Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование выбора типа предохранительных муфт для защиты приводов тяжелонагруженного оборудования 13
1.1. Анализ условий эксплуатации тяжелонагруженных механизмов .13
1.2. Основные типы предохранительных муфт и требования, предъявляемые к ним .18
1.3. Обзор существующих работ, выполненных в направлении разработок гидромеханических муфт 25
1.4. Объект, методика, цели и задачи исследований 28
2. Моделирование гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом .30
2.1. Конструкция и принцип действия гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом 30
2.2. Расчетная схема и принятые допущения .33
2.3. Математическая модель гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом .40
2.4. Исследование работы муфты в режиме аварийного срабатывания 52
2.5. Исследование работы муфты в режиме демпфирования высокоинтенсивных нагрузок .61
2.6. Алгоритм определения рациональных параметров гидросистемы муфты 66
3 3. Экспериментальные исследования гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом 67
3.1. Постановка задач и методика экспериментальных исследований 67
3.2. Описание экспериментального стенда и его технические характеристики .68
3.3 Фиксация, обработка и представление результатов экспериментов .79
4. Основныевопросыпроектированиягидромеханических муфт .84
4.1. Классификация гидромеханических муфт и рекомендации к выбору схемы муфты .84
4.2. Выбор исходных параметров муфты на примере главного конвейера шихтоподачи № 510 ОАО ОЭМК .90
4.3. Общие принципы расчета параметров гидромеханических муфт с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом .92
4.4. Расчет параметров элементов гидросистемы муфты .94
4.4.1. Определение мощности гидропривода и насоса 94
4.4.2. Определение внутреннего диаметра гидролиний 97
4.4.3. Расчет объма гидропневмодемпфера
4.5. Расчет параметров механических элементов муфт. 101
4.6. Алгоритм расчта гидромеханической муфты с зубчатым передаточным механизмом и выбор рациональных параметров .104
4.7. Методика настройки и корректировки параметров муфты для работы в конкретном механизме 107
Заключение .109
Список использованных источников .112
Приложения 122
1. Патент РФ № 2548315 .123
2. Заявка на патент №2015134792 125
3. Акт испытания макета гидромеханической муфты .126
4. Соглашение о намерениях .127
5. Акт реализации научных результатов .128
6. Договор на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы 129
7. Акт о внедрении в учебный процесс результатов научных
исследований
- Обзор существующих работ, выполненных в направлении разработок гидромеханических муфт
- Математическая модель гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом
- Выбор исходных параметров муфты на примере главного конвейера шихтоподачи № 510 ОАО ОЭМК
- Определение внутреннего диаметра гидролиний
Введение к работе
Актуальность темы. Работа машин металлургической и горной промышленности характеризуется большими нагрузками и высокой динамичностью, обусловленной технологическими параметрами работы машин, большими значениями энергии несбалансированных вращающихся масс, а также необходимостью развития двигателями больших моментов (порядка 100кНм).
При изучении эксплуатационных режимов работы металлургического и горного оборудования было установлено, что в интенсивных режимах работы на узлы механизмов часто действуют периодические и случайные нагрузки импульсного характера, которые являются одной из основных причин поломок привода. Высокоинтенсивные нагрузки могут превышать номинальные в несколько раз, поэтому в приводах высокодинамичных машин часто устанавливаются двигатели с мощностью, превышающей в два-три раза номинальную, что приводит к снижению КПД привода, необоснованному увеличению мощности тока в электросети и, как следствие, перерасходу электроэнергии.
Анализ способов защиты приводов тяжелонагруженных машин от динамических нагрузок и случайных перегрузок показал, что одним из перспективных направлений защиты приводов от нагрузок высокой интенсивности является использование гидромеханических муфт с дифференциальным передаточным механизмом, способных адаптироваться к любому режиму работы механизма за счет изменения параметров. В то же время, схемы гидромеханических муфт с дифференциальным передаточным механизмом, на различных этапах работы привода исследованы недостаточно, что сдерживает процесс их внедрения в производство. Следовательно, исследование новых конструкций гидромеханических муфт с дифференциальным передаточным механизмом, эффективно защищающих привод тяжелонагруженных машин от динамических нагрузок (вплоть до ударно-импульсных) и случайных перегрузок, является актуальной темой.
