Мирный Виктор Игнатьевич. Повышение эффективности быстродействующего гидравлического привода возвратно-поступательного движения

Короткий опис

Мирный Виктор Игнатьевич. Повышение эффективности быстродействующего гидравлического привода возвратно-поступательного движения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.02 / Мирный Виктор Игнатьевич; [Место защиты: Дон. гос. техн. ун-т].- Ростов-на-Дону, 2008.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-5/1235

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

61 08-5/1235

МИРНЫИ Виктор Игнатьевич
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов
и детали машин
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель
кандидат технических наук, доцент Рыбак А.Т.
Ростов-на-Дону - 2008
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Анализ конструкций и область применения гидравлических
приводов возвратно-поступательного движения 9
1.1.1. Насосный безаккумуляторный привод для пресса 11
1.1.2. Насосно-аккумуляторный привод для прессов 13
1.1.3. Мультипликаторный привод 15
1.2. Краткий обзор научных работ, посвящённых исследованиям
по рассматриваемой теме 17
1.3. Выводы по разделу. Цель и задачи исследования 19
2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 21
2.1. Устройство и принцип действия силового гидравлического привода возвратно-поступательного движения 21
2.2. Математическая модель гидравлического привода возвратно¬поступательного движения 23
2.3. Определение усилия создаваемого гидравлическим приводом возвратно-поступательного движения при пробивании стального
листа 32
2.4 Теоретические исследования быстродействующего гидравлического
привода возвратно-поступательного движения 38
2.4.1. Анализ работы быстродействующего гидропривода возвратно-поступательного движения 38
2.4.2. Анализ возможных путей повышения быстродействия гидравлического привода возвратно-поступательного движения.. 43
2.5. Выводы по разделу 47
3. МОДЕРНИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 48
ПОВЫШЕННОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
3.1. Устройство и принцип действия гидравлического привода
повышенного быстродействия для перфорационного пресс-молота 48
Л ■
3.1.1. Устройство и принцип действия модернизированной конструкции гидравлического привода возвратно-поступательного движения с ограничителями хода в виде
з
комбинированных гидромеханических упоров 48
3.1.2. Устройство и принцип действия модернизированной конструкции гидравлического привода возвратно¬поступательного движения с ограничителями хода в виде простых механических упоров 52
3.2. Математическая модель модернизированной конструкции гидравлического привода возвратно-поступательного движения повышенного быстродействия 53
3.3. Теоретические исследования влияния конструктивных и функциональных параметров быстродействующего гидравлического привода возвратно-поступательного движения на качество его
работы 64
3.3.1. Сравнительный анализ работы гидравлического привода возвратно-поступательного движения с механическими и гидромеханическими упорами 64
3.3.2. Теоретические исследования влияния конструктивных и функциональных параметров на качество работы гидравлического привода с гидромеханическими упорами 67
3.4. Расчёт характеристик гидравлического привода возвратно-поступательного движения с рациональными
конструктивными параметрами 101
3.5. Выводы по разделу 103
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВОЗВРАТНО¬ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 109
4.1. Экспериментальное определение приведнной объёмной жёсткости
рукавов высокого давления гидравлического привода 109
4.1.1. Методика определения приведенной объёмной жёсткости рукавов высокого давления гидравлического привода возвратно¬поступательного движения 106
4.1.2. Обработка опытных данных испытания рукавов высокого давления гидравлического привода возвратно-поступательного движения * 108
4.1.3. Результаты проведения испытаний рукавов высокого давления гидравлического привода возвратно-поступательного движения.. 109
4.2. Экспериментальное определение приведенной объёмной жёсткости поршневого гидравлического цилиндра
4.2.1. Методика определения приведенной объёмной жёсткости гидроцилиндра
4.2.2. Обработка опытных данных испытания гидроцилиндра
4.2.3. Результаты проведения испытаний гидравлического цилиндра....
4.3. Выводы по разделу
5. РАСЧЁТ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ПРИ ПРОБИВКЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК РАЗЛИЧНОЙ ОЛЩИНЫ
5.1. Исследование параметров гидравлического привода возвратно¬поступательного движения с учетом влияния толщины заготовок из различных марок сталей
5.2. Расчёт характеристик гидравлического привода возвратно¬поступательного движения при пробивке стальных заготовок различной толщины и низких скоростях движения выходного звена
5.3. Расчёт работы гидравлического привода возвратно-поступательного движения при вырубке деталей из стальных заготовок различной толщины и высоких скоростях движения выходного звена
5.4. Выводы по разделу
6. ОБЩИЕ ЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований. Гидравлические приводы (ГП) давно и весьма успешно используются в технологическом оборудовании для осуществ¬ления главного рабочего и вспомогательных движений. Особо значительный эффект даёт их применение в технологическом оборудовании и мобильной тех¬нике, предназначенных для обработки крупногабаритных деталей, требующих создания усилия в сотни и даже тысячи тонн при значительных перемещениях инструмента[76 ].
Однако применение гидравлического привода ограничено в случаях, ко¬гда необходимо обеспечить большие скорости возвратно-поступательного дви¬жения инструмента, испытывающего значительное противодействие со сторо¬ны обрабатываемой заготовки. Указанное ограничение объясняется тем, что возвратно-поступательные гидравлические приводы быстродействующего обо¬рудования работает в постоянно изменяющихся динамических режимах, кото¬рые на современном этапе развития гидравлических приводов недостаточно изучены.
Таким образом, задача разработки конструкции, методики моделирования и исследования, выбора рациональных параметров быстродействующего гид-равлического привода технологического оборудования является актуальной.
Целью работы является повышение эффективности быстродействующих гидравлических приводов возвратно-поступательного движения путем разра¬ботки методики их расчёта и проектирования с учетом нелинейности характе¬ристик, сжимаемости рабочей жидкости и деформации трубопроводов.
Объект исследования. Гидромеханическая система быстродействующего технологического оборудования с возвратно-поступательным движением ис-полнительного органа на примере перфорационного пресс-молота циклическо¬го действия.
Методика исследований. Выполненные в работе исследования основыва¬ются на использовании положений и методов теоретической и аналитической механики, гидродинамики, теории упругости, а также численных методов ре¬шения дифференциальных уравнений, методов экспериментальной механики.
Научная новизна заключается в том, что автором:
1 .Разработана математическая модель двухаккумуляторного гидравличе¬ского привода с возвратно-поступательным перемещением исполнительного органа, с учётом нелинейности характеристик, деформации трубопроводов, не¬равномерности подачи рабочей жидкости и её сжимаемости, позволяющая вы¬явить основные конструктивные и технологические параметры, оказывающие первостепенное влияние на эффективность функционирования.
2. Установлено, что быстродействие двухаккумуляторного гидравлическо¬го привода с возвратно-поступательным перемещением рабочего органа и его КПД, при пробивке стальных заготовок, практически не зависят от прочности обрабатываемой стали (временного сопротивления), и определяются толщиной заготовки, показателем относительного сужения её материала и свойствами гидравлического привода.
3. Разработана методика и произведено экспериментальное определение приведенной объёмной жёсткости рукавов высокого давления и гидравличе¬ских цилиндров.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту диссертации:
1 .Математическая модель гидравлического привода возвратно-поступа¬тельного движения, учитывающая нелинейности его характеристик, деформа¬цию трубопроводов, неравномерность подачи рабочей жидкости и её сжимае¬мость.
2. Результаты теоретических исследований гидравлического привода воз-вратно-поступательного движения, произведённых на основе компьютерного моделирования.
3. Схемотехнические решения гидравлического привода возвратно-поступательного движения, обеспечивающие существенное повышение его производительности без дополнительных затрат энергии.
4. Методика определения коэффициента полезного действия гидравличе¬ского привода возвратно-поступательного движения за цикл работы с учетом влияния прочности стальной заготовки оказывающей воздействие на движение выходное звено гидросистемы.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Предложена оригинальная конструкция двухаккумуляторного гидравли¬ческого привода, позволяющая сохранить преимущества насосноаккумулятор¬ного привода по быстродействию, при доведении его рентабельности до уровня безаккумуляторного, за счёт утилизации и вторичного использования энергии расходуемой аккумулятором при холостом и обратном движениях перемещае¬мых масс.
2. Разработана методика моделирования и выбора рациональных парамет¬ров двухаккумуляторного гидравлического привода (на примере перфорацион¬ного пресс-молота), с учётом нелинейности характеристик, деформации трубо¬проводов, неравномерности подачи рабочей жидкости и её сжимаемости.
3. Выявлено количественное и качественное влияние различных конструк¬тивных и технологических параметров гидромеханической системы высокого быстродействия с двухаккумуляторным гидравлическим приводом на основные показатели работы перфорационного пресс-молота.
4. Предложена методика определения коэффициента полезного действия гидравлического привода пресс-молота, при пробивке листового материала, ко¬торая позволяет осуществлять корректное сравнение экономической эффектив¬ности операций пробивки заготовок различной толщины изготовленных из различных материалов.
5. С использованием результатов полученных при проведении исследова¬ний разработаны оригинальная гидравлическая схема пресс-молота повышен¬ного быстродействия, и методика расчёта гидравлических пресс-молотов с двухаккумуляторным источником питания, принятые к использованию на предприятии ЗАО «Завод по выпуску КПО».
6. Методы, положенные в основу настоящей работы и разработанные в ре¬зультате принципы моделирования и исследований могут быть использованы при исследовании как гидромеханических систем кузнечно-штамповочного оборудования с иными технологическими функциями, так и иного гидрофици- рованного технологического оборудования и мобильной техники с быстродей¬ствующими приводами возвратно-поступательного движения.
Апробация работы. Основные положения исследований докладывались и обсуждались на: международной научно-практической конференции «Метал¬лургия. Машиностроение. Станкоинструмент» в рамках промышленного кон¬гресса юга России. Ростов-на-Дону, ВЦ «ВертолЭкспо», 2006 год; междуна¬родных научно-технических конференциях: «Новые и нетрадиционные тех¬нологии в ресурсо- и энергосбережении». 28 - 29 июня 2006 г., г. Одесса. Ки¬ев: ATM Украина, 2006 год; V международной научно-технической конфе¬ренции «Материалы и технологии XXI века». Пенза, 2007; «Эффективные тех¬нологические процессы в металлургии, машиностроении и станкоинструмен¬тальной промышленности», Ростов-на-Дону, ВЦ «ВертолЭкспо», 2007; VIII международной научно-технической конференции «Динамика технологиче¬ских систем», Ростов-на-Дону, 2007; ежегодных научно-технических конфе¬ренциях преподавателей и сотрудников ДГТУ в 2005...2007 годах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных ра¬бот, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 100 наименований, имеет 77 рисунков, 19 таблиц и изложена на 143 стра¬ницах машинописного текста. В приложениях приведены сведения о внедре¬нии, блок-схемы расчётов гидромеханической системы пресса и его элементов, а также протоколы экспериментальных исследований динамики элементов гид¬роприводов.

Список літератури

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
По результатам приведенных выше исследований можно сделать следую¬щие общие выводы:
1. Предлагаемая схема гидравлического привода с двухаккумуляторным ис-точником питания, позволяет решить задачу повышения быстродействия обо¬рудования с сохранением его экономической рентабельности.
2. Математическая модель функционирования технологического оборудо¬вания (на примере пресс-молота повышенного быстродействия), оснащённого гидравлическим приводом с двухаккумуляторным источником питания, позво¬ляет рассчитать параметры его функционирования, при пробивке стального листа, с учётом взаимного влияния обрабатываемой заготовки и инструмента.
3. Используемые автором формулы адекватно (с точностью до 10... 15%) описывают изменение во времени давления в различных точках гидравличе¬ской системы, что делает возможным их использование при моделировании динамики быстродействующего силового гидропривода.
4. Наибольшее влияние на быстродействие двухаккумуляторного гидро¬привода пресс-молота оказывают величины рабочего объёма гидронасоса qu и толщина S заготовки. Наибольшее влияние на величину КПД, при пробивке листовой заготовки, оказывают максимальное усилие преодолеваемое пуансо¬ном в Fmax и толщина заготовки.
5. Существенное значение в обеспечении качественной работы двухакку-муляторного гидравлического привода пресс-молота имеют параметры на¬стройки его цикла (первоначальное положение заготовки, координаты установ¬ки гидравлического и механического упоров, момент включения гидрораспре¬делителя управления реверсом ползуна).
6. Экспериментальные зависимости приведенной объёмной жёсткости РВД от рабочего давления делают возможным учёт их упругих свойств при модели¬ровании динамических процессов протекающих в ГМС технологического обо¬рудования, при этом нет необходимости определять приведенную объёмную жёсткость каждого используемого РВД, а достаточно знать приведенную объ¬ёмную жёсткость единицы длины оболочек различного типа.
7. Предлагаемая автором формула расчёта КПД, при пробивке стальной за¬готовки, позволяет осуществлять корректное сравнение экономической эффек¬тивности функционирования привода при пробивке заготовок с различной толщиной и из различных материалов.
8. В случае использования простых механических упоров для ограничения хода гидроцилиндров, при рациональном подборе конструктивных и техноло¬гических параметров ГМС пресс-молота его быстродействие повышается в 3,5 раза, а у пресс-молота, оснащённого гидромеханическими упорами быстродей¬ствие повышается 4,4 раза по сравнению с прессом-прототипом.
9. Быстродействие пресс-молота, с применением двухаккумуляторного си¬лового гидропривода, и КПД процесса пробивки стальных пластин практически не зависят от прочности используемой стали (временного сопротивления), и определяются толщиной заготовки и показателем относительного сужения её материала.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов Е.И. Элементы гидропривода / Е.И. Абрамов, К.А. Колесниченко, В.Т. Маслов - Киев: Техника, 1977. - 154с.
2. Абрамов В.Т. Введение в язык паскаль./ В.Г. Абрамов, Н.П. Трифонов, Г.Н. Трифонова: Учеб. пособие - М. : Наука, 1988. - 320 с.
3. Аверкиев Ю.А. Холодная штамповка: Формоизменяющие операции. - Издательство Ростовского университета. 1984. - 288 с.
4. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки.
- М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.
5. Александров А.В. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. для строит, спец. вузов / А.В. Александров, В.Д. Потапов - М. : Высш. шк., 1990. -400 с.
6. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. для вузов / А.Д. Альтшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов. - М.: Стройиздат, 1987. - 414 с.: ил.
7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.
1. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 728 с.
8. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления /А.Д. Альтшуль.- М.: Наука, 1975. -327 с.
9. Баранов В.Н. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. / В.Н. Баранов, Ю.Е. Захаров - М.: Машиностроение, 1966.
- 243 с.
10. Баранов В.Н. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. / В.Н. Баранов, Ю.Е. Захаров: изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1977. - 326 с
И. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностр. - 1972. - 320 с.
12. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика /Т.М. Башта. // Справочное пособие. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Машиностр., 1971. - 672 с.
13. Богдан Н.В. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Эксплуатация и надёжность гидро- и пневмосистем: Учеб. Пособие/ Н.В. Богдан, П.Н. Кишкевич, B.C. Шевченко; Под. ред. В.Н. Богдана. - Мн.: Ураджай, 2001. - 396 с.
14. Богдан Н.В., Жилевич М.И., Красневский Л.Г. Техническая диагностика гидросистем: Научное издание. - Мн. Белавтотракторостроение, 2000. - 120 с.
15. Богдан Н.В. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Теория, конструирование и расчёт автотракторного компрессора: Пособие / Н.В. Богдан. - Мн.: БГПА, 2001. - 110 с.
16. Бойцов
17. Бочаров Ю.А. Гидропривод кузнечно-прессовых машин / Ю.А. Бочаров, В.Н. Прокофьев. - М.: Высш. школа, 1969. - 248 с.
18. Васильченко В.А. Рабочие жидкости для гидроприводов строительных и дорожных машин-М. - 1969. - с.