Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение ФНА в адаптирующихся и программируемых по нагрузке одно- и многопоточных гидросистемах
1.1. ФНА как энергосиловое и управляющее звено гидросистемы, определяющее ее характеристики действия 23
1.2. Классификация гидромашинных ФИП гидросистем. Прямые и косвенные методы задания внешних характеристик ФНА 28
1.3. Применение ФНА с нежесткими Q - Ri характеристиками для построения адаптирующихся по нагрузке гидросистем 33
1.4. Применение дозирующих ФНА с жесткими Q - Rj характеристиками в программируемых гидросистемах 33
1.5. Краткие итоги и выводы по главе 1 33
Глава 2. Создание нового класса функциональных дозирующих гидравлических механизмов движения - ФДГМ
2.1. Основы построения ФДГМ с одной степенью подвижности на базе однопоточных дозирующих ФНА
2.1.1. Принцип построения ФДГМ 36
2.1.2. Общие методы задания уравнения перемещения ФДГМ 37
2.1.3. Алгоритмы формирования тарированных потоков жидкости в ФДГМ при наличии дополнительного источника давления 39
2.1.4. Основы программирования передаточной функции ФДГМ с приводными дозирующими ФНА 44
2.2. Синтез ФДГМ с двумя и более степенями подвижности
2.2.1. Синтез структур Р- поточного ФДГМ, как голономного механизма с одной степенью свободы 44
2.2.2. Основы программирования траектории движения ФДГМ в пространстве его обобщенных координат 48
2.2.3. Создание ФДГМ с регулируемой скоростью движения по заданной траектории движения 51
2.2.4. Создание ФДГМ с СДА, определяющими только координаты позиционирования выходных звеньев 52
2.3. Принципы построения адаптирующихся по нагрузке ФДГМ на базе ФНА с нежесткими и жесткими Q - R, характеристиками 2.3.1 Постановка задачи 53
2.3.2. Способы построения ФДГМ, адаптирующиеся к внешней нагрузке 54
2.4. Анализ точности движения ФДГМ
2.4.1. Факторы, вызывающие погрешности программного движения 56
2.4.2. Критерии оценки точности ФДГМ 59
2.5. Способы повышения точности ФДГМ, не зависящие от точности дозирования ФНА
2.5.1. Рекомендации по повышению точности ФДГМ типовой структуры 61
2.5.2. Структуры, обеспечивающие повышение устойчивости точности ФДГМ 62
2.5.3. Структуры ФДГМ, обеспечивающие стабилизацию точности программного движения 63
2.6. Краткие итоги и выводы по главе 2 65
Глава 3. Разработка и систематизация общих принципов построения однопоточных ФНА объемного типа
3.1. Функциональная схема насосного агрегата и объемного насоса. Общая классификация 68
3.2. Классификация нерегулируемых насосов безраспределительного типа. Обобщенное уравнение подачи 74
3.3. Классификация нерегулируемых насосов распределительного типа. Обобщенное уравнение подачи 77
3.4. Обобщенное уравнение производительности о днопоточного насосного агрегата. Общие принципы регулирования подачи и производительности 82
3.5. Классификация регулируемых насосных агрегатов с механизмами регулирования, не воздействующими на рабочий цикл насоса (группа классов А) 86
3.6. Классификация регулируемых насосных агрегатов с механизмами регулирования, воздействующими на рабочий цикл насоса (группа классов Б) 89
3.7. Обобщенная качественная оценка условий формирования механизма класса - объемная гидромашина 94
3.8. Краткие итоги и выводы по главе 3 97
Глава 4. Создание системы многопоточных ФНА для пропорционального дозирования жидкостей как целостного нового класса машин
4.1. Постановка задачи, требования к Р-поточным синхродозировочным насосным агрегатам (СДА) 98
4.2. Разработка полной системы способов пропорционального гидромашинного дозирования Р-потоков жидкости. Классификация СДА 98
4.3. Основы построения полного множества однопараметрических СДА, разработка типовых технических решений 104
4.4. Основы построения полного множества двухпараметрических СДА, разработка типовых технических решений 104
4.5. Основы построения и создание класса СДА с гидравлической синхронизирующей кинематической связью его однопоточных дозирующих секций 106
4.6. Разработка полной системы способов построения СДА с дискретным управлением процессом пропорционального дозирования
4.6.1. Система алгоритмов дискретного пропорционального управления секциями СДА 110
4.6.2. Разработка способов повышения точности дискретного пропорционального дозирования и соответствующих им технических решений СДА 112
4.7. Краткие итоги и выводы по главе 4 116
Глава 5. Выявление возможностей минимизации погрешностей дозирования жидкостей регулируемыми объемными насосами типовой структуры
5.1. Постановка задачи 118
5.2. Вводимые критерии оценки гидромашинного объемного дозирования жидкостей 119
5.3. Факторы, вызывающие ошибки цикловой подачи НД 125
5.4. Погрешности изготовления элементов НД, определяющих эффективный объем рабочей камеры
5.4.1. Постановка задачи. Действующие факторы 129
5.4.2. Определение погрешности перемещения вытеснителя 131
5.4.3. Определение погрешности площади вытеснителя при наличии эластичных уплотнений 133
5.4.4. Сравнительный анализ погрешностей изготовления НД с различными типами механизмов регулирования подачи 134
5.5. Анализ влияние утечек и перетечек через герметизирующие элементы рабочей камеры на погрешность цикловой подачи
