Андренко Павло Миколайович. Розвиток наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем гідроприводів

Краткое описание

Андренко Павло Миколайович. Розвиток наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем гідроприводів. : Дис... д-ра наук: 05.02.02 2009

Андренко П.М.Розвиток наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем гідроприводів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.02 машинознавство. Національний технічний університет України Київський
політехнічний інститут”, Київ, 2009.
У дисертаційній роботі визначена, науково обґрунтована і вирішена проблема підвищення технічного рівня гідроприводів за рахунок розробки та використання принципово нового класу гідроапаратів з осциляцією.Розроблено концепцію побудови гідроапаратів з осциляцією і гідроприводів, побудованих на їх базі. Розвинуті наукові основи проектування створених гідроапаратів: методи розрахунку гідродинамічної сили, коефіцієнта передачі гідравлічного вібраційного контуру, сил тертя та демпфірування, пружних елементів, витоків. Розроблені математичні моделі таких гідроапаратів та гідроприводів, методики імітаційного моделювання, розрахунку та проектування, включаючи і багатокритеріальну оптимізацію параметрів. Виявлені особливості робочих процесів у гідроапаратах та гідроприводах. Уточнено фізичні моделі тертя та гідродинамічної сили. Введено поняття приведеного коефіцієнту осциляції. Запропоновано нові форми дроселюючих щілин. Розроблені методи розрахунку гідроапаратів з осциляцією впроваджено у ряді спеціалізованих підприємств України.