Результаты по теме диссертации были получены при поддержке Государственного фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе УМНИК (№ 14227 от 31 августа 2011 г. и № 17219 от 31 августа 2013 г. Гос. регистр. 0120.0 600996).
Объект исследования — предохранительная гидромеханическая муфта с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, обладающая свойством демпфирования высокоинтенсивных нагрузок импульсного характера.
Предмет исследования — динамические процессы и закономерности работы гидромеханических муфт с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, в режимах демпфирования кратковременных высокоинтенсивных нагрузок и защиты от перегрузок.
Цель работы заключается в повышении эффективности защиты приводов тяжело нагруженных машин от динамических нагрузок высокой интенсивности и перегрузок, а также стабилизация режимов работы путем снижения коэффициента динамичности привода в результате разработки и обоснования рацио-
нальных параметров гидросистемы гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
1. Разработать схему муфты, удовлетворяющую всем требованиям защиты
привода механизма от воздействия импульсных нагрузок высокой интенсивно
сти и внезапных перегрузок.
2. Разработать математическую модель динамики работы гидромеханиче
ской муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, позво
ляющую установить зависимости параметров работы муфты от параметров
гидросистемы муфты на этапах демпфирования импульсных нагрузок и ава
рийного срабатывания и провести теоретические исследования.
3. Создать макет муфты и на экспериментальном стенде провести комплекс
экспериментальных исследований, оценивающих работоспособность муфты, и
результаты математического моделирования.
4. Разработать методику расчета рациональных параметров гидромехани
ческой муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, по
зволяющую проектировать муфту и настраивать параметры е гидросистемы
под определнные требования и условия эксплуатации.
Методы исследований. Теоретические и исследования выполнялись на базе фундаментальных положений соответствующих разделов теоретической механики и гидравлики, дифференциального и интегрального исчисления. Решение системы дифференциальных уравнений проводилось аналитически. Построение математической модели и получение зависимостей проводилось с использованием комплекса MatLab Simulink. Экспериментальные исследования проводились на разработанном и изготовленном специализированном испытательном стенде. Фиксация и обработка данных с датчиков экспериментального стенда проводилась с применением современной цифровой аппаратуры обработки данных, в частности платы АЦП L 154, микропроцессорной техники и соответствующего программного обеспечения.
Научная новизна заключается в выявлении закономерностей функционирования гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом в режимах аварийного срабатывания и демпфирования высокоинтенсивных кратковременных (импульсных) нагрузок, путем разработки математической модели муфты, позволяющей создать методику проектирования муфты, учитывающую основные зависимости для определения рациональных параметров муфты.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, основанная на совместных дифференциальных уравнениях динамики передаточного механизма муфты и зависимостей, описывающих механическую характеристику электродвигателя и гидромеханику работы гидромашины реверсивного типа и гидропневмодемпфера, позволяющая определить зависимость параметров работы муфты (время и момент срабатывания и динамический коэффициент муфты) от параметров гидро-
системы муфты (начальное давление в гидропневмодемпфере и расход жидкости).
-
Закономерности работы муфты в процессе аварийного срабатывания, позволяющие оценить влияние параметров гидросистемы муфты (начального объема и давления в гидропневмодемпфере) на параметры функционирования муфты при срабатывании (время срабатывания, момент на двигателе при срабатывании).
-
Закономерности функционирования муфты в режиме упругого демпфирования импульсных нагрузок высокой интенсивности, позволяющие установить зависимость коэффициента динамичности муфты от параметров гидросистемы муфты (начального давления в гидропневмодемпфере, расхода жидкости в гидромашине).
-
Методика расчта гидромеханических муфт с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, учитывающая закономерности динамики работы муфты в режимах упругого демпфирования импульсных нагрузок высокой интенсивности и аварийных перегрузок и позволяющая определить рациональные конструктивные и начальные параметры, удовлетворяющие требуемым характеристикам предохранительных упругодемпфирующих муфт приводов тяжело нагруженных машин.
