Введение к работе
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 надежность их работы в тяжелых условиях (повышенные температура и запыленность, 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), оснащенных гидроаппаратами незолотникового типа с учетом нелинейности их характеристик, деформации трубопроводов, неравномерности подачи рабочей жидкости и ее сжимаемости.
Исходя из актуальности, практической значимости и теоретической неразработанности данной проблемы, в работе поставлена следующая
Цель: Повышение эффективности ГМС ММ И ТО путем обеспечения требуемых показателей назначения на основе моделирования и оптимизации с учетом приведенной объемной жесткости (ПОЖ)
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
- выявить особенности динамики функционирования ГМС ММ И ТО с учетом нелинейности их характеристик, деформации
трубопроводов, неравномерности подачи рабочей жидкости и ее сжимаемости,
- раскрыть понятие объемной жесткости элементов ГМС и
выявить аналитические зависимости для ее расчета при
моделировании,
предложить структуру обобщенной ГМС ММ И ТО, методологические основы ее моделирования и оптимизации с учетом 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 объемной жесткости гидравлических систем и их элементов, описаны закономерности для ее расчета;
выявлено изменение ПОЖ при перемещении штока гидравлического цилиндра (ГЦ) в результате изменения внутреннего объема 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 расчета ГМС ММ И ТО, выполненных на базе гидравлических аппаратов незолотникового типа;
на основе предложенной методологии моделирования и оптимизации с учетом ПОЖ разработаны математические модели ГМС мобильной аэродромной уборочной машины и стационарного пресс-молота повышенного быстродействия, произведены расчет и оптимизация их основных конструктивных и функциональных параметров
На защиту выносятся следующие положения*
- методологические основы моделирования и оптимизации ГМС
ММ И ТО с учетом ПОЖ,
- теоретические положения, определяющие ПОЖ
гидравлической системы, установление ее 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 счет изменения его внутреннего объема 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 учетом ПОЖ;
аналитические зависимости для расчета эффективной площади гибкого мембранного элемента (ГМЭ) с учетом перемещения его жесткого центра и растяжения эластичного полотна;
математические модели и результаты оптимизации ГМС мобильной аэродромной уборочной машины и стационарного пресс-молота повышенного быстродействия, оснащенных 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 учетом ПОЖ,
разработана обобщенная структура ГМС ММ И ТО на базе гидравлических аппаратов различного функционального назначения,
- разработан ряд научно обоснованных и защищенных
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, Ас. СССР №1156012, Ас СССР №1196540, Ас
СССР №1263919, А с СССР №1479732, А с. СССР №1541423, А с. СССР
№1670191, Ас СССР №1696756, Ас. СССР №1744312, Ас. СССР
№1742530, Ас СССР №1765547 Устройства для обработки почвы в
рядах многолетних насаждений Ас. СССР №1523065; Патент РФ
№2238619 Механизм навески щетки аэродромной уборочной машины -
патент на полезную модель РФ № 59641).
- опубликована монография «Моделирование и расчет
гидромеханических систем на стадии проектирования»
Внедрение результатов исследований В результате проведенных
научно-исследовательских работ разработана и принята к
использованию в ассоциации «Станкоинструмент» методика расчета
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 СССР" (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 промыш
ленности» (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 тч 7 без соавторов) Издана монография «Моделирование и расчет гидромеханических систем на стадии проектирования» (без соавторов)
Структура и объем 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