5.5.1. Постановка задачи. Критерии оценки герметичности 135
5.5.2. Сравнительная оценка влияния утечек через уплотнение вытеснителя на относительную ошибку цикловой подачи 139
5.5.3. Сравнительная оценка влияния перетек через клапана РК на относительную ошибку цикловой подачи 141
5.5.4. Сравнительная оценка влияния утечек на точность дозирования секциями СДА с различными типами рабочих циклов в РК 143
5.5.5. Влияние утечек через герметизирующие элементы РК на устойчивость точности насоса-дозатора 144
5.6. Анализ влияния деформаций элементов рабочей камеры и сжимаемости жидкости на погрешность цикловой подачи 145
5.7. Анализ погрешностей цикловой подачи, вызываемых несинфазностью работы распределителя 151
5.7.1. Постановка задачи и ее решение для типовых самодействующих клапанов 151
5.7.2. Решение задачи для самоочищающихся манжетных клапанов 162
5.8. Влияние ряда гидродинамических факторов на погрешности цикловой подачи насосов-дозаторов 165
5.8.1. Влияние гидродинамических факторов на течение жидкости в щелевом уплотнении НД и погрешность цикловой подачи 163
5.8.2. Влияние на погрешность подачи гидродинамического взаимодействия торцев рабочей камеры в НД с нулевым вредным объемом 173
5.9. Краткие итоги и выводы по главе 5 179
Глава 6. Разработка полной системы способов повышения точности объемного дозирования жидкостей и соответствующих ей структурных, технических и конструктивных решений дозирующих ФНА
6.1. Систематизация способов повышения точности гидромашинного дозирования
дозирования 182
6.1.1 Особенности оценки процесса дозирования в приводных и технологических гидросистемах 182
6.1.2. Способы повышения точности гидромашинного дозирования. Классификация 183
6.1.3. Способы построения насосов-дозаторов, инвариантных по отношению к давлению нагнетания 183
6.2. Способы уменьшения ошибок цикловой подачи, связанных с погрешностями изготовления НД
6.2.1. Классификация способов снижения ошибок изготовления 184
6.2.2. Уменьшение погрешностей перемещения и положения вытеснителя 185
6.2.3. Определение отношения s/d для насосов классов А), минимизирующего погрешность цикловой подачи 186
6.2.4. Выбор рациональных эффективных диаметров вытеснителей 186
6.2.5. Гидравлические ФМР, компенсирующие ошибки перемещения я положения вытеснителя НД 187
6.2.6. Гидравлические ФМР, компенсирующие ошибки изготовления приводного механизма и рабочих органов НД 188
6.2.7. Способы снижения погрешностей дозирования от несинфазности работы распределителей 189
6.3. Способы коррекции подачи посредством шкалы НД
6.3.1. Выверка шкалы при сборке и по результатам тарировки 190
6.3.2. Способы повышения точности дозирования смещением нулевой
6.3.3. отметки шкалы. Рациональные типы шкал 191
6.3.4. Синтез шкальных механизмов, автоматически учитывающих изменение подачи при вариации нагрузки 191
6.4. Способы повышения герметичности и стабильности работы распределителей насосов-дозаторов
6.4.1. Способы снижения утечек и повышения стабильности герметизации самодействующих клапанных распределителей 195
6.4.2. Улучшение стабильности работы самодействующих весовых клапанов 195
6.4.3. Повышение относительной герметичности и стабильности работы клапанов микродозаторов 196
6.4.4. Применение принудительной синхронизации работы распределителя 197
6.5. Способы и механизмы стабилизации такта всасывания
6.5.1. Постановка задачи. Общие рекомендации 197
6.5.2. Стабилизация процесса всасывания средствами гидросистемы 198
6.5.3. Механизмы удаления воздуха из РК насоса-дозатора 199
6.5.4. Способы снижения затрат напора на ускорение жидкости в начале такта всасывания 199
6.5.5. Способы стабилизации параметров дозируемой жидкости за счет использования части такта нагнетания 200
6.5.6. Способ стабилизации такта всасывания применением активных подпорных камер, работающих в противофазе с РК 201
6.5.7. Решение задачи стабилизации свойств гидроприводной жидкости в диафрагменных НД 201
6.6. Способы и механизмы повышения жесткости нагнетательных характеристик НД
6.6.1. Повышение герметичности гидроблока НД 201
6.6.2. Силовая разгрузка кинематической цепи, связывающей механизм регулирования подачи со шкалой НД 201
6.6.3. Повешение объемной жесткости гидроблока НД 204
6.6.4. Оценка чувствительности подачи НД к изменению давления яа выходе и входе РК и способы ее снижения 205
6.6.5. Построение НД дискретного управления, нечувствительных к изменению давления нагнетания и всасывания 208
6.7. Способы и механизмы стабилизации процесса вытеснения жидкости из РК насоса-дозатора
6.7.1. Принципы стабилизации процесса вытеснения 209
6.7.2. Стабилизация перепада давления на дозирующей гидромашине 210
6.7.3. Предварительное нагружение НД в конце такта всасывания 211
6.7.4. Предварительное нагружение НД в начале такта нагнетания 211
6.7.5. Предварительное нагружение и стабилизация рабочего цикла НД с гидравлическим приводом диафрагменно-поршневого гидроблока 211
6.7.6. Стабилизация процесса вытеснения прямодействующих гидроприводных НД с приводом от реверсивного гидроцилиндра 212
6.8. Способы и механизмы компенсации нежесткости нагнетательных характеристик НД