Практическая полезность работы. Созданы новые схемы и конструкции гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, отличающиеся от известных стабильностью работы и отсутствием ударных процессов при восстановлении муфты, защищенные патентом на изобретение РФ и заявкой на патент на изобретение РФ, и удовлетворяющие всем основным требованиям, предъявляемым к муфтам для тяжелонагруженных технологических машин. Спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд и макет муфты. Макет муфты, установленный на стенде, внедрен в учебный процесс. Разработанная методика расчета позволяет создавать рациональные, с точки зрения минимизации динамических нагрузок на привод, конструкции гидромеханических муфт с зубчатым передаточным механизмом. Разработанная конструкция гидромеханической муфты с зубчатым передаточным механизмом для привода главного ленточного конвейера шихтоподачи № 510 на ОАО «ОЭМК» позволяет за счет значительного угла относительного закручивания полумуфт, регулировать величину жесткости и демпфирования, снизить влияние нагрузок импульсного характера на привод и надежно защитить привод от поломок. В ЗАО «СУМ-БСК» внедрены: методика расчета основных параметров гидромеханической муфты с зубчатым передаточным механизмом и разработанный эскизный проект этой муфты.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и получили положительную оценку на: региональной НПК студентов и аспирантов, г. Старый Оскол, (2011-2013г.г.), IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Образование, наука, производство и управление», Старый Оскол, (2012, 2014 г.г.) X Всероссийской НПК с международным участием, Белгород, 2013 г., XI Международной НТК «Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины». г.Курск, 2014г., региональном мо-
лоджном научном семинаре «Горизонты науки – 2015» г.Орл, 2015г. Диссер
тационная работа была рассмотрена и одобрена на расширенном заседании ка
федры мехатроники и международного инжиниринга Государственного уни
верситета — учебно-научно-производственного комплекса, г. Орел
(22.04.2015).
Публикации. По теме диссертации было опубликовано четырнадцать научных работ, из них 3 — в рецензируемых журналах и изданиях, в том числе получен патент РФ на изобретение и подана заявка на изобретение РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 100 наименований, и 7 приложений. Работа изложена на 135 листах, содержит 35 рисунков, 4 таблицы.
Обзор существующих работ, выполненных в направлении разработок гидромеханических муфт
В работах Артюха Г.В., Большакова В.И. подробно рассмотрены различные виды нагрузок, приводящие к усталостным разрушениям деталей, а также к внезапным поломкам элементов привода.
Вопросам защиты приводов предохранительными муфтами посвящены работы авторов: Барбаш И.Д., Бородина М. Б, Булавин К.А., Дмитриев В.А., Дьяченко С.А., Иванов Е.А., Кель В.Я., Киркач Н.Ф., Корнеева Е.Н., Крутик А.В., Кудрявцев В.Н., Нижник А.В., Поляков В.С., Решетов Д.Н., Ряховский О.А., Сопилкин Г.В., Шевченко Б.А., Шишкарв М.П., Яременко О.В., и другие.
Актуальным является направление исследований по защите привода тяжелонагруженных механизмов муфтами, имеющими в качестве упругого звена какой либо элемент гидравлической системы. Разработки в этой области проводились такими авторами как Бородина М.Б., Булавин К.А., Нехорошев Д.А., Нижник А.В., Сопилкин Г.В., Шевченко Б.А.,
В диссертационной работе Нижника А. В. [72], которая выполнялась под руководством Сопилкина Г.В., разработана концепция защиты металлургических машин с ударно-импульсными режимами нагружения, использующая гидромеханические предохранительные упругодемпфирующие муфты, снабжнные системами гидроцилиндр-энергоаккумулятор. В работах Бородиной М. Б., Булавина К. А., были представлены результаты исследований и базирующееся на этих результатах обоснование рациональных параметров работы гидромеханической муфты с дифференциальным передаточным механизмом винт-гайка, рассмотрена динамика гидромеханичской муфты. В настоящее время актуальным является создание новых устройств, позволяющих улучшить характеристики двигателя в пусковых режимах. В работе Нехорошева Д. А. [71] представлена конструкция пневмогидравлической муфты сцепления, позволяющей реализовывать принцип плавной передачи крутящего момента с двигателя на исполнительный орган механизма. Данная работа имеет узкую специфику в направлении сельскохозяйственной техники и позиционировалась муфта только в качестве сцепного устройства.
