авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Исследование энергодинамических и регулировочных характеристик гидропривода с гидромоторным блоком расширенного диапазона регулирования

-- [ Страница 1 ] --

на правах рукописи

Драгомиров Дмитрий Валерьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОДИНАМИЧЕСКИХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГИДРОПРИВОДА С ГИДРОМОТОРНЫМ БЛОКОМ РАСШИРЕННОГО ДИАПАЗОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.04.13 –Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена на кафедре Гидромеханики и гидравлических машин имени В.С. Квятковского Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Голубев Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шейпак Анатолий Александрович,

кандидат технических наук, доцент

Пильгунов Владимир Николаевич.

Ведущая организация: ОАО Авиационная корпорация «Рубин»

Защита состоится в аудитории Б-407 «18» июня 2010 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.09 при Московском энергетическом институте по адресу Москва, ул. Красноказарменная, д.17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан "____"____________________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Д 212.157.09 ________________Лебедева А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение гидромоторов (М) регулируемого рабочего объема, существенно улучшающее регулировочные возможности и эффективность объемного гидропривода (ОГП), является одним из важнейших направлений развития гидроприводов машинного регулирования.

Принципиальное преимущество гидромоторного регулирования, отмеченное в работах ведущих российских и зарубежных ученых, таких как Т.М. Башта, В.Н. Прокофьев, В.А. Петров, Е.С. Кисточкин, Д.Н. Попов, В.А. Васильченко, W.E. Wilson, J.F. Blackburn и др., заключается в сохранении постоянной мощности, передаваемой от источника первичной энергии к объекту регулирования ОГП, при оптимизации баланса потребляемой и располагаемой мощностей, а также минимизации установленной мощности насоса за счёт рационального изменения объема гидромотора, чего не удаётся достигнуть при регулировании только рабочего объема насоса. Данное преимущество придает ОГП свойство адаптивности к действующим на него дестабилизирующим факторам – основу создания современных экономичных силовых систем.

Известным недостатком гидромоторного регулирования является сравнительно узкий диапазон регулирования скорости выходного звена, основная причина которого – существенное влияние сил контактного трения в гидромоторах. Поэтому реализация гидромоторного регулирования почти всегда предполагает наличие в ОГП также и регулируемого насоса. В этом случае существенное улучшение свойств гидропривода достигается путем усложнения всей конструкции, поскольку требуется установка двух механизмов управления гидромашинами. Достижение расширенного бесступенчатого диапазона гидромоторного регулирования требует также решения связанного с этим комплекса вопросов, в том числе, по обеспечению энергопитания и поиску новых структур механизмов управления (МУ) регулируемого гидромотора (РМ). Актуальность этих задач подтверждается имеющимися публикациями.

В виду практической неизменности схем и конструкций РМ маловероятно заметное снижение сил контактного трения в этих машинах и, значит, расширение диапазона бесступенчатого регулирования методами параметрической оптимизации гидромоторов.

Одним из наиболее перспективных путей решения данной задачи является обоснованное с точки зрения технико–эксплуатационных и/или экономических показателей, незначительное структурное усложнение гидродвигательной части ОГП, т.е. комбинирование нескольких М в гидромоторные блоки (ГМБ). Подобная практика уже нашла применение в трансмиссионной технике. Однако повышенный диапазон регулирования в известных ГМБ обычно достигается за счет суммирования нескольких поддиапазонов со ступенчатым переходом между ними.

Таким образом, ввиду ограниченного числа работ, посвященных детальному изучению особенностей и возможностей различных структур ГМБ, а также вопросам построения перспективных схем МУ гидромоторами, тема данной диссертации является весьма актуальной.

Цель работы заключается в совершенствовании гидроприводов с гидромоторными блоками расширенного диапазона бесступенчатого регулирования и улучшенными энергодинамическими показателями.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • сформировать систему критериев для оценки качества ОГП с регулируемыми ГМБ различного исполнения;
  • проанализировать существующие структуры регулируемых ГМБ и разработать прототип ГМБ расширенного диапазона бесступенчатого регулирования;
  • сформировать обобщенную математическую модель гидропривода машинного регулирования;
  • с помощью математической модели исследовать регулировочные и энергодинамические характеристики ОГП с регулируемым ГМБ и дать сравнительную оценку с другими видами машинного регулирования;
  • разработать экспериментальный комплекс и провести исследования выбранного прототипа регулируемого ГМБ, а также получить численные параметры, характеризующие потери энергии в гидромашинах, для уточнения математической модели;
  • определить области предпочтительно применения ОГП с регулируемым гидромотором и ГМБ;
  • провести сравнительный анализ перспективных структур МУ и дать рекомендации по их применению.