6.8.1. Компенсация объемных потерь цикловой подачи управляемым добавлением подачи 213
6.8.2. Компенсации нежесткости нагнетательной характеристики управляемым отбором подачи 214
6.9. Краткие итоги и выводы по главе 6 215
Глава 7. Синтез ФНА по статическим характеристикам элементарных функциональных звеньев и результаты их исследования
7.1. Элементарные гидравлические функциональные звенья. Способы включения ФМР в гидрокинематическую цепь насоса 222
7.2. Построение гидравлических ФМР с двумя и более элементарными гидравлическими ФЗ. Типы напорно-расходных характеристик 229
7.4. Основы синтеза ФМР по заданной напорно-расходной характеристике насоса 232
7.5. Критерии оценки экономичности рабочего цикла насоса с подключенным ФМР 241
7.6. Особенности синтеза ФМР с учетом экономичности рабочего
процесса насосного агрегата 245
7.7. Исследование ФНА с элементарными жесткими, дроссельными и упругими функциональными звеньями 247
7.8. Краткие итоги и выводы по главе 7 250
Глава 8. Основы создания многофункциональных насосных агрегатов со сложными характеристиками действия (построение, анализ, синтез, методы экспериментального исследования)
8.1. Дозировочные ФНА с механизмами ограничения предельного давления 254
8.2. Способы дозирования, обеспечивающие измерение подачи посредством ФНА при его работе на нежестких участках характеристики Q - Pj 257
8.3. Рекуперативно-циркуляционные ФНА 261
8.4. ФНА для искусственной перфузии крови 263
8.5. ФНА для работы в качестве искусственного сердца 267
8.6. ФНА для биологически активных, высоковязких и др. жидкостей, требующих повышенной равномерности подачи и давления 274
8.7. Исследование ФНА со сложными типами ФМР. Методы расчета и экспериментального исследования. Синтез ФНА с учетом инерционных звеньев в ФМР и магистралях 279
8.8. Краткие итоги и выводы по главе 8 282
Глава 9 Рабочие процессы и характеристики ФНА с релейно-перепускными и объемными №5 и №6 функциональными звеньями
9.1. Мгновенная подача, неравномерность подачи и регулировочные характеристики 286
9.2. Цикловая объемная неравномерность подачи регулируемых насосных агрегатов
9.2.1. Критерий объемной неравномерности подачи - сту 291
9.2.2. Расчет сгу(л) для типовых однопоточных ФНА 293
9.2.3. Расчет критерия av для многопоточных 294
9.3. Рабочие циклы и характеристики насосных агрегатов с функциональными звеньями № 5 и № 6
9.3.1. Конструкции MP, параметры стендов, экспериментальные характеристики и рабочие циклы 298
9.3.2. Рабочие циклы и характеристики насоса с ФМР - РК(№5 + №3 + .№4)Ат и управляемым по давлению перепускным клапаном - Ф3№5 и №6 299
9.3.3. Оценка экономичности рабочих циклов насоса с ФЗ №5 и №6 301
9.4. Методика гидрокинематического расчета демпфирующих колпаков ФНА
9.4.1. Постановка задачи 303
9.4.2. Расчетные соотношения для нагнетательного колпака 305
9.4.3. Расчетные соотношения для всасывающего колпака 307
9.4.4. Определение расчетных зависимостей Уразм(г|) и Ч7 (Л) для типовых регулируемых ФНА 310
Глава 10 Рабочие процессы и характеристики ФНА с дроссельными и упругими функциональными звеньями
10.1. ФНА с дроссельными характеристиками Q - Pj
10.1.1. Регулировочные и энергетические характеристики насоса с ФМР, содержащим дроссельные звенья 312
10.1.2. Экспериментальная проверка ФНА с подключенным к рабочей камере Ф3№1 312
10.1.3. Теоретическое и экспериментальное исследование насосов
с подключенным к рабочей камере Ф3№2 315
10.2. ФНА с упругими и жестко-упругими характеристиками
10.2.1. Теоретические рабочие циклы и характеристики 317
10.2.2. Влияние теплообмена и необратимости термодинамического цикла сжатие - расширение газа в упругом ФЗ на характеристики Р - ц насоса 320
10.2.3. Экспериментальные рабочие циклы и характеристики ФНА с газовым ФЗ 331
10.3. ФНА с упруго - дроссельными участками характеристик Q - Pj
10.3.1. Теоретические рабочие циклы и характеристики 334
10.3.2. Экспериментальное исследование рабочих циклов и характеристик 342
10.4. Насосы с ФМР, обеспечивающими жесткие напорно-расходные характеристики за счет дифференциального включения дроссельных и упругих функциональных звеньев
10.4.1. Регулировочные и энергетические характеристики 347
10.4.2. Экспериментальное исследование рабочих циклов и характеристик 353
10.4.3. Разработка технических решений ФМР, подключаемых последовательно во всасывающий или нагнетательный патрубок насоса 355
Глава 11 . Рабочие процессы и характеристики ФНА с учетом инерционных ФЗ в механизме регулирования пЬдачи и магистралях ФНА
11.1. ФНА как система, включающая ФЗ магистралей 356
11.2. Рабочие процессы и характеристики ФНА, содержащих только инерционные и дроссельные ФЗ в ФМР и магистралях 360
11.3. Анализ рабочего процесса ФНА с принудительно управляемым распределителем и ФМР, содержащим дроссельные, упругие и инерционные ФЗ 365
11.3.1. Постановка задачи 365
11.3.2. Математическая модель ФНА 366
11.3.3. Характеристики Q-Pj при = 0 363
11.3.4. Построение характеристик ФНА при наличии диссипативных сил 370
11.4. Анализ рабочего процесса ФНА с дроссельными и инерционными ФЗ в ФМР и магистралях
11.4.1. Математическая модель системы «насос-ФМР - нагрузка» 378