В результате проведенного анализа работ, было установлено, что в настоящее время весьма актуальным является разработка новых эффективных устройств, способных не только эффективно защищать привод от воздействия высокоинтенсивных нагрузок, но и сочетать свойства пускозащитных и предохранительных муфт. То есть целесообразным является создание более универсальной муфты.
Анализ вышеотмеченных работ и результатов патентного поиска показал, что для комплексной защиты приводов тяжело нагруженного основного и вспомогательного оборудования горнодобывающего и металлургического производства от воздействия переменных нагрузок высокой интенсивности и кратковременных нагрузок ударного характера, превышающих допускаемый уровень, необходимо использовать предохранительные упругодемпфирующие муфты с гидромеханическим исполнительным механизмом.
Проанализировав разработки в области защиты приводов от высокоинтенсивных нагрузок, можно заключить, что конструкции гидромеханических муфт с дифференциальным передаточным механизмом разработаны весьма слабо, однако именно это направление исследований является наиболее перспективным [62,65]. Недостаточная теоретическая база, отсутствие типовых методик расчета, а также относительно небольшое количество экспериментальных зависимостей, позволяющих практически подтвердить целесообразность использования данного типа муфт, не позволяют начать широкое промышленное применение.
В связи с этим, возникла необходимость в создании новых схем и конструкций такого типа муфт, отвечающих поставленным требованиям защиты приводов тяжело нагруженных машин и проведении комплексных исследований этих конструкций.
Основываясь на необходимости создания предохранительно-защитных устройств, для приводов тяжелонагруженных механизмов, поставлена задача разработки новых структурных схем и конструкций предохранительных упругодемпфирующих муфт с гидромеханическим передаточным механизмом.
Синтез новых схем гидромеханических муфт выполнялся с использованием процедур теории решения изобретательских задач. В качестве исходной конструкции была принята муфта с дифференциальным передаточным механизмом винт-гайка, разработанная Бородиной М. Б., Булавиным К. Г., Шевченко Б.А., [12], которая включает в себя две полумуфты, передаточное устройство и гидросистему. Объект исследования — предохранительная гидромеханическая муфта с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, обладающая свойством демпфирования высокоинтенсивных нагрузок импульсного характера. Предмет исследования — динамические процессы и закономерности работы гидромеханических муфт с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, в режимах демпфирования кратковременных высокоинтенсивных нагрузок и защиты от перегрузок. Цель работы заключается в повышении эффективности защиты приводов тяжело нагруженных машин от динамических нагрузок высокой интенсивности и перегрузок, а также стабилизация режимов работы путем снижения коэффициента динамичности привода в результате разработки и обоснования рациональных параметров гидросистемы гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом.
Математическая модель гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом
Наиболее перспективными являются передаточные механизмы с постоянной кинематической связью полумуфт, так как при размыкании полумуфт действуют максимальные моменты и элементы муфты испытывают перегрузки, а при восстановлении – нагрузки ударного характера. Такие передаточные механизмы рекомендуется использовать для предохранительных муфт в механизмах, где вероятность перегрузки велика. Кроме того, муфты с передаточными механизмами, имеющими постоянную кинематическую связь, можно использовать в качестве пускозащитных.
Муфты с передаточными механизмами с кинематическим размыканием полумуфт рекомендуется использовать как упругие, в механизмах с малой вероятностью перегрузки. Необходимо учитывать, что муфты с рычажными и винтовыми механизмами не могут обеспечить реверсивное движение привода [64].
Рычажные и кулачковые передаточные механизмы имеют относительно большие радиальные габаритные размеры, что в случае ограниченных габаритов привода не позволит внедрить их [20]. Кроме того, малый угол (меньше 90) относительного закручивания полумуфт этих механизмов ограничивает их податливость.
Гидросистема муфты может быть замкнутой и разомкнутой, подвижной и неподвижной. Схемы с подвижной гидросистемой значительно усложняют управление муфтой в процессе работы привода. В замкнутой гидросистеме сложнее компенсировать утечки жидкости, что влияет на стабильность работы муфты, а также, при восстановлении муфты, происходит гидроудар из-за большой разности давлений в гидросистеме [97]. Отсюда следует, что наиболее перспективные, с точки зрения эксплуатации, являются неподвижные разомкнутые гидросистемы.
