истифода шудаанд; харитасозии модели байни онҳо возеҳ дода нашудааст.
• Дебити Расми 17: Тавсиф қуллаи ибтидоиро тақрибан 100 L/min мегӯяд, дар ҳоле ки графики намоён дар оғоз гузариши хеле калонтар, тақрибан дар тартиби 1500 L/min нишон медиҳад.
• Расми 22: Сарлавҳа қувваи кашиши чарх мегӯяд, аммо меҳвари намоёни y шитоби мошин аст.
• Расми 23: Сарлавҳа шитоби мошин мегӯяд, аммо меҳвари намоёни y қувваи кашиши чарх аст.
• Расми 24: Сарлавҳа суръати гардиш мегӯяд, аммо меҳвари намоёни y масофа аст.
• Расми 25: Сарлавҳа масофаи умумӣ мегӯяд, аммо меҳвари намоёни y суръати гардиш аст.

Ҳадди тасдиқ: Муҳаққиқон мегӯянд, ки модел рафтори физикиро воқеӣ ифода мекунад ва бо корҳои қаблии таҷрибавӣ/назариявӣ мувофиқ аст. Аммо дар ин мақола баромадҳои модел бо маҷмӯаи нави таҷрибаҳои физикии Pneumobile дар ҳамон шароити кор тавассути таҳлили систематикии хато ё муқоисаи таҷриба–симулятсия пешниҳод нашудаанд. Аз ин рӯ, набояд хулоса кард, ки симулятсия “иҷрои тасдиқшудаи мошини воқеӣ” мебошад.

Ҳадди самаранокии энергия: Таҳқиқот модели оптимизатсияи истеъмоли ҳавои фишурда ва параметрҳои системаро пешниҳод мекунад; аммо барои тамоми занҷири гардонанда як фоизи умумии самаранокии энергияро, ки таҷрибавӣ чен шудааст, гузориш намекунад.