11.4.2. Случай нагружения ФНА источником стабилизированного давления и линейным гидравлическим сопротивлением 380
11.4.3. Случай нагружения ФНА источником стабилизированного давления и инерционным гидравлическим сопротивлением 384
11.4.4. Случай комбинированного нагружения ФНА 386
11.4.5. Построение расходно-частотных характеристик ФНА с комбинированной нагрузкой 388
11.5. Рабочие процессы и характеристики ФНА со свободно клапанным распределителем, содержащих в ФМР дроссельные, упругие и инерционные ФЗ 390
11.5.1. Случай нагружения ФНА давлением, независящим от закона мгновенной подачи рабочей камеры 390
11.5.2. Случай работы ФНА при наличии в нагружающей магистрали инерционных и дроссельных ФЗ (анализ и синтез) 396
11.5.3. Случай применения в приводе ФНА электродвигателя ограниченной мощности 400
Глава 12 . Рабочие процессы и Q-Pi характеристики ФНА при совместной работе со сложной гидравлической нагрузкой, содержащей упругие и инерционные ФЗ
12.1. Влияние изменения средней подачи ФНА на динамические
свойства нагружающей гидросистемы 402
12.2. Влияние нежесткости Q - Pj характеристик ФНА на динамические свойства нагружающей гидросистемы 409
12.3. Динамический расчет нагружающей магистрали при жестких Q-Pj характеристикахфНА 414
12.4. Расчет рабочих процессов при совместной работе обладающего нежесткой Q - Pj характеристикой ФНА с нагружающей магистралью, содержащей упругое ФЗ 421
12.5. Синтез приводного механизма и ФМР насосного агрегата по заданному закону давления в сложных нагружающих магистралях 435
12.6. Особенности динамического расчета клапанного распределителя и ФМР при нежестких Q - Pi характеристиках ФНА и сложной гидравлической нагрузке
12.6.1. Постановка задачи 441
12.6.2. Динамические свойства клапанной системы при нежестких характеристиках Q - Pj ФНА 443
12.6.3. Уточненная динамическая модель клапанной системы 448
12.6.4. Расчет рабочего процесса ФНА с нежесткими Q-P, характеристиками с учетом динамических свойств клапанной системы насоса 450
Основные итоги и выводы 470-477
- Классификация гидромашинных ФИП гидросистем. Прямые и косвенные методы задания внешних характеристик ФНА
- Синтез структур Р- поточного ФДГМ, как голономного механизма с одной степенью свободы
- Классификация нерегулируемых насосов безраспределительного типа. Обобщенное уравнение подачи
- Основы построения полного множества однопараметрических СДА, разработка типовых технических решений
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Российскими учеными к 1970 годам была создана передовая научная школа в области объемного гидромашиностроения, позволившая создать высокоэффективные насосные агрегаты для приводных и технологических гидросистем. С развитием средств автоматизации и усложнением современной техники резко обострилась потребность в регулируемых объемныхнасосных агрегатах различных типов и самого широкого назначения. Из-за их недостаточного совершенства решение задач требуемого функционирования гидросистем и в настоящее время преимущественно осуществляется применением внешних систем автоматического регулирования, ФИМ (воздействующих на силовые и инерционные механизмы изменения длины хода рабочих органов объемных машин), а также введением в гидросистему помимо НА дополнительных устройств (расходомеры, датчики, объемные мерники, арматура, регуляторы, блоки управления, микропроцессоры и т.п.), «исправляющих» несоответствие функ циональных свойств и характеристик действия известных типов НА требованиям со стороны ОПУ и гидросистемы в целом.
В настоящее время возможности дальнейшего качественного совершенствования гидросистем посредством указанных внешних средств практически исчерпаны и их применение уже часто не позволяет удовлетворительно решать задачи по обеспечению требуемой работоспособности современных объектов техники.
Из этого следует необходимость разработки высокоэффективного метода создания гидромашинного оборудования с улучшенными функциональными, технико-экономическими характеристиками, возможностью ручного, дистанционного и быстродействующего автома тического регулирования подачи в 100%-ном диапазоне (в том числе при работе в режиме гидромотора), высокой герметичностью, равномерностью подачи, стабильностью цикловой подачи и точностью дозирования (при больших колебаниях режимных параметров насоса по-высоте всасывания и давлению нагнетания), а также с возможностью пропорционального дозирования большого числа потоков жидкости
для программного и многоуровнего управления современных ОПУ с несколькими степенями подвижности.
Сказанное особенно относится к технологическим гидросистемам, НА которых работают на агрессивных, токсичных, загрязненных, абразивных, высоковязких, высокотемпературных, криогенных, взрывоопасных, биологически активных и т.п. жидкостях в самых широких диапазонах рабочих параметров гидросистемы на входе и выходе НА, что предопределяет многообразие и специфичность требований, предъявляемых к этому насосному оборудованию и существенно затрудняет использование внешних средств воздействия как на характеристики НА, так и на средства управления гидросистемой.
