Панченко Анатолій Іванович. Розвиток наукових основ проектування планетарних гідромоторів з заданими вихідними характеристиками

brief description

Панченко Анатолій Іванович. Розвиток наукових основ проектування планетарних гідромоторів з заданими вихідними характеристиками : Дис... д-ра наук: 05.05.17 2007

Панченко А.І.Розвиток наукових основ проектування планетарних гідромашин з заданими вихідними характеристиками. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.17 гідравлічні машини та гідропневмоагрегати. Харківський національний технічний університет, м. Харків, 2006.
Дисертація присвячена проектуванню планетарних гідромоторів з заданими вихідними характеристиками. Розроблено математичну модель планетарного гідромотора у складі гідроагрегата, що дозволяє досліджувати динамічні процеси, які відбуваються в елементах гідроагрегата з урахуванням конструктивних особливостей витискувального та розподільного блоків планетарного гідромотора. Розроблено комплексний критерій, обґрунтовано граничні умови, які дозволяють визначити реальне значення кутової швидкості вала гідромотора у складі гідроагрегата. Розроблено методику з елементами багатокритеріальної оптимізації, що дозволяє проектувати гідроагрегат із планетарним гідромотором за заданими вихідними характеристиками. Отримано математичні моделі, які описують зміну вихідних параметрів планетарного гідромотора в зоні найвищого значення загального ККД гідроагрегата. Розроблено ряд уніфікованих планетарно-роторних гідромоторів, новизна яких захищена авторськими посвідченнями і патентами.

Дисертаційна робота присвячена рішенню важливої науково-практичної проблеми дослідження робочих процесів витискувального і розподільного блоків, вихідних характеристик планетарного гідромотора на базі розробки їх більш повних математичних моделей. Основні наукові результати, положення і висновки полягають у наступному:
1. Виконаний аналітичний огляд літературних джерел, присвячений конструкціям і математичним моделям планетарних гідромоторів у складі гідроагрегатів мобільної техніки та виявленню ряду неврахованих факторів, забезпечив розробку більш повних математичних моделей у частині:
- компресії і декомпресії, стискальності робочої рідини в робочих порожнинах насоса і гідромотора;
- двофазності робочої рідини, що істотно знижує її об'ємний модуль пружності в зонах зниженого тиску;
- обмежень руху запірно-регулюючого елемента запобіжного клапана, що відображають фактичні особливості його кінематики і динаміки;
- погрішності форми контуру деталей витискувального блоку, коливань діаметрального зазору між витискувачами, зміни площі прохідного перетину розподільного блоку планетарного гідромотора та ін.
2. Розроблена математична модель планетарного гідромотора у складі гідроагрегата дозволяє досліджувати динамічні процеси з урахуванням конструктивних особливостей розподільного і витискувального блоків планетарного гідромотора та може бути використана для дослідження гідроагрегатів активних робочих органів дорожньої, будівельної, сільськогосподарської та іншої мобільної техніки. Розроблено математичний апарат для визначення робочого об’єму гідромашин з циклоїдальною формою витискувачів, який дозволяє досліджувати процес зміни площ робочих камер, а також визначити кількість робочої рідини, що подається в кожну робочу камеру витискувачів.
3. Параметричними дослідженнями встановлено, що наявність погрішності форми витискувачів у серійних планетарних гідромоторах, характеризується коливаннями діаметрального зазору і зменшує на 7...10% значення крутного моменту серійного гідромотора у порівнянні з модернізованим. Моделюванням процесу зміни технічного стану планетарного гідромотора встановлено, що граничний стан гідромотора з модернізованим витискувальним блоком наступає при значеннях діаметрального зазору рівнихмм, що в 3 рази перевищує граничні значення для серійного витискувального блоку (мм). Дослідження динаміки зміни об'ємних витрат торцевої розподільної системи планетарного гідромотора показали, що при однакових початкових умовах моделювання, витоки в гідромоторі з модернізованим розподільним блоком на 3,4% нижче, ніж у серійного гідромотора, а об'ємний ККД на 2,5% вище, що пояснюється нераціональним проектуванням серійного розподільного блоку.
4. Встановлено, що конструктивні особливості серійного гідромотора впливають на динаміку зміни його вихідних параметрів у складі гідроагрегата навіть при відсутності зовнішніх збурюючих впливів. Коливання діаметрального зазору, викликаного наявністю погрішності форми витискувачів, значно впливає на пульсацію крутного моменту до 34%. Нераціональне проектування розподільного блока викликає пульсацію тиску в нагнітальній магістралі гідроагрегата і крутного моменту до 10% у період розгону і до 18% - у сталому режимі, і як наслідок, при розгоні гідроагрегата спостерігаються пульсації робочої рідини, підведеної до гідромотора до 30%. Проведені дослідження впливу конструктивних особливостей модернізованого гідромотора на динамічні характеристики гідроагрегата показують, що всі вихідні характеристики моделюємого гідроагрегата не мають пульсацій.
5. Вплив зовнішніх збурюючих впливів (пульсацій подачі насоса і коливань навантаження) на динамічні характеристики гідроагрегата з планетарним гідромотором показують, що використання пасивного гасителя пульсацій об’ємом 5000см3, дозволяє в 2,3 рази знизити піки тиску і крутного моменту при пуску як серійного так і модернізованого гідромоторів, працюючих у складі гідроагрегата.
6. Розроблена методика оптимізації, дозволяє проектувати планетарні гідромотори із заданими вихідними характеристиками у складі гідроагрегата. Як параметри оптимізації, для гідроагрегата активних робочих органів мобільної сільськогосподарської техніки, обрані параметри настроювання запобіжного клапана, а як критерії оптимізації - відхилення тискута кутової швидкостівід заданих. З погрішністю- для тиску та- для кутової швидкості, відповідно отримано оптимальні значення параметрів жорсткості пружиниН/см, її попереднього стиску -смі позитивного перекриття золотника -см.
7. У результаті проведених стендових досліджень отримано рівняння регресії, що описують зміну вихідних параметрів планетарного гідромотора в діапазоні зміни перепаду тискуМПа, витрати робочої рідинил/хв, частоти обертанняхв-1, зазору між вікнами розподільного блокуі погрішності форми витискувачівпри використанні двох додаткових розподільних вікон. Експериментальними дослідженнями гідроагрегата з гідромоторами планетарного типу встановлено, що найбільш доцільними режимами експлуатації насоса, є зміни параметрів регулювання в межах, а перепаду тиску робочої рідини в діапазоніМПа. Умовою забезпечення високого ККД планетарних гідромоторів є їх робота в діапазоні зміни відносних частот обертанняі перепаду тискуМПа. При цьому загальний ККД гідроагрегата дорівнює. Розроблено спеціальну програму, що дозволяє визначити адекватність теоретичних і експериментальних досліджень, виражених відповідними кривими, за критерієм Фишера. За допомогою програми підтверджена адекватність розробленої математичної моделі натурному зразку з достатньої для практики точністю.
8. На підставі комплексних досліджень в області розрахунку, проектування, виготовлення та експлуатації гідромашин обертальної дії, розроблено сімейство уніфікованих планетарно-роторних гідромоторів з поліпшеними вихідними характеристиками (загальний ККД збільшився на 812%), з номінальною настановною потужністю 6,5, 11, 22 і 33кВт, відповідно, технічна новизна яких захищена 3 авторськими посвідченнями і 3 патентами. Розроблена методика проектування торцевого розподільного блока дозволяє використовувати його в якості торцевого ущільнення вихідного кінця вала, поліпшуючи тим самим вихідні характеристики проектованого планетарного гідромотора, а також розширюючи його функціональні можливості (розробка гідромоторів з регульованим об’ємом, підвищення в 2 рази потужності гідромотора і т.д.). Використання розроблених гідромоторів у складі гідроагрегатів активних робочих органів і ходових систем мобільної сільськогосподарської техніки дозволить зменшити на 15..25% металоємність і на 20..30% витрати палива як нової так і модернізованої мобільної сільськогосподарської техніки, а також скоротити час на її проектування. Розроблено ряд пристосувань і пристроїв, технічна новизна яких, захищена 5 авторськими посвідченнями, що дозволяють підвищити якість виготовлення деталей і вузлів планетарних гідромашин.
Розроблено стенд для випробувань сімейства уніфікованих рядів високомоментних гідромоторів, що дозволяє проводити випробування планетарних гідромоторів різної потужності. Розроблено методичні рекомендації з проектування планетарних гідромашин, методи і засоби для контролю точності їх виготовлення, які впроваджено на ВАТ «Бердянськсільмаш», ВАТ «Ямпільський приладобудівний завод», АТ «Хідроінпекс», а також використовуються в навчальному процесі при вивченні дисципліни «Трактори і автомобілі» (гідропривід сільськогосподарської техніки), а також при курсовому і дипломному проектуванні.