Реализовать конструкцию муфты с неподвижной разомкнутой гидросистемой можно при использовании винтовых, кулачковых пространственных, зубчатых передаточных механизмов. В качестве упругого элемента муфты можно использовать гидромеханический демпфер или гидрогазовый аккумулятор (различие в конструктивном исполнении упругого тела), в котором давление газа можно менять при настройке или в процессе работы. Управлять давлением можно вручную, дистанционно или программировать порядок изменения давления в системе управления. Управление изменением давления в газовой полости гидропневмодепфера позволяет управлять упругими характеристиками муфты, что дат возможность регулировать жесткость муфты на разных этапах работы и избегать резонансных зон [63]. В процессе работы изменение давления удобнее обеспечивать в неподвижной гидросистеме.
Преобразование нагрузки, воспринимаемой гидросистемой от передаточного механизма, в давление гидросистемы, можно реализовать используя объемный гидродвигатель. В разомкнутых гидросистемах для восстановления муфты используется гидромотор.
Результаты анализа передаточных механизмов показывают, что наибольший интерес представляют винтовые и зубчатые передаточные механизмы, ввиду того, что они обладают возможностью эффективного демпфирования высокоинтенсивных нагрузок за счт большого угла закручивания полумуфт (от одного до нескольких оборотов).
Исследования муфты с передаточным механизмом винт-гайка проводились Бородиной М. Б. и Булавиным К. Г. На рисунке 1.4 представлена конструкция муфты с неподвижной гидросистемой. Подробное описание конструкции и принципа действия муфты представлено в главе 1 настоящей работы. На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований [60,63], было установлено, что: 1) Муфта защищает электродвигатель от аварийной перегрузки, при этом превышение момента на электродвигателе по отношению к расчтному моменту срабатывания не превышает 15% - 34% 2) При «мгновенном» нарастании момента сопротивления со стороны технологической машины, нарастание момента на валу привода происходит плавно и практически линейно, что подтверждает перспективность использования муфт с гидромеханическим исполнительным механизмом в качестве предохранительных. 3) При единичных импульсных аварийных нагрузках и нагрузках повышенной интенсивности, время которых не превышает времени срабатывания муфты, муфта не размыкается, что позволяет избежать «ложных» срабатываний. 4) При внезапно приложенной нагрузке использование предварительно напряжнной муфты с винтовым исполнительным механизмом снижает коэффициент динамичности с 2 до 1,22 по сравнению с муфтой с линейной характеристикой жесткости.
Однако, не смотря на преимущества муфты, с передаточным механизмом винт-гайка, был выявлен ряд недостатков: 1) Кинематическое размыкание полумуфт создат высокие нагрузки на элементы муфты при е срабатывании и восстановлении. 2) Муфта работает нестабильно из-за утечек рабочей жидкости в замкнутой гидросистеме при каждом срабатывании гидрораспределителя, что приводит к уменьшению рабочего хода поршня гидроцилиндра при кратковременных перегрузках, что снижает податливость муфты и уменьшает величину момента срабатывания. 3) В процессе восстановления муфты при переключении гидрораспределителя возможны ударные процессы в шлицевом соединении элементов муфты из-за резкого увеличения давления в гидросистеме, а также гидроудар в напорной линии самой гидросистемы. 4) В качестве муфты включения исследуемую муфту использовать сложно, так как величина относительного закручивания полумуфт ограничена и напрямую зависит от длины винта.
Проведнный анализ гидросистем показал, что исключить ударные процессы при восстановлении можно выполнив гидросистему разомкнутой (рис.4.2). Для этого в нее вводятся: сливная мкость 7, гидронасос 9, обратный клапан 10, управляемые гидродроссель 8, способный изменять диаметр условного прохода трубопровода вплоть до полного перекрытия.
В рабочем состоянии поршневая полость гидроцилиндра связана с гидропневмодемпфером, так как гидродроссель 8 закрыт. При длительной перегрузке, система управления 11 получает сигнал от датчика давления 12 и открывает дроссель 8, оставшаяся жидкость из гидроцилиндра и жидкость из гидродемпфера перетекает в слив, муфта размыкается. При восстановлении муфты гидродроссель 8 закрывается, гидронасос закачивает жидкость в гидросистему, постепенно увеличивая давление, при этом шток гидроцилиндра смещается, смещая винт передаточного механизма, который замыкается со шлицами ведущего вала, муфта восстанавливается.