В этой связи рядом постановлений Правительства были развернуты работы по созданию нового насосного оборудования объемного типа различного назначения (включая разработку объемных регулируемых насосов с улучшенными виброшумовыми и массогабаритными характеристиками, с повышенной функциональностью, быстроходностью, всасывающей способностью, герметичностью и надежностью) для автоматизированных технологических объектов современной техники, в которых автор принимал непосредственное участие.
Дальнейший существенный прогресс в совершенствовании гидросистем, как показано в работе, возможен только на пути создания НА с расширенными функциональными свойствами, позволяющими в максимально возможной мере возложить на НА как энергосиловые, так и информационные функции по приведению и управлению гидросистемой. Такой подход минимизирует потребность в дополнительных средствах управления и упрощает требования к ним, что в совокупности с ФНА позволяет достигнуть наибольшего уровня надежности и оптимизации технического решения ОПУ и гидросистемы в целом.
Автор исходит из концепции, что одно- или многопоточный НА выполняет функции входного (и ведущего) звена гидравлического механизма, если посредством НА задаются (определяются) п-ремещения выходных звеньев - валов (штоков) гидродвигателей - или величины объемов жидкости, подаваемых по одной или нескольким параллельным гидролиниям в технологические аппараты. В такой постановке приводные и технологические системы (механизмы) по своей структуре, основным характеристикам действия, адаптационным свойствам, средствам задания (программирования) передаточных функций между ведущими и ведомыми звеньями кинематической цепи оказываются подобными. При этом возможности совершенствования и оптимизации в общем смысле этих механизмов в первую очередь зависят от полноты соответствия функциональных свойств НА требованиям со стороны ОПУ и гидросистемы.
В этой связи актуально помимо выполнения задач по систематизации ОГМ (и на этой базе создания научных основ построения ОГМ на
заданные функциональные свойства) выполнение совокупности теоретических, экспериментальных и «конструкторских» исследований, направленных на создание методологии синтеза и проектирования ФНА на конкретно заданные функциональные и рабочие характеристики. Актуально и решение задач по рациональному применению многофункциональных НА, позволяющему оптимизировать структуру и качественно усовершенствовать гидросистемы путем передачи функций как по приведению, так и управлению конкретными ОПУ непосредственно ФНА.
Как показано в работе, только такой подход к созданию технически сложных гидросистем позволяет: существенно улучшить массогаба-ритные характеристики; повысить надежность и производительность гидрофицированных машин и механизмов; уменьшить количество средств и устройств дополнительной автоматики; существенно снизить затраты энергии; обеспечить получение рабочих и эксплуатационных характеристик, практически недостижимых при использовании объемных НА обычных типов.
Особенно актуально обеспечение указанных положительных свойств для объектов и производств с непрерывными технологическими процессами, а также для систем гидроприводов, эксплуатируемых в особо сложных условиях (запыленность, электромагнитные излучения, радиация, агрессивная окружающая среда), при повышенных требованиях к точности движения по заданной траектории, позиционированию, быстродействию и экономичности рабочего процесса.
Данная диссертация является обобщением проводившихся автором многолетних научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в направлении создания качественно нового гидромашинного оборудования для химических, нефтехимических, медицинских, биотехнологических, судовых, космических, приводных и других технических гидросистем современных объектов техники.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - создание научно обоснованной методологии
проектирования одно- и многопоточных многофункциональных
НА и базирующихся на них новых типов механизмов - ФДГМ, ориентированной на усовершенствование гидравлических машин и механизмов и придание посредством ФНА сложным гидрофицированным объектам современной техники качественно новых положительных экономических, эксплуатационных и тактико-технических свойств.
Достижение указанной общей цели оказалось возможным при условии решения следующей совокупности научно-технических задач: направленного углубления знаний о современных технологических и приводных одно-и многопоточных гидросистемах на основе системного представления об их функциях при использовании ФНА в качестве ведущих звеньев этих гидросистем;
создания необходимой базы (путем поиска и разработки принципиально новых технических решений НА и С ДА) для осознания, обобщения и систематизации механизмов воздействия на подачу и протекающие в НА рабочие процессы и последующей разработки научных принципов построения одно-и многопоточных ОГМ, обеспечивающих создание полных классификаций ФИП, ОГМ, регулируемых ОГМ и СДА как базиса научного метода построения ОГМ с требуемыми (заданными) функциональными свойствами и рабочими характеристиками;
разработки методик построения и синтеза ФНА с заданными рабочими характеристиками (в первую очередь для гидросистем, когда допустимо их рассмотрение как систем с сосредоточенными параметрами) ;
обоснования способов организации рабочих циклов (процессов) качественно новых типов ФНА с характеристиками действия, возможность получения которых на основе существовавшего ранее уровня знания в области механики ОГМ не предполагалась;
обоснования и разработки способов практической реализации и методов расчета требуемых характеристик одно-и многопоточных ФНА с учетом особенностей рабочих процессов в гидросистемах при их совместной работе с ФНА и ОПУ;
разработки основ проектирования новых типов дозирозочных одно-и многопоточных ФНА для современных автоматизированных гидросистем, а также - основ построения многофункциональных ФДГМ, с возможностью программирования и/или адаптации по широкому спектру нагрузок и параметров состояний R,, в том числе, - в процессе движения ОПУ;
обоснования возможности и необходимости использования полной системы способов (возникающей при посредстве ФНА) воздействия на функциональные свойства и рабочие характеристики гидросистем (механизмов) при проектировании современных объектов техники с максимально сложными требованиями к их функционированию.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Новыми являются:
