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 | 3 | 4 |

Моделирование и оптимизация гидромеханических систем мобильных машин и технологического оборудования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Рыбак Александр Тимофеевич

Моделирование и оптимизация гидромеханических систем мобильных машин И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.02.02 – «Машиноведение,

системы приводов и детали машин»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Краснодар – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Донском государственном техническом университете

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Жаров Виктор Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чукарин Александр Николаевич;

доктор технических наук, профессор

Богуславский Игорь Владимирович;

доктор технических наук, профессор

Шошиашвили Михаил Элгуджевич

Ведущая организация: ЗАО «Завод по выпуску КПО», г. Азов

Защита состоится 04 апреля 2008 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 100. 02 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. А-229.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Куб ГТУ

Автореферат разослан 27 февраля 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент А.В. Пунтус

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных элементов гидромеханической системы (ГМС) является силовой гидравлический привод (СГП), а потому его функциональные и эксплуатационные особенности оказывают, как правило, решающее влияние на свойства ГМС в целом. В связи с этим изучению СГП уделяется пристальное внимание. Однако, в большинстве случаев, исследования ограничиваются изучением непосредственно СГП. За рамками исследований в этом случае остаются источник механической энергии, питающий СГП и механическая система, непосредственно преобразующая энергию, полученную от СГП, в полезную работу. Такой подход к изучению ГМС значительно снижает ценность получаемых результатов, так как в этом случае рассматривается лишь одно звено из цепи последовательного преобразования энергии в полезную работу.

Подавляющее большинство современных исследований посвящены изучению ГП, основу которых составляют гидравлические аппараты золотникового типа, что снижает надёжность их работы в тяжёлых условиях (повышенные температура и запылённость, низкое качество рабочей жидкости и т.д.) и, кроме того, обедняет возможности применения в СГП новых конструкционных материалов, имеющих неметаллическую основу.

Недостатком существующих исследований ГМС является и то, что в них не в полной мере учитываются упругие свойства рабочей жидкости и привода в целом, что связано с отсутствием должного математического обеспечения данного направления исследований.

Таким образом, тема диссертации является актуальной и своевременной.

Научная проблема, решаемая в настоящей работе, заключается в разработке теоретических основ моделирования и оптимизации гидромеханических систем мобильных машин и технологического оборудования (ГМС ММ И ТО), оснащённых гидроаппаратами незолотникового типа с учётом нелинейности их характеристик, деформации трубопроводов, неравномерности подачи рабочей жидкости и её сжимаемости.



Исходя из актуальности, практической значимости и теоретической неразработанности данной проблемы, в работе поставлена следующая

Цель: Повышение эффективности ГМС ММ И ТО путём обеспечения требуемых показателей назначения на основе моделирования и оптимизации с учётом приведенной объёмной жёсткости (ПОЖ).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

Задачи исследования:

– выявить особенности динамики функционирования ГМС ММ И ТО с учётом нелинейности их характеристик, деформации трубопроводов, неравномерности подачи рабочей жидкости и её сжимаемости;

– раскрыть понятие объёмной жёсткости элементов ГМС и выявить аналитические зависимости для её расчёта при моделировании;

– предложить структуру обобщённой ГМС ММ И ТО, методологические основы её моделирования и оптимизации с учётом ПОЖ;

– разработать математические модели ГМС ММ И ТО с гидравлическими аппаратами автоматического регулирования различного назначения и произвести их экспериментальную проверку;

– подтвердить основные положения предложенной методологии моделирования и оптимизации ГМС ММ И ТО на примерах.