Выбор исходных параметров муфты на примере главного конвейера шихтоподачи № 510 ОАО ОЭМК
Гидромеханическая муфта с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом представляет собой сложный динамический объект, характеризующийся взаимосвязью систем различной физической природы: механической и гидравлической. Передача момента с ведущего вала на ведомый, осуществляется через зубчатый дифференциальный передаточный механизм, посредством избыточного давления неподвижной жидкости в упругом элементе гидросистемы.
При расчте основных содержат гидравлическую (гидросистема) и механическую (передаточный механизм) части [61]. Основные конструктивные параметры механической части муфты определяются типом передаточного механизма и рассчитываются при максимально допустимом передаваемом моменте стандартными методами. Для зубчатого дифференциального механизма основными конструктивными параметрами являются делительные диаметры колс, определяемые максимальным параметров элементов муфты следует учитывать, что такие муфты передаваемым моментом [45].
Для гидравлической части муфты основными конструктивными параметрами являются: параметры гидромашины (в зависимости от типа гидромашины); вместимость и полезный объм гидропневмодемпфера; диаметры трубопроводов и проходного сечения дросселя. Кроме того, основными рабочими параметрами являются минимальное и максимальное давление в гидросистеме.
Неподвижная гидросистема муфты позволяет использовать в конструкции стандартные элементы, подобранные по данным, полученным при расчте параметров гидросистемы. Параметры гидромашины (например, шестернчатого гидромотор-насоса) и остальных элементов гидросистемы проектируются на основе стандартных подходов [93], с учетом максимального и минимального давления и расхода жидкости в гидросистеме. Минимальное давление и расход жидкости определяются из зависимостей, построенных в результате теоретических исследований с учтом рекомендуемого времени срабатывания и минимизации коэффициента динамичности. Порядок выбора рациональных параметров описан в пункте 2.6 главы 2.
Гидравлическая и механическая части муфты согласовываются посредством рабочего параметра – момента на валу гидромашины, обеспечивающегося давлением на зубья шестерни гидромотор-насоса со стороны гидросистемы и воспринимаемого одним из выходных валов передаточного механизма. При этом, если момент превышает максимально допустимый, давление в гидросистеме возрастает до максимального, срабатывает система управления (в качестве которой в упрощнной схеме муфты можно использовать реле давления или предохранительный клапан) и происходит срабатывание. Отсюда следует, что максимальное давление определяется с учтом максимального передаваемого момента и ограничивается допустимым давлением в элементах гидросистемы.
Расчет гидросистемы предохранительной гидромеханической муфты сводится к определению: производительности шестеренчатой гидромашины; диаметров трубопроводов; объма гидропневмодемпфера. Кроме того, необходимо произвести выбор типа гидропневмодемпфера, дросселей и проверить гидросистему по балансу выделенного и рассеянного тепла.
Полезную мощность гидромашины реверсивного типа действия N2de, определяют по формуле [93]: Ктв=2ж-пм-Mтс (4.1) где MГ - момент на валу гидромашины, Н м; пм - частота вращения вала гидромашины; Для расчта мощности гидромашины принимаем момент со стороны гидросистемы равный максимальному моменту на технологическом органе механизма M тах : MгС = Mетах (4.2) Вал гидромашины вращается с максимальной частотой, когда муфта работает в режиме аварийного срабатывания. Так как ведомый вал (рис. 2.1) в этом случае неподвижен, то вращение от ведущего вала полностью передатся на вал гидромашины: «м = — (4.3) м к где «і - частота вращения ведущего вала; &- передаточное отношение; Полезную мощность насоса Nnn определяют по формуле [6]: #Hn=V 3Cfi B (4.4) где кзу- коэффициент запаса по усилию, учитывающий гидравлические потери давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери мощности на преодоление инерционных сил, сил механического трения в подвижных сопротивлениях (1,1… 1,2); кзс- коэффициент запаса по скорости, учитывающий утечки рабочей жидкости, уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме (1,1…1,3).