доказательство подобия технологических и приводных гидросистем по возможностям их построения на заданные законы движения ОПУ и требуемую адаптацию по внешней нагрузке и ВВ посредством одно- или многопоточных ФНА за счет придания им необходимых функциональных свойств;
разработанный неизвестный ранее класс голономных гидравлических механизмов программного движения - ФДГМ;
классификация ОГМ по условиям энергообмена и преобразования энергии в рабочих процессах и соответствующая им полная система способов представления ОГМ различных подклассов в виде ха-
рактерных графов, отражающих структуру кинематической энергосиловой цепи ОГМ;
классификация регулируемых ОГМ как целостная система возможных механизмов и технических средств изменения средней подачи ОГМ всех типов энергообмена;
классификация СДА как нового полного множества пропорционально дозирующих многопоточных ОГМ;
необходимая и достаточная система элементарных ФЗ: способы-их встраивания в кинематическую цепь НА; схемотехническое преставление структуры НА с ФЗ и ФМР, раскрывающее общие принципы построения ФНА и возможность реализации в одном ФНА различных видов как всасывающих, так и нагнетательных характеристик (!);
класс ФМР дифференциального типа на базе "дроссельных" и "упругих" и ФЗ, обеспечивающий высокоэкономичные рабочие циклы ФНА и «жесткие» Q-Pj характеристики (!);
способы обеспечения многофункциональности ФНА, существенно расширяющие пути совершенствования гидросистем;
полная система возможных путей и средств повышения точности НД, как измерительной машины, впервые выявившая способы построения эталонных НД. не чувствительных к основным ВВ (!);
методы анализа рабочих циклов и синтеза ФНА по статическим характеристикам ФЗ, с последующим учетом влияния динамических свойств ФЗ как в ФМР, так и магистралях на характеристики ОГМ;
метод построения математических моделей с применением разработанной элементной базы схемотехнического структурного представления ФЗ, ФМР, ФНА и совместно с ними работающих ОПУ, экспериментально отработанный на АВМ по результатам исследования ФНА на натурных стендах и разработанной элементной базе электронных моделей (соответствующей структурам ФЗ и ФНА в целом);
математические модели, методики расчета ФНА с типовыми наборами ФЗ. их экспериментальные и теоретические характеристики;
результаты решения ряда гидродинамических задач: о динамическом взаимодействии поршня и клапана в НД с нулевым вредным объемом; о герметизирующей способности щелевых уплотнений при различных рабочих циклах; о динамических свойствах и режимах работы магистралей с колпаками при регулировании подачи; новая теория работы клапанов поршневых насосов и ФНА;
ряд введенных и уточненных понятий, терминов, критериев подобия для оценки характеристик объемных насосов и ФНА;
не имеющие мировых аналогов конструкции и технические решения одно- и многопоточных ФНА, синтезированные и спроектированные на конкретные ТЗ, доказывающие как возможность их практической реализации на конкретные ранее не достижимые характери-
стики действия, так и возможность качественного улучшения технико-экономических показателей, использующих их сложных объектов современной техники.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Проведенная систематизация обеспечивает квалифицированный подход к автоматизированному проектированию ОГМ на уровне выбора принципиальной схемы (структуры) и существенных конструктивных признаков, наиболее подходящих для проектирования ОГМ на конкретные технические требования.
Разработанная методология синтеза ФМР по заданным внешним характеристикам позволяет осуществлять проектирование снабженных клапанными системами распределения жидкости одно- и многопоточных НА с заданными функциональными свойствами с учетом статических и динамических характеристик магистралей и ОПУ а также их отработку и диагностику на основе моделирования и эксперимента с использованием ЭВМ, в том числе в условиях промышленно эксплуатации.
Результаты диссертационной работы положены в основу 72-часового учебного курса «Гидромашины со специальными функциональными характеристиками», включенного в программу подготовки инженеров специальности «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» МАДИ (ГТУ). Разработанные методы экспериментального исследования ФНА и гидросистем в комплексе с созданным лабораторным оборудованием включены в новый курс «Экспериментальное обеспечение опытно-конструкторских работ при проектировании гидромашин и гидропневмопривода».
Проведенные исследования составили научную основу построения новых перспективных типов гидравлических механизмов программного движения - ФДГМ, в том числе с требуемыми адаптационными свойствами, применение которых открывает возможности:
построения машин-автоматов «резонансного» типа;
существенного повышения производительности гидрофициро-ванных машин, в которых движение рабочих органов может осуществляться по заданной траектории в условиях переменной нагрузки, при постоянстве потребляемой мощности и отсутствии потерь на дросселирование;
качественного повышения эффективности приводов строительно-дорожных машин и роботов посредством рекуперации энергии при одновременном снижении требуемой приводной мощности;
разработки автономных следящих гидроприводов с непрерывным и дискретным управлением, позволяющих существенно повысить быстродействие и точность отработки программы управления.
Данная методология и разработанные рекомендации успешно использовались при создании качественно новых типов устройств и гидромашин: комплекса разнообразного насосного оборудования для автономных систем жизнеобеспечения наземных исследовательских комплексов и космических станций «САЛЮТ», «МИР» и «МКС»; одно-параметрических СДА; многофункциональных НА для искусственной перфузии крови и ИС; обратноосмотических опреснителей; а также при проектировании и эксплуатации высокоточного дозировочного насосного оборудования, высокооборотных поршневых насосов с клапанным распределением, малошумных гидроприводных насосов, диафрагменных гидроприводных насосов, герметичных НА для стабильного перекачивания криогенных жидкостей, серийно выпускаемых регулируемых насосов и гидродвигателей строительно-дорожных машин.
