К.т.н. Балаклейская Л.А.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан

Разработка виртуального лабораторного стенда для испытания гидравлических машин

В последнее время в учебный процесс весьма интенсивно внедряются виртуальные лабораторные работы, которые в противовес их основному недостатку – отсутствию возможности формировать у обучающихся навыки проведения лабораторного эксперимента имеют ряд достоинств [1]:

- доступность, актуальность в случае невозможности провести реальный физический эксперимент по техническим причинам;

- безопасность по сравнению с реальным применением оборудования;

- возможность самостоятельной работы с ними в удобной обстановке и т.д.

Совершенно очевидно, что виртуальные лабораторные работы позволяют рассматривать значительно больший круг вопросов, чем лабораторные работы, выполняемые на физических установках, получать результаты, выводящие на более высокий уровень обобщений. Появляется возможность от простой проверки истинности стопроцентно истинной формулы перейти к несложному эксперименту, дающему новое знание. Безусловно, новым оно является только для студента, но ведь в лабораторной работе преследуется именно эта цель и никакая другая. И, конечно же, совершенно не сопоставимы возможности стендов в части получения различного рода информации о параметрах, характеризующих процессы, протекающие в испытуемом объекте.

На просторах Интернета можно найти достаточно большое число предложений разработать отдельные виртуальные лабораторные работы и даже их комплексы по различным дисциплинам. Не сомневаясь в честности и компетентности авторов объявлений, дерзну высказать мысль, что самостоятельно изготовленные работы (включая замысел, алгоритм работы, дизайн и программу реализации с помощью одного из достаточно многочисленных средств) намного целесообразнее. В самом деле, в этом случае имеется возможность корректировать, модернизировать и совершенствовать свой собственный продукт до бесконечности, параллельно приобретая полезные и необходимые навыки, что является совершенно невозможным по отношению к чужому продукту.

Ниже излагаются основные принципы создания и приводятся основные предполагаемые функциональные возможности виртуального лабораторного стенда для испытания гидравлических машин. Схема стенда представлена на рисунке 1 и для специалиста не нуждается в дополнительных комментариях.

Рисунок 1. Схема виртуального стенда

1 – секундомер; 2 – водомерное стекло; 3 – линейка; 4 – гидробак; 5 – обратный клапан; 6 – перегородка; 7 – вентиль; 8 – предохранительный клапан; 9 – электродвигатель; 10 – тахометр; 11 – рычаг; 12 – гидрораспределитель; 13 – дроссель; 14 – испытуемая гидромашина; 15 – элемент управления дросселем; 16 – манометр; 17 – весы

Исходные данные для моделирования:

В качестве таковых выступают характеристики испытуемых насосов (рис. 2). Задаются в виде ряда точек рабочего диапазона (табл. 1). Получение промежуточных значений осуществляется методом интерполяции.

Рисунок 2. Характеристики испытуемых насосов

1 – напорная характеристика; 2 – кривая потребляемой мощности N; 3 – кривая к.п.д. η

Таблица 1. Задание характеристик

Давление р	Р1	Р2	Р3	………………………..	Рn
Подача Q	Q1	Q2	Q3	………………………...	Qn
Мощность N	N1	N2	N3	………………………...	Nn
К.п.д. η	η 1	η 2	η 3	………………………...	η n

Для различных насосов число точек может быть различным, а их шаг – неравномерным (с целью более точной аппроксимации).

Кроме того, по каждому насосу задаются: q_н – рабочий объем; Q_н – номинальная подача; p_н – номинальное давление; p_max – максимальное давление.

Примерная структура справочного файла представлена в таблице 2.

Таблица 2. Примерная структура справочного файла

Марка	Тип	qн	Qн	pн	pmax	Путь к файлу характеристик
	пластинчатый шестеренный и т.д.

Укрупненная схема моделирования испытания насоса представлена на рис. 3.

Рисунок 3. Укрупненная схема моделирования

Объекты, подлежащие разработке:

а) Насос

Свойства: давление, подача, к.п.д., мощность, частота вращения;

События: щелчок, двойной щелчок, загрузка;

Методы: мультипликация;

б) Распределитель

Свойства: закрыт, открыт;

События: щелчок, двойной щелчок, загрузка;

Методы: перерисовка;

в) Бак; г) Таймер; д) ПК; е) Тахометр; ж) Манометр; з) Электродвигатель; и) Весы; к) Линейка; л) Обратный клапан;

м) Гидролиния

Свойства: длина, цвет, вид, толщина;

События: щелчок, двойной щелчок, загрузка;

Методы: перекрашивание.

Расчеты:

Потребляемая мощность

Литература

1. Соколова Н.Ю. Использование электронных ресурсов для организации виртуальных лабораторных работ по физике. [Электронный ресурс] - [Режим доступа: http://www.openclass.ru/io/19/sokolova].