Методами исследования являлись: литературный поиск, патентный анализ, математическое моделирование и стендовый эксперимент. Теоретические исследования основаны на известных положениях в области проектирования и расчета гидропривода машинного регулирования. Изучение динамических процессов осуществлялось частотными методами теории автоматического регулирования с учётом уточненных согласно экспериментальным данным математических моделей ОГП. Экспериментальные исследования макетного образца ГМБ проводились по разработанной автором методике на стендовом комплексе, разработанном и созданном им же в ходе выполнения диссертационной работы.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

  • сформирована универсальная математическая модель гидропривода машинного регулирования, позволяющая выполнять комплексные исследования различных структур гидроприводов с требуемой степенью детализации;
  • исследованы энергетические, регулировочные и динамические характеристики гидропривода с регулируемым ГМБ, дающие возможность оценить предельные энергодинамические и регулировочные возможности системы;
  • разработан стендовый комплекс, с помощью которого получены экспериментальные энергетические и регулировочные характеристики ОГП с регулируемым гидромотором и ГМБ оригинального исполнения, защищенного патентом на полезную модель [8], и позволяющего существенно расширить диапазон моторного регулирования;
  • на основании экспериментальных исследований определены значения потерь энергии в гидромашинах ОГП, а также предложена упрощённая модель для их расчета, обладающая достаточной степенью достоверности;
  • исследованы и сопоставлены по совокупности показателей функциональности и конкурентоспособности традиционные и сравнительно новые виды электрогидравлических и электромеханических механизмов управления гидромоторами и ГМБ;

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

  • по результатам экспериментальных исследований произведено уточнение математической модели ОГП с регулируемыми аксиально-поршневыми гидромашинами с наклонным блоком цилиндров. Полученная модель обеспечивает приемлемую точность расчетов и удобна для использования в инженерной практике;
  • установлены области предпочтительного применения гидропривода с регулируемым гидромотором и многодвигательным ГМБ;
  • результаты экспериментальных исследований схемы объемного гидропривода с ГМБ заложены в основу эскизного проекта одной из технических систем, разрабатываемых в ФГУП «ЦНИИ АГ»;
  • созданный универсальный стендовый комплекс предоставляет возможность проводить серии экспериментальных исследований при подготовке магистерских диссертаций студентами, обучающимися по программе «Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты»;
  • проведенные исследования новых видов электрогидравлических и электромеханических механизмов управления позволяют рекомендовать их при разработке современных регулируемых гидромашин.

Апробация работы. Основные положения диссертации отражены в печатных работах, докладывались и обсуждались:

    • на Международных научно–технических конференциях «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития», СПб ГПУ, 2008, 2010 гг.;
    • Всероссийской научно-технической конференции «Динамика машин и рабочих процессов», ЮУрГУ, г. Челябинск 2009 г.;
    • 15-ой и 16-ой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов, МЭИ, 2009, 2010 гг.;
    • заседаниях кафедры гидромеханики и гидравлических машин им. В.С. Квятковского МЭИ(ТУ) в 2008, 2009, 2010 гг.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием фундаментальных физических и математических моделей ОГП, надежных численных методов, применением многократно апробированных стандартных расчетных пакетов, достаточной степенью соответствия результатов моделирования с экспериментальными данными, а также исследованиями других авторов. Достоверность новизны технического решения подтверждается патентом на полезную модель [8].

На защиту выносятся:

  • уточненная универсальная математическая модель гидропривода машинного регулирования;
  • схема двухмоторного ГМБ с расширенным диапазоном бесступенчатого регулирования и улучшенными энергодинамическими показателями, в котором одна из гидромашин является регулируемой и обратимой;
  • материалы экспериментальных исследований ОГП с регулируемым гидромотором и ГМБ оригинального исполнения;
  • результаты исследования влияния основных параметров ОГП и внешних возмущающих воздействий на основные характеристики энергетического контура ОГП с различными видами машинного регулирования;
  • результаты исследований новых структур механизмов управления рабочим объемом аксиальных гидромашин;
  • материалы исследований областей применения гидроприводов с гидромоторным регулированием.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК [1, 2], один доклад [3] и четыре тезиса докладов [4–7] на научно-технических конференциях, а также получен патент на полезную модель гидропривода [8].

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 169 страницах, имеет 61 иллюстрацию, включает титульный лист, оглавление, введение, 5 глав основных результатов работы, заключение, список литературы (78 позиций) и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи, подлежащие решению.

Первая глава, которая носит реферативный характер, посвящена анализу современного состояния и перспектив развития гидроприводов машинного регулирования.

В соответствии с современной теорией стадийного развития технических систем установлено, что гидропривод находится на стадии структурного улучшения показателей конкурентоспособности при сохранении принципа действия и состава комплектующих. Основную энергетическую базу ОГП по–прежнему образуют аксиально–поршневые и аксиально–плунжерные гидромашины трех основных типов: с шатунным ведением поршней, с наклонным блоком (НБ) и двойным несиловым карданом, а также машины с наклонным диском (НД). Наибольшие изменения коснулись управляющей части ОГП, где в связи с бурным развитием электроники, традиционно применяющаяся для управления гидравлическими элементами аналоговая техника уступает позиции современным цифровым системам.

Показано, что одним из направлений современного развития ОГП является применение в них регулируемых гидромоторов, а одной из главных тенденций развития самого гидромоторного регулирования – расширение его диапазона. Подтверждением тому служит ряд монографий и публикаций ведущих российских и зарубежных ученых, посвященных исследованию этой проблемы и разработке ГМБ с улучшенными регулировочными показателями.

Анализ литературы по данной тематике позволил сформировать перечень основных преимуществ гидромоторного регулирования скорости и областей техники, где его применение наиболее перспективно, а также выявить ряд существующих проблем, возникающих при реализации данного вида регулирования, требующих скорейшего решения.

Эти обстоятельства послужили основой для формирования и решения основных задач исследований, изложенных в диссертации.

Во второй главе показано, что одним из перспективных способов расширения бесступенчатого диапазона гидромоторного регулирования на существующей стадии развития ОГП является структурное совершенствование гидромоторной части. На основании требований, предъявляемых к ОГП гидромоторного регулирования со стороны гидрофицированных технических объектов, из общего массива показателей качества ОГП выделены наиболее значимые, позволяющие оценивать конкурентоспособность ГМБ, а также сформированы основные оценочные критерии.

Представлены основные характеристики и предельные регулировочные возможности известных схем ГМБ расширенного диапазона регулирования скорости. Проведенный анализ данных схем показал, что расширенный диапазон регулирования обычно складывается из нескольких поддиапазонов со ступенчатым переходом между ними, что не всегда удовлетворяет требованиям к гидроприводу со стороны конкретного технического объекта, а существующие системы ГМБ бесступенчатого регулирования чрезмерно громоздки и дорогостоящи при реализации.

По результатам анализа существующих схемотехнических решений была разработана и впоследствии запатентована структура прототипа оригинального ГМБ расширенного диапазона бесступенчатого регулирования, представленного в составе ОГП на рис. 1, где данный блок выделен штриховой линией.

Рис. 1

ГМБ состоит из двух гидромашин, подключенных к основному насосу (Н) по параллельной схеме, и жестко соединенными между собой валами, причем нерегулируемый мотор (М) имеет сквозной вал, который одновременно является выходным валом ГМБ. Обратимый регулируемый насос–мотор (НМ) может работать в двух режимах: гидромоторном и насосном.

В гидромоторном режиме НМ и М работают на преодоление момента внешней нагрузки, при этом момент, развиваемый ГМБ, равен сумме моментов, развиваемых каждой из гидромашин.

В насосном режиме НМ становится дополнительной нагрузкой для М, осуществляя при этом подачу жидкости пропорциональную параметру регулирования , которая складывается с основным потоком рабочей жидкости, поступающей от Н. Вследствие суммирования подачи НМ с подачей Н и прохождения через рабочий объем М, скорость вращения ГМБ возрастает.

Показано, что теоретическая скорость вращения выходного звена ГМБ и теоретический момент, развиваемый на этом валу , связаны с угловой скоростью вращения вала насоса , моментом на валу насоса , а также рабочими объёмами насоса и гидромоторного блока следующими соотношениями:

; ,
причём

,
где – рабочий объем нерегулируемого гидромотора блока; – рабочий объем насос–мотора блока; – относительный безразмерный параметр регулирования насос–мотора, который может находиться как в области положительных значений (моторный режим обратимой машины), так и в области отрицательных значений (насосный режим).

Выполненное теоретическое изучение предельных регулировочных характеристик ГМБ показало его двукратное превосходство в части диапазона бесступенчатого регулирования в сравнении регулируемым гидромотором равного рабочего объема.

На основании расширенного диапазона бесступенчатого регулирования предлагаемого ГМБ и сравнительной простоты его схемы сделан вывод о перспективности данной структуры и поставлены задачи дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.

Третья глава посвящена математическому моделированию и исследованию основных статических и динамических характеристик сравниваемых ОГП машинного регулирования, в том числе, с предложенным ГМБ.

Показано, что в настоящее время даже при наличии большого количества накопленных экспериментальных материалов по объёмно–роторным и, прежде всего, аксиальным гидромашинам, пока не представляется возможным сформировать такие математические модели, которые, не включая множества эмпирических констант, вместе с тем давали бы приемлемую точность расчётов. В главе приводятся основные положения и выводы из работ российских и зарубежных ученых, в которых поднимаются вопросы математического моделирования гидромашин и ОГП машинного регулирования. Сложность моделирования потерь в объемно–роторных гидромашинах отмечается практически во всех работах по данной тематике. В работе [Объемные гидромеханические передачи: расчет и конструирование. Под редакцией Е.С. Кисточкина] приведено заключение о допустимости применения линейной модели потерь, согласно которой перетечки жидкости и моменты сил трения на валу гидромашины считаются прямо пропорциональными нагрузке (перепаду давлений), теоретической подаче (расходу) и скорости вращения вала машины. Эта модель была предложена еще в 30-х годах прошлого века известными учеными В.В. Мишке и В.Е. Вильсоном. Несмотря на весьма упрощенное представление о механизме возникновения и проявления влияния потерь на характеристики роторной гидромашины, данная модель используется в практических расчетах, так как обычно обеспечивает приемлемую точность вычислений применительно к основным типам гидромашин, входящих в современные ОГП.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.