Результаты выполненных исследований опубликованы в издательствах «Наука», «Машиностроение», «Энергия», «ЦИНТИхимнеф-темаш», «ФИПС», в том числе в изданиях «Механика машин», «Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления», «Насо-состроение и арматуростроение», «Химическое и нефтяное машиностроение», сборниках научных трудов ИМАШ РАН, ВНИИГидромаша, МАДИ (ГТУ), в трудах и информационных сборниках научных и отраслевых конференций, описаниях изобретений на способы и устройства.
По теме диссертации опубликовано 60 печатных (~ 68 п.л.) и 20 рукописных работ (отчеты с государственной регистрацией). Новые научно-технические решения, раскрывающие ранее неизвестные возможности создания новой техники по тематике диссертации, описаны з 186 авторских свидетельствах и патентах (из них 15 на новые способы организации рабочих процессов и построения ФНА).
Структура и объем работы. Диссертация оформлена в двух томах, состоит из введения, восьми глав, образующих 4 основных раздела работы, и четырех глав приложения -9(П),10(П),11(П),12(П) - с результатами теоретического и экспериментального исследования рабочих процессов в ФНА; основных выводов и результатов работы; списка из 272 публикаций (включая перечень изобретений) автора по теме диссертации, актов внедрения.
Классификация гидромашинных ФИП гидросистем. Прямые и косвенные методы задания внешних характеристик ФНА
Для характеристики ФИП, как активного элемента управления ВН, всегда важно знать каким образом задаются требуемые характеристики Q - R;, и какими средствами осуществляется управление этими характеристиками в процессе эксплуатации гидросистемы.
Согласно приведенной на рис. 1.9. классификации, выполненной по признаку -способ настройки ФИП на заданные функциональные свойства, все множество ФИП делится на 5 классов: с установочно-фиксируемой внешней характеристикой; с перезаданием характеристики по времени рабочего цикла; по параметру гидросистемы в следящем режиме; экстремальным регулятором, а также - и с применением различных комбинаций этих способов.
В соответствии с этой классификацией все секции ФИП на рис. 1.8. используют комбинированные способы задания (формирования) внешних характеристик, где воздействие PBo(t) устанавливается в каждый момент времени внешним программатором, а ФИПх дополнительно управляется внешним регулятором в следящем (замкнутом) режиме по параметру X.
Построение ФИП, относящихся к подмножеству II + Y, можно рассматривать как задачу дальнейшего расширения функциональных возможностей ФИП с установочно-фиксируемой внешней характеристикой (класс I) посредством привлечения известных средств автоматики, поэтому решение поставленной проблемы по существу сводится к разработке методов построения и расчета ФИП с механизмами регулирования, позволяющими получать требуемый тип внешней харакетристики и осуществлять перезадание ее координат в поле параметров [Q; RJ, причем преимущественно R; = Pj. Поэтому в работе основное внимание уделено изучению возможностей построения ФИП первого класса с учетом требований, обеспечивающих упрощение систем внешнего перезадания характеристик и повышения качества управления.
Для проектирования ФИП, необходимо иметь полное представление отехнических средствах, позволяющих задавать характеристики Q - Rj. Результаты систематизации ФИП в этом направлении представлены на рис. 1.10.
В разработанной классификации все множество ФИП по числу независимо подключенных и совместно управляемых ВН делится на два подмножества — однопоточные и многопоточные ФИП, причем многопоточные ФИП состоят из синхронизированных между собой секций - однопоточных ФИП, реализующих необходимые алгоритмы управления общей внешней нагрузкой.
Далее рассматриваются возможности построения однопоточных ФИП, исходя из того, что в общем случае гидромашинный ФИП помимо насосного агрегата может содержать дополнительные аккумулирующие и перепускные гидроустройства, см., например, рис. 1.4.
Поэтому характеристики ФИП могут определяться или непосредственно НА или указанными гидроустройствами путем отбора части жидкости, подаваемой насосом напорную линию. При этом величина отбираемого расхода QOT должна быть определенной функцией параметра системы - Q0T = QH(R) - Qc(R) где Qc(R) - требуемая подача жидкости с систему.
Таким образом, в зависимости от объекта воздействия рабочего параметра гидросистемы ФИП может содержать: функциональный насосный агрегат (ФНА); функциональное перепускное устройство (ФПУ), или оба эти устройства при комбинированном способе построения ФИП.
1.2.3. Приводной насос с регулируемыми внешними характеристикамипредставляет собой перенастраиваемое гидромеханическое устройство, изменение максимальной подачи и формы внешней характеристики которого может осуществляться путем изменения величины по меньшей мере одного из конструктивных параметров, определяющих конфигурацию (состояние) механизма, изменяющего (регулирующего) величину средней подачи насоса или объем жидкости, подаваемой в систему за время протекания каждого его рабочего цикла (см. гл. 3).
Если какими-либо средствами обеспечить необходимую функциональную связь параметров состояния механизма регулирования насоса и рабочих параметров гидросистемы R;, то мы тем самым сможем получить заданные внешние характеристики источника питания.
В этой связи объективно необходимо в основу классификации методов получения ФНА положить способы реализации указанных функциональных связей.1.2.4. Наиболее широко известны способы задания внешних характеристик НАпутем внешнего перезадания состояния его MP, обеспечивающего при постояннойвеличине входного управляющего воздейстия приблизительно жесткие напорно-расходныехарактеристики.Такое перезадание обычно осуществляется внешним ИМ, изменяющим установку
ВРЭ насоса, в зависимости од давления нагнетания. Для получения сложных видовхарактеристик Q-PBbix связь управляющего механизма с ВРЭ обычно выполняетсяпосредством профилированного (программного) кулачка, определяющегофункциональную связь Qj = Q(PBbix), или определенным образом самонастраивающегося по РВых специального исполнительного механизма, т.е. посредством ФИМ. Эти способы задания характеристик ФНА, перезадающие подачу насоса посредством действия обратной связи, практически уже при возникновении отклонения в величине внутриисточникового или (и) рабочего параметра рассматриваемой системы, будем относить к косвенным методам задания свойств ФИП.
По указанной причине к этим методам может быть отнесено изменение результирующей подачи ФИП в функции рабочего параметра ВН путем отбора части жидкости, подаваемой насосом, например, за счет ее перепуска через переливной клапан в сливную емкость. Здесь также устройство отбора жидкости реагирует уже на возникновение отклонения рабочего параметра.1.2.5. В случаях, когда рабочий параметр системы воздействует на встроенныйрегулятор-задатчик внешней характеристики (ФМР) еще в проиессе преобразованияподводимой к насосу энергии в гидравлическую, имеет место управление подачей повозмущению, что позволяет такие способы получения внешних характеристикотнести к пямым методам задания свойств ФИП.
Синтез структур Р- поточного ФДГМ, как голономного механизма с одной степенью свободы
В параграфе определяются: требуемая структура ФДГМ, как механизма с одной степенью свободы, обеспечивающая возможность задания траектории его движения в Р -обобщенных координатах; условие получения замкнутых траекторий (циклов); условия регулирования скорости движения ФДГМ по траектории без ее изменения и соответствующие алгоритмы управления СДА различных типов, а также - приводится методика программирования ФДГМ (синтеза СКС-ей) по заданному закону его движения.ФДГМ с р - степенями подвижности (р - поточный ФДГМ) должен задавать р потоков жидкости, что может обеспечиваться р - параллельно работающими на один ОПУ однопоточных ФДГМ, рассмотренных в 2.1.
Для программного изменения состояния ОПУ, определяемого перемещениями р выходных звеньев р - поточного ФДГМ, необходимо от начала его движения установить вполне определенное соответствие между величинами расходов (потоков) Qi, Q2 ..., Qp, которое не должно зависеть от ВВ , как со стороны ОПУ, так и приводного (ых) двигателя (ей).
Поскольку расход і - го ФДГМ - функция параметра состояния х(р, т.е. Qi = Qj{х( ]), то указанное соответствие между расходами Qi, Q2, ... , Qp может быть обеспечено засчет введения некоторых, объединяющих р однопоточных ФДГМІ (XJ), кинематическихсвязей, устанавливающих однозначное соответствие между параметрами состояния xlt)всех р однопоточных ФДГМІ (хД причем необходимое число таких связей определяется числом независимых отношений Qj / Qj+i, т.е. равно р—\.
Наложение указанных р-\ связей образует из р однопоточных дозирующих ФНА общий для них р - поточный синхронно дозирующий агрегат - СДА.
Наиболее просто СДА, составляющий основу р - поточного ФДГМ, реализуется для приведения и управления технологическими объектами, например химическими реакторами, когда от агрегата требуется задание в некотором фиксированном соотношении подач Qi, Q2, ... , Qp (при непрерывных технологических процессах или объемов Q\, Q2, ... , Q/ , при периодических технологических процессах).В этом случае НД (как секции р - поточного СДА, образующие «элементарные» ФДГМ с простейшими передаточными функциями К], Кг, ... , Кр ) выполняются с задатчиками, позволяющими настраивать на ходу или при остановке СДА величины Qj или Qi [і = 1, 2,... ,p]. Такая настройка часто выполняется только при отладке технологического процесса. Если условия эксплуатации технологической системы по времени изменяются, то требуется перезадание подачи одной или более секций агрегата, т.е. корректировка соотношения между р дозируемыми компонентами, что выполняется вручную или следящими САР.В тех случаях, когда ОПУ - машина-автомат с р совместно действующими гидродвигателями, положение хі, хг, ... хр валов (штоков) которых определяет конфигурацию (состояние) этого оборудования как кинематической цепи, применяемый СДА должен также состоять из р дозирующих секций, синхронизированных между собой р-\ связями.
Наличие синхронизирующих р - 1 связей позволяет выразить расход Qj дозирующего ФНА (как і- ой секции СДА) через любой из параметров состояния х/1 , х/2) ... , Xj , и, следовательно, осуществить задание движения по і -ой координате ФДГМ посредством СКС между і-ой секцией СДА и любым из параметров состояния х/ \
Таким образом, полученная структура ФДГМ позволяет посредствомпрограмматоров в цепи СКС осуществлять такое перезадание отношения R Qi,Q2,--,Q/ по некоторому параметру, однозначно определяющему состояние всего ФДГМ (например, по углу поворота общего приводного синхронизирующего вала насосных секций, когда фі / q 2 = оц; Фі / фз = «з; фі / ф4 = «з; ..., фі / фр = сс/м), которое обеспечивало бы движение выходных звеньев ФДГМ по некоторой фазовой траектории F (хі, хг,.. .хр) = 0, соответствующей заданному движению рабочего органа (РО) машины-автомата.При R = const, положения задатчиков подачи секций к\, кг, ... кр, фиксируется посредством шкал НД.
Если секции СДА имеют размерные шