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 |

Совершенствование систем гидропривода строительных кранов для эксплуатации при низких температурах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Клиндух Надежда Юрьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ГИДРОПРИВОДА

СТРОИТЕЛЬНЫХ КРАНОВ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

05.05.04 Дорожные, строительные и подъемно-транспортные

машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Томск 2007

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Сибирского федерального университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор

Емельянов Рюрик Тимофеевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор

Веригин Юрий Алексеевич

- кандидат технических наук, доцент

Ларионов Сергей Аркадьевич

Ведущая организация - ЗАО «СибНИИСтройдормаш» им. А.Б. Суховского

Защита состоится 29 мая 2007г. в 10-00 часов на заседании диссерта­ционного совета К 212.256.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 6340003, Томск, пл. Соляная, 2, корп. 4, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «27» апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета С.М. Кравченко

Актуальность темы. Освоение северных территорий Российской Федерации предполагает привлечение большого числа гидрофицированных кранов, конструкции которых должны устойчиво работать при резко отрицательных температурах.

Строительные краны подвержены сильному воздействию внешних факторов жесткого климата (отрицательная температура и ветровой обдув). В этих условиях в гидроприводе, имеющем значительную протяженность гидролиний, повышается вязкость рабочей жидкости, идет рост потерь давления, ухудшаются функциональные и эксплуатационные характеристики гидросистемы. В кабине машиниста наблюдается дефицит тепла. Увеличение вязкости создает большие потери при движении рабочей жидкости по каналам гидроаппаратов, а также значительное разряжение во всасывающей гидролии, что может быть причиной кавитации насоса. В пусковых режимах работы гидропривода при низких температурах, возникает пик давления, превышающий допустимое значение и сопровождающийся шумом и кавитацией. Высокое давление рабочей жидкости ведет к разрывам трубопроводов и шлангов высокого давления, растет процент отказов гидросистемы (30 - 50% от отказов по машине). Для обеспечения устойчивой циркуляции рабочей жидкости пик давления не должен превышать 15 – 20%.

Все это определило необходимость повышения надежности автомобильных кранов при низких температурах путем разработки нового дроссельного гидропривода с принудительной рециркуляцией рабочей жидкости по замкнутому кругу.

Цель работы – повышение надежности автомобильных кранов, работающих в условиях низких температур, путем применения в гидроприводе дополнительной системы циркуляции рабочей жидкости.



Задачи исследования:

  1. предложить в гидроприводе дополнительную систему рециркуляции рабочей жидкости для обеспечения температурного режима в условиях низких температур (до – 600С).
  2. установить в ходе теоретических исследований, лабораторных и производственных экспериментов стабильность процессов рециркуляции рабочей жидкости гидропривода крана;
  3. обосновать термодинамические характеристики рабочей жидкости дроссельного гидропривода замкнутого типа с системой рециркуляции в зависимости от перепада давления на дросселе и утечек тепла;
  4. разработать управляющий модуль отслеживания температуры рабочей жидкости в рециркуляционной системе гидропривода.

Основные научные положения, защищаемые автором

    • Стабильность циркуляции рабочей жидкости в переходном процессе рециркуляционной системы гидропривода достигается снижением амплитуды давления в зависимости от сочетания конструктивных параметров гидропривода и свойств рабочей жидкости при перепаде давления 10 МПа и скорости течения рабочей жидкости 1,5 м/с.
    • Оптимальная температура рабочей жидкости достигается дросселированием по замкнутому кругу гидропривода в режиме рециркуляции с регулированием процесса нагрева по величине перепада давления с учетом влияния низких температур.
    • Тепловой режим кабины машиниста обеспечивается сочетанием количества теплоты, выделяемой в гидроприводе за счет дросселирования рабочей жидкости, удельной теплоемкостью элементов гидропривода, коэффициентом теплопередачи, площадью внешней поверхности элементов гидропривода, массой элементов гидропривода, текущей температурой рабочей жидкости и числом циклов дросселирования рабочей жидкости.
    • Граничное состояние деструкции рабочей жидкости определяется коэффициентом расхода рабочей жидкости в зависимости от величины перепада давления на дросселе и температуры окружающего воздуха.

Достоверность научных результатов диссертационной работы по оценке параметров рециркуляционной системы гидропривода, динамике движения рабочей жидкости, устойчивости систем гидропривода обеспечивается за счет используемого испытательного и регистрирующего оборудования, позволяющего с достаточной точностью осуществлять измерения требуемых параметров в процессе измерений, а также использованием современных методов обработки полученных результатов с применением современных средств вычислительной техники и программного обеспечения.

Научная новизна положений заключается в следующем:

  • разработаны имитационные модели рециркуляционной системы дроссельного гидропривода в переходных режимах работы, учитывающих перепад давления на дросселе, пороги кавитации рабочей жидкости;
  • определены аналитические зависимости между параметрами рециркуляционной системы дроссельного гидропривода, временные зависимости потока и скорости рабочей жидкости, давления в гидросистеме перед дросселем и за ним;
  • создана система управления процессом рециркуляции рабочей жидкости по перепаду давления на дросселе до 10 МПа и положению золотника гидрораспределителя;
  • разработана методика автоматизированного проектирования дроссельного гидропривода с системой рециркуляции рабочей жидкости.

Практическая значимость работы заключается в разработке управляющего модуля рециркуляционной системы гидропривода. Методика автоматизированного расчета рециркуляционной системы гидропривода внедрена в производство ОАО «СК Север» г. Норильск. Результаты исследований использованы в научно-исследовательских работах кафедры «Механизация и автоматизация строительства» и учебном процессе института архитектуры и строительства.

Личный вклад автора заключается в следующем:

  • в формулировании цели и общей идеи работы;
  • в разработке математической модели системы гидропривода крана с рециркуляцией рабочей жидкости;
  • в получении регрессионных зависимостей гидродинамических характеристик гидропривода;
  • в разработке управляющего модуля температурным режимом рабочей жидкости;
  • в разработке программного продукта для расчета элементов системы гидропривода.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседании кафедры «Механизация и автоматизация строительства», на научных конференциях, совещаниях, семинарах, в том числе на: Международной научно-технической конференции Пенза, 2007г.; региональной научно-технической конференции Красноярск, 2006, 2007; Всероссийской научно-практической конференции Красноярск, 2006; научно-методическом совете института строительства и архитектуры, 2007: межкафедральном научном семинаре лесотехнического института ТГАСУ, Томск, 2007.

Публикации.

Основное содержание работы опубликовано в 8 научных работах.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем - 130 страниц, в том числе: 61 рисунок и 12 таблиц. Список литературы – 127 наименований.

Автор признателен руководителям ОАО «СК Север» за предоставленную помощь в проведении экспериментальных исследований и сотрудникам института архитектуры и строительства за оказанную помощь и внимание.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. Состояние вопроса. Работа строительных кранов в условиях низких температур требует особых мероприятий по поддержанию работоспособного состояния гидропривода. Проблеме обеспечения оптимального работоспособного состояния систем гидропривода посвящены работы Башты Т.М., Гамынина Н.С., Васильченко В.А., Каверзина С.В., Коваль П.В., Лебедева И.И. и др. авторов. В этих работах сформулированы методы поддержания теплового состояния машин, однако недостаточно полно рассмотрены вопросы надежности гидропривода открытого типа строительных кранов при температурах окружающего воздуха до минус 60 0С. В гидроприводе открытого типа не обеспечивается необходимая интенсивность разогрева рабочей жидкости при низких температурах.

Для повышения интенсивности разогрева рабочей жидкости используются системы гидропривода закрытого типа. По системам гидропривода закрытого типа выполнены многочисленные работы. Попытки создания рециркуляционной системы гидропривода закрытого типа для автогрейдера проводились в Красноярском филиале ВНИИстройдормаш. Вместе с тем, в этих работах не приведены результаты исследований по управлению гидродинамическими характеристиками с учетом тупиковых систем гидропривода при температуре окружающего воздуха минус 60 0 С.

Методам управления характеристиками систем гидроприводов машин посвящены работы известных ученых Башты Т.М., Гамынина Н.С., Прокофьева В.Н., Кондакова Л.А., Казмиренко В.Ф., Попова Д.Н., Пилипенко, В.В., Садовского Б.Д., Карева В.И., Никитина Г.А., Боровина Г.К., Бажина И.И.. Ларионова С.А. и др. Управление динамическими процессами в работах авторов выполняется с использованием квазистационарных гидродинамических характеристик элементов, полученных по результатам экспериментальных исследований. В исследованиях известных ученых используются методы передаточных функций, методы компьютерного объектно-ориентированного моделирования в среде «MATLAB & Simulink» и других программных комплексов.

В настоящей работе в основу повышения надежности строительных кранов, работающих в условиях низких температур, заложено введение дополнительного контура дроссельного гидропривода с системой рециркуляции рабочей жидкости.

Вторая глава. Теоретические исследования дроссельных систем гидропривода.

Схема дроссельного гидропривода строительного крана, содержащая замкнутую систему потока рабочей жидкости, приведена на рис. 1.

 идросистема крана с дополнительным-0

Рис. 1 Гидросистема крана с дополнительным потоком рабочей жидкости

Она содержит три контура циркуляции рабочей жидкости. Первый контур выполнен в виде замкнутой системы. Он содержит бак 1, рабочая жидкость из которого поступает в гидронасос 3 через всасывающий патрубок 2. Из насоса 3 рабочая жидкость подается в основной золотник 9 по гидролинии 12 через центральный коллектор 14, из которого она поступает через дроссель 8 и через управляемый золотник 6, в теплообменники 7. Из теплообменников 7 рабочая жидкость через золотник 9, фильтр 10 поступает во всасывающий патрубок 2. Для предохранения системы от перегрузок применен предохранительный клапан 11. Второй контур системы обеспечивает циркуляцию рабочей жидкости в режиме холостой работы гидросистемы крановой установки. Третий контур системы обеспечивает циркуляцию рабочей жидкости в режиме выполнения рабочих операций.

Для моделирования системы "Насос – золотник – дроссель – управляемый золотник – теплообменник" с учетом основных нелинейностей дросселя и золотника разработана математическая модель.





(1)

(2)

= (3)

(4)

где D –диаметр окружности, на которой расположены центры поршней; d – диаметр поршня; z – число поршней; n – частота вращения вала насоса; – угол наклона блока к оси приводного вала. fdp площадь проходных сечений дросселя; dp коэффициенты расхода жидкости через дроссель; удельный вес жидкости; g – ускорение свободного падения; рдр – давление рабочей жидкости на входе дросселя; рвых – давление рабочей жидкости на выходе дросселя; Rу – активное сопротивление обмотки электромагнита; I – сила тока; Lу – индуктивность обмотки управления электромагнита; Cп – коэффициент противо-ЭДС; xя – смещение якоря электромагнита дополнительного золотника.

Линейная модель гидросистемы, разработанная в среде MATLAB 6.5 приведена на рис. 2.

 одель гидросистемы,-7

Рис. 2 Модель гидросистемы, разработанная в среде MATLAB 6.5

В качестве входных данных для модели использовались: постоянное давление питания (P0 = 21 МПа), внешний возмущающий момент (Mb = 0) и сигнал, соответствующий значению плунжера (ymax = 0,3 мм ), который меняется по времени и задаётся при помощи функции “Signal Builder” в ПК “MATLAB”, представленной на рис. 3.

 График смещения плунжера золотника -8

Рис.3. График смещения плунжера золотника

Начальные условия:

fdp = 4е-6; dp 0,71; =900; g =9,8.

Реализацией модели рециркуляционной системы получены зависимости основных характеристик движения рабочей жидкости в процессе дросселирования (рис. 4).

 араметры насоса 1- Смещение-9

Рис. 4 Параметры насоса

1- Смещение плунжера; 2- Угловая скорость; 3- Угол поворота; 4- Давление

питания

 ависимость давления-10

Рис. 5 Зависимость давления создаваемого насосом

 ависимость скорости течения-11

Рис. 6 Зависимость скорости течения рабочей жидкости на выходе

из дросселя

Переходный процесс дросселирования рабочей жидкости в начальный период времени является колебательным. Через 2,5 с процесс становится стационарным. Переходная характеристика вызвана скачком градиента при турбулентном течении рабочей жидкости. При изменении разности давления на клапане процесс дросселирования неустойчив в течении 2 с. Далее процесс ставится стационарным.

При критическом перепаде давления или противодавлении возникает кавитация. Критическое значение перепада давления на дросселе разграничивает режимы истечения жидкости с кавитацией и без кавитации. Критический перепад зависит от двух параметров: гидродинамической характеристики дросселя и критического давления, при которых в потоке возникают разрывы сплошности, пороги кавитации.

В замкнутых системах гидропривода с системой рециркуляции потери энергии при дросселировании идут на интенсивное нагревание рабочей жидкости. Устойчивое регулирование температуры потока рабочей жидкости обеспечивается дроссельным регулятором. Оптимальная температура рабочей жидкости достигается дросселированием по замкнутому кругу гидропривода в режиме рециркуляции с регулированием процесса нагрева по величине перепада давления. Температура нагрева рабочей жидкости определится уравнением

(5)

где количество теплоты, выделяемое в гидроприводе за время ; сi – средняя удельная теплоемкость гидропривода; Кгн – коэффициент теплопередачи; Fi – площадь внешней поверхности элементов гидропривода; mгн – масса элементов гидропривода; Т0 – начальная температура рабочей жидкости.

Модель, описывающая зависимость (4) в среде «Matlab Simulink» приведена на рис. 7.

Рис. 7 Модель нагрева температуры рабочей жидкости набранная,

в среде «Matlab Simulink»

Начальные условия количество теплоты, выделяемое в гидроприводе за время ; сi – 0,453; ; Кгн – 20; Fi – 1.5; mгн – 120; Т0 =0 0С. Рдр = Рвых = 10.

По результатам моделирования получены временные зависимости температуры рабочей жидкости, приведенные на рис. 8.

Изменение температуры рабочей жидкости во времени описывается зависимостью

T = 0,0084t2 + 1,9426t 44,786

с наиболее интенсивным прогревом в начальный момент работы и последующим ослаблением интенсивности нагрева.

Анализ уравнений теплового баланса гидросистемы показал, что дросселирование рабочей жидкости обеспечивает прогрев теплообменника кабины машиниста. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований составила 95%.

 ависимость температуры-19

Рис. 8 Зависимость температуры рабочей жидкости

1 – теоретическая зависимость повышения температуры на входе в теплообменники; 2 – тоже, экспериментальная; 3 - экспериментальная зависимость повышения температуры в баке

Третья глава. Экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования гидропривода крана в условиях эксплуатации, проводились на стенде гидропривода, в том числе, в камере холода при температуре воздуха минус 60оС. Измеряемые параметры определялись при варьировании величин внешней нагрузки и температуры окружающего воздуха.

В гидроприводах крана, работающих в условиях холодного климата, при пуске и в начальный период работы значительно возрастают потери давления в трубопроводах. При -50…-60оС потери давления рабочей жидкости в гидролиниях привода возрастают в 15…20 раз по сравнению с потерями давления при +50оС. Допустимая скорость рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе - 0,85 м/с, в сливном - 1,4 м/с, в нагнетательном при номинальном давлении 25 МПа - 5 м/с. Поэтому пуск насосов в условиях низких температур производится при постепенном повышении давления рабочей жидкости до номинального с выдержкой при давлении 10 МПа в течение 1…2 мин.

Инструментальные исследования новой гидросистемы исследовались на стенде и серийных машинах КС-3575А. Результаты измерений температурного состояния гидропривода крана приведены на рис. 9.

Температура нагрева масла в теплообменниках повышается с увеличением давления после насоса. Колебания величины давления после дросселя оказывают незначительное влияние на интенсивность обогрева. При давлении после гидронасоса равном 10 МПа, температура масла в теплообменниках приближается к предельно допустимому значению + 600С.

 езультаты измерений-20

Рис. 9 Результаты измерений температурного состояния гидропривода



Pages:   || 2 |
 

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.