Общая методика исследования. Выполненные в работе исследования основываются на использовании положений и методов теоретической и аналитической механики, гидродинамики, теории упругости, а также численных методов решения дифференциальных уравнений, методов экспериментальной механики, методов оптимизации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– введено и раскрыто понятие объёмной жёсткости гидравлических систем и их элементов; описаны закономерности для её расчёта;

– выявлено изменение ПОЖ при перемещении штока гидравлического цилиндра (ГЦ) в результате изменения внутреннего объёма СГП и предложены формулы, описывающие это изменение;

– разработана методика моделирования гидравлических аппаратов незолотникового типа различного функционального назначения (автоматического разгрузочного гидроклапана, автоматической системы замедления, дроссельных делителей и делителей-сумматоров потоков), учитывающая упругие свойства рабочей жидкости и конструкционных материалов;

– разработаны математические модели и алгоритмы расчёта ГМС ММ И ТО, выполненных на базе гидравлических аппаратов незолотникового типа;

– на основе предложенной методологии моделирования и оптимизации с учётом ПОЖ разработаны математические модели ГМС мобильной аэродромной уборочной машины и стационарного пресс-молота повышенного быстродействия; произведены расчёт и оптимизация их основных конструктивных и функциональных параметров.

На защиту выносятся следующие положения:

– методологические основы моделирования и оптимизации ГМС ММ И ТО с учётом ПОЖ;

– теоретические положения, определяющие ПОЖ гидравлической системы; установление её зависимости от состояния системы и движения исполнительных органов гидравлических машин;

– обоснование возможности возникновения гидромеханического резонанса в СГП возвратно-поступательного движения в результате изменения ПОЖ гидравлического цилиндра за счёт изменения его внутреннего объёма при выдвижении или втягивании штока;

– теоретическое обоснование и схемотехнические решения гидравлических аппаратов незолотникового типа различного функционального назначения: автоматического разгрузочного гидроклапана, автоматической системы замедления, дроссельных делителей и делителей-сумматоров потоков;

– математические модели и результаты исследований ГМС, разработанных на базе гидравлических аппаратов различного функционального назначения с учётом ПОЖ;

– аналитические зависимости для расчёта эффективной площади гибкого мембранного элемента (ГМЭ) с учётом перемещения его жёсткого центра и растяжения эластичного полотна;

– математические модели и результаты оптимизации ГМС мобильной аэродромной уборочной машины и стационарного пресс-молота повышенного быстродействия, оснащённых гидравлическими аппаратами автоматического регулирования незолотникового типа оригинальных конструкций;

Практическая значимость работы

– разработаны структура программных комплексов и отдельные программы моделирования и оптимизации ГМС ММ И ТО с учётом ПОЖ;

– разработана обобщённая структура ГМС ММ И ТО на базе гидравлических аппаратов различного функционального назначения;

– разработан ряд научно обоснованных и защищённых авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ конструкций, гидравлических устройств различного функционального назначения, как золотникового так и незолотникового типа и на их основе – оригинальных конструкций гидромеханических систем машин различного назначения (устройства для автоматической стабилизации скорости гидродвигателя с переменной нагрузкой: «гидрозамок» - А.с. СССР №1610092; «устройство управления гидроприводом» - А.с. СССР №1504382. Дроссельных делителей и делителей-сумматоров потоков: А.с. СССР №1151725, А.с. СССР №1156012, А.с. СССР №1196540, А.с. СССР №1263919, А.с. СССР №1479732, А.с. СССР №1541423, А.с. СССР №1670191, А.с. СССР №1696756, А.с. СССР №1744312, А.с. СССР №1742530, А.с. СССР №1765547. Устройства для обработки почвы в рядах многолетних насаждений: А.с. СССР №1523065; Патент РФ №2238619. Механизм навески щётки аэродромной уборочной машины – патент на полезную модель РФ № 59641).

– опубликована монография «Моделирование и расчёт гидромеханических систем на стадии проектирования».

Внедрение результатов исследований. В результате проведенных научно-исследовательских работ разработана и принята к использованию в ассоциации «Станкоинструмент» методика расчёта гидрофицированных пресс-молотов. С использованием указанной методики и новых схемотехнических решений, включающих использование насосно-аккумуляторного источника питания с оригинальной конструкцией разгрузочного клапана, произведена оптимизация технических параметров гидравлического перфорационного пресса усилием 1600 кН (160 тс) модели ППГ 160.00.001, позволившая повысить частоту хода ползуна с 80 до 560 двойных ходов в минуту. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 550000 (пятьсот пятьдесят тысяч) рублей в ценах 2006 года.

Результаты исследований используются в учебном процессе, при подготовке квалифицированных специалистов по специальностям «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» и «Динамика и прочность машин».

Апробация работы. Основные положения докладывались и обсуждались на:

– всесоюзных научно-технических конференциях "Основные направления развития техники для возделывания и уборки сахарной свеклы и кукурузы по индустриальным технологиям в свете продовольственной программы CCCP'' (Харьков, 1986 г.) и «Состояние и перспективы развития электро- и гидроприводов сельскохозяйственных машин» (Москва, 1989 г.);

– 2-й, 3-й и 6-й международных научно-технических конференциях «Новые технологии управления движением технических объектов», Новочеркасск, 1999, 2000 и 2003 годы;

– международных научно-технических конференциях: «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2003 г.); «Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении. Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и образовании» (Ростов-на-Дону, 2005 г.); «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» (Ростов-на-Дону, 2005 г.); «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2006 г.); «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза 2007 г.); «Эффективные технологические процессы в металлургии, машиностроении и станкоинструментальной промышленности» (Ростов-на-Дону, 2007 г.); «Динамика технологических систем» (Ростов-на-Дону, 2007 г.);

– международных научно-практических конференциях «Металлургия. Машиностроение. Станкоинструмент» (в рамках промышленного конгресса юга России. Ростов-на-Дону, 2006 г.); «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2006 г.);

– международной научно-технической и научно-методической конференции «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы» (Москва, 2006 г.);

– ежегодных научно-технических конференциях ДГТУ (РИСХМа) с 1981 года.

Публикации. В процессе работы над диссертацией автором получены 16 авторских свидетельств СССР и 2 патента РФ, опубликованы 85 научные работы, в том числе по материалам диссертации 36 печатных работ, из которых 14 в научных журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ (в т.ч. 7 без соавторов). Издана монография «Моделирование и расчёт гидромеханических систем на стадии проектирования» (без соавторов).





Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов и рекомендаций, заключения, списка использованной литературы из 237 наименований и приложений, имеет 149 рисунков, 21 таблицу и изложена основное содержание на 302, приложения на 60 страницах машинописного текста.

Во введении произведено обоснование темы исследований и её актуальность.

В первой главе. Произведён анализ современной технической литературы, который показал, что проблеме, поставленной в настоящей диссертации, уделяется большое внимание.

Особо отмечаются работы, посвящённые исследованиям ГМС, таких учёных как Трифонов О.Н., Башта Т.М., Руднев С.С., Попов Д.Н., Панаиотти С.С., Навроцкий К.Л., Сырицын Т.А., Каверзин С.В, Богуславский И.В., Водяник Г.М., Шошиашвили М.Э., Чупраков Ю.И., Васильченко В.А., Абрамов Е.И., Домогаров А.Ю., Иванов В.И., Степаков А.И., Орлов Ю.М., Шейпак А.А., Кондаков Л.А., Богдан Н.В., Васильев Л.В., Свешников В.К., Усов А.А., Прокофьев В.Н., Гамынин Н.С., Розанов Б.В., Идельчик И.Е., Левицкий Н.И., Цуханова Е.А., Сахно Ю.А., Таугер М.Б., Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А., Ермаков В.В., Богданович В.П. и другие.

Определены недостатки современных исследований, основные из которых заключаются в следующем:

– подавляющее большинство из перечисленных исследований посвящены изучению СГП и систем управления, базирующихся на гидравлических аппаратах золотникового типа, при этом известно, что до 60% всех отказов СГП вызвано выходом из строя золотниковых элементов направляющей и регулирующей аппаратуры;

– СГП, как правило, рассматривается в отрыве от механической системы гидрофицированных механизмов, непосредственно совершающих полезную работу, и от источника энергии, обеспечивающего энергией источник расхода;

– учёт сжимаемости рабочей жидкости при описании динамических процессов в СГП осуществляется неэффективно, а в ряде случаев она не учитывается вовсе;

– в необходимости линеаризации дифференциальных уравнений, описывающих динамические процессы в ГМС при моделировании, что ограничивает возможности анализа процессов и приводит к погрешностям в расчётах;

– отсутствует единое понимание ГМС, её структуры, методов моделирования, расчёта и оптимизации.