Далее выбирается расчетная мощность стандартной гидромашины и принимается для дальнейших расчтов. При выборе подачи (расход гидравлической жидкости) насоса QH следует использовать графическую зависимость, изображенную на рисунке 2.15. Исходя из рекомендуемого для конкретного механизма времени срабатывания, следует определять подачу насоса и начальное давление в гидропневмодемпфере таким образом, чтобы коэффициент динамичности муфты был минимальным. Проверить выбранную полезную мощность Nнп и подачу насоса Qн можно по формуле [6,31]:
Определение внутреннего диаметра гидролиний
В данной научной работе представлена разработка конструкции и обоснование параметров гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:
1. Создана новая схема муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом, отличающаяся от известных тем, что вводится управляемый кран, соединяющий напорную линию обращаемого гидравлического насоса и гидравлическую полость гидропневмодемпфера со сливной мкостью, что позволяет избегать гидроударов в процессе работы муфты. Созданная схема защищена патентом на изобретения РФ, является новым видом гидромеханических муфт и удовлетворяет всем основным требованиям, предъявляемым к муфтам для тяжело нагруженных технологических машин.
2. Экспериментально установлено, что муфта является работоспособной и гарантировано защищает привод при перегрузках, не допуская в процессе срабатывания воздействия на привод моментов, выше критических значений (по результатам нагружений 25 циклов).
3. Установлено, что на время срабатывания влияют начальное давление гидропневмодемпфера и расход гидравлической жидкости. Для модели муфты при значении расхода жидкости Q = 16-10 м /с и начального давления в газовой полости гидропневмодемпфера P0 = 1,2 МПа время срабатывания максимально и составляет 2,71 секунды, что позволяет избежать частых срабатываний от случайных кратковременных перегрузок, защищая при этом двигатель. 109
4. Установлено влияние на коэффициент динамичности муфты начального давления в газовой полости гидропневмодемпфера и расхода гидравлической жидкости. Для модели муфты при значениях расхода жидкости 2 = 5,2-10" м/с и начального давления в газовой полости гидропневмодемпфера Р0 = 0,6 МПа коэффициент динамичности минимален и составляет 1,27.
5. Разработан алгоритм подбора рациональных параметров гидросистемы муфты, при использовании которого, возможна настройка муфты на определенное время срабатывания с минимальным коэффициентом динамичности. Для модели муфты при времени срабатывания t =2 с ср. коэффициент динамичности составляет КД = 1,38.
6. Полученные в результате экспериментальных исследований зависимости подтверждают результаты теоретических исследований, расхождение составляет 8,5-9%.
7. Разработанная с учетом результатов решения задачи определения рациональных параметров муфты, динамики работы муфты инженерная методика расчета муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом позволяет производить расчет муфты с рациональными параметрами.
Так как исследования проводились только для конструкции муфты с гидромашинной шестеренчатого типа, то в дальнейшем необходимо провести исследования работы муфт с различными типами гидромашин реверсивного типа и оценить их преимущества и недостатки. Кроме того, особенности конструкции муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом позволяют е применять в качестве пускозащитной муфты, используемой для тяжелонагруженных механизмов горнорудного и металлургического производств, следовательно на следующем этапе необходимо исследовать работу муфты в режиме пуска.
Так как исследования гидромеханической муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом проводились только для конструкции с гидромашинной шестеренчатого типа, то в дальнейшем необходимо провести исследования работы муфт с различными типами гидромашин реверсивного типа и оценить их преимущества и недостатки. Кроме того, особенности конструкции муфты с дифференциальным зубчатым передаточным механизмом позволяют применять е в качестве пускозащитной муфты, следовательно, дальнейшие исследования работы муфты необходимо провести в режиме пуска.
Научные и практические результаты диссертационного исследования рекомендуется применять при проектировании гидромеханических муфт с дифференциальным зубчатым механизмом для приводов тяжелонагруженных машин металлургических и горно-обогатительных предприятий. Перспективой дальнейшей разработки темы диссертации является исследование возможностей внедрения предложенной муфты в трансмиссию автомобилей с целью уменьшения расхода топлива. Для этого следует оценить функциональность муфты в циклическом режиме работы.