В результаті виконаних досліджень вирішена важлива проблема, що полягає в розвитку наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем ГП, що дозволило підвищити показники технічного рівня ГП, збудованих на базі розроблених гідроапаратів. Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:
1. Розроблено концепцію побудови гідроапаратів з осциляцією. Вперше запропоновано для здійснення осциляції запірно-регулюючих елементів гідроапаратів використовувати пульсації тиску робочої рідини на виході із об’ємного насоса, що дозволяє на єдиній енергетичній основі створювати гідроапарати з осциляцією.
2. Дістали подальшого розвитку наукові основи проектування гідроапаратів з осциляцією:
вперше розроблено узагальнену математичну модель гідравлічного вібраційного контуру, яку покладено в основу методу розрахунку його коефіцієнта передачі. Співставлення результатів розрахунку з експериментом показало, що похибка розрахунків не перевищує 5 %, чим і визначається правомірність його використання;
вперше розроблено метод розрахунку осьової гідродинамічної сили, що діє на осцилюючий запірно-регулюючий елемент гідроапарата, використання якого дозволяє підвищити точність її розрахунку. Вперше
отримана аналітична залежність для її визначення. Уточнено фізичну модель;
дістали подальшого розвитку, в тій частині, що ураховують параметри осциляції запірно-регулюючих елементів, методи розрахунку: сил тертя та демпфірування, на осцилюючому запірно-регулюючому елементі гідроапарата; витоків у гідроапаратах з осциляцією; пружного елемента гідравлічного вібраційного контуру гідроапарата, використання яких підвищує адекватність математичних моделей гідроапаратів реальному об’єкту. Отримані нові математичні залежності для їх розрахунку. Уточнено фізичну модель тертя.
3. Вперше отримані математичні моделі гідроапаратів з гідравлічним керуванням та гідравлічним вібраційним контуром, які комплексно (в порівняні з раніше відомими) ураховують такі фактори, як: параметри осциляції запірно-регулюючих елементів, форму дроселюючої щілини, нестаціонарність робочих процесів, властивості робочої рідини. Виявлені особливості динаміки функціонування гідроапаратів з осциляцією у ГП дозволили ввести поняття приведеного коефіцієнта осциляції, що зменшило трудомісткість отримання їх математичних моделей. Розроблені математичні моделі гідроапаратів з осциляцією, спричиненою пульсацією тиску робочої рідини, у складі ГП з переливним клапаном з гідравлічним вібраційним контуром та ГП лінійного переміщення. Використання розроблених математичних моделей дозволяє більш докладно визначити вплив конструктивних і робочих параметрів гідроапаратів на характеристики ГП, провести їх раціональний вибір.
4. Вперше установлений взаємозв’язок між параметрами осциляції запірно-регулюючого елемента гідроапарата та його характеристиками:
для діапазону зміни частоти осциляції запірно-регулюючого елемента клапана від 100 Гц до 300 Гц, при сталому значені комплексу= 2,5 [Гц.см], зміні навантаження (витрати) ГП в межах20% від його номінального значення та незмінних інших параметрах, зміна частоти чи амплітуди осциляції запірно-регулюючого елемента клапана не впливає на динамічні характеристики ГП;
форма дроселюючих кромок запірно-регулюючого елемента та його величина переміщення, суттєво впливають на відносну зміну витрати при його осциляції, причому витрата може відрізнятися на (0,1 6)% від свого середнього значення, збільшуючись з відкриттям запірно-регулюючого елемента;
при проектуванні гідроапаратів з осциляцією треба віддавати перевагу, запропонованому нами, запірно-регулюючому елементі типу V, який забезпечує високу точність та швидкодію;
кавітація у гідроапаратах з осциляцією, в порівнянні зі звичайними
гідроапаратами, може виникнути при відкритті дроселюючої щілини менш
ніж 0,035 мм. Для забезпечення безкавітаційної роботи гідроапарата, амплітуда осциляції його запірно-регулюючого елемента повинна вибиратися з урахуванням частоти осциляції та перепаду тиску на дроселюючий щілині;
гідроапарати даного класу можуть ефективно працювати у ГП з об’ємними насосами різних типів, частота пульсацій тиску робочої рідини на виході яких змінюється від 58 до 350 Гц.
5. Вперше розроблені принципи побудови ГП на базі гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром, які дозволяють алгоритмізувати процес прийняття рішень про доцільність їх використання у робочому процесі та забезпечують підвищення показників технічного рівня привода.
6. Розроблені науково обґрунтовані ефективні алгоритми та програмні модулі розрахунку та багатокритеріальної оптимізації параметрів гідроапаратів дозволили прискорити створення і впровадження нових і модернізованих зразків гідроапаратів з осциляцією.
Розрахунковим шляхом доведено, що використання у гідроапаратах розробленого гідравлічного вібраційного контуру дозволяє зменшити на 10,3 % час регулювання, на 31,2 % гістерезіс, та на 25,5 % ступінь нерівномірності тиску, який підтримується у ГП. Використання в ГП переливного клапана з гідравлічним вібраційним контуром дозволило, у порівнянні з серійним, підвищити майже в два рази точність підтримання тиску в ГП, інші показники його технічного рівня. Доведено економічну доцільність від впровадження в виробництво і промисловість розроблених гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром. Установлено, що за показниками технічного рівня розроблені гідроапарати з гідравлічним вібраційним контуром в 1,3 рази перевищують виріб аналог, і за цим показником відповідають вищій категорії. Конкурентоспроможність розробленого клапана з гідравлічним вібраційним контуром становить 1,35, а його використання у ГП більш ніж на 17 % підвищує показники технічного рівня привода.
7. Розроблені наукові положення та отримані результати дозволяють в подальшому:
оптимізувати конструктивні і робочі параметри гідроапаратів з осциляцією, за більш складними критеріями з урахуванням параметрів осциляції запірно-регулюючих елементів, його типу, нестаціонарності робочих процесів, що відбуваються у ГП, для їх ефективної роботи у широкій гамі ГП технологічних та мобільних машин;
створювати нові моделі гідроапаратів з осциляцією, яка здійснюється гідравлічним вібраційним контуром, для ГП технологічних та мобільних машин;
розв’язувати задачі оптимізації, стосовно до різних типів гідроапаратів і ГП технологічних та мобільних машин, які з конструктивної, технологічної та інформаційної точки зору мають ряд спільних ознак з гідроапаратами з осциляцією і ГП, побудованими на їх базі, що дозволяє скоротити час проектування таких гідроапаратів і ГП.
Основні наукові положення і результати, викладені в дисертаційній роботі, мають практичну цінність при проектуванні та модернізації ГП, побудованих на базі розроблених гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром, та впроваджені на підприємствах України, а також використовуються у навчальному процесі.