Во второй главе даётся определение ГМС, предлагается её структура и основные принципы моделирования и расчета.

ГМС представляет собой совокупность механизмов, в которую входит и СГП, предназначенную для преобразования энергии, полученной от некоторого обобщённого источника, в полезную механическую работу.

Таким образом, любая механическая система, включающая СГП, и осуществляющая преобразование какого либо вида энергии в механическую работу, является ГМС. Она состоит из четырёх основных подсистем, которые находятся во взаимосвязи (рис. 1):

– источника энергии;

– силового гидравлического привода;

– механической системы;

– система управления.

Источник энергии представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для преобразования первичной энергии из любого её вида (тепловая, электрическая и др.) в механическую, которую напрямую можно использовать для получения гидравлической энергии.

Силовой гидравлический привод в свою очередь состоит из двух частей, а именно, из источника расхода и гидравлической передачи.

Источник расхода преобразует механическую энергию, получаемую от источника энергии, в гидравлическую. Их можно условно разделить на три группы: с фиксированным давлением (p – фикс.); с фиксированной подачей (Q – фикс.); с управляемой подачей (Q – управл.). Источники расхода с фиксированным давлением исполняются двух типов - аккумуляторные и насосно-аккумуляторные. Фиксированная подача источника расхода обеспечивается применением гидронасосов объёмного типа.

Гидравлическая передача в ГМС служит для переноса гидравлической энергии от источника расхода, её преобразования, перераспределения между потребителями и обратного преобразования в механическую энергию. Она может быть простой (одноконтурной) или сложной (разветвлённой).

Разветвлённая гидропередача включает несколько гидродвигателей, которые могут функционировать согласованно (с синхронизацией), либо независимо (без синхронизации).

Синхронизация работы гидравлических двигателей бывает объёмной, дроссельной или с применением системы автоматического регулирования.

Механическая система представляет собой совокупность механизмов, предназначенную для преобразования энергии, полученной от выходного звена СГП (гидродвигателя), в энергию, осуществляющую механическое движение исполнительного органа, производящего полезную работу.

Здесь же предлагаются новые формулы для силового расчёта переменного гидравлического сопротивления типа плоский (тарельчатый) клапан (рис. 2), при этом вводится понятие приведенной площади переменного гидравлического сопротивления типа плоский клапан.

Сила воздействия потока рабочей жидкости на затвор клапана состоит из двух сил: статической и динамической:

, (1) , (2) , (3)

где Rст, Rдин – статическая и динамическая составляющие силы воздействия на затвор со стороны регулируемого потока жидкости; Fпр - приведенная площадь затвора; Fотв, Fк и Fшт – соответственно площади отверстия 1, дросселирующего кольца 2 и компенсационного штока 3; Q – расход рабочей жидкости через сопротивление; pрег – перепад давления на переменном сопротивлении; – плотность рабочей жидкости.

Для более точного определения эффективной площади гибкого мембранного элемента (ГМЭ) предлагается рассматривать его работу с учётом деформации эластичного полотна. В этом случае возможны пять зон работы, показанные на рис. 3…7. В соответствующих зонах эффективная площадь ГМЭ определяется по ниже следующим формулам.

При работе ГМЭ в первой зоне:

; (4)

; (5)

второй зоне: ; (6)

в третьей зоне: ; (7)

в четвёртой зоне: ; (8)

в пятой зоне: . (9)

Здесь же выведены и условия, по которым можно определить зону, в которой в данный момент работает ГМЭ.

Во второй главе предлагается полученная аналитически формула по определению приращения давления в любой точке гидравлической системы во время её работы при переходных процессах.

Вводится понятие объёмной жёсткости гидравлической системы, и выводятся формулы для определения ПОЖ основных элементов СГП.

, (10) , (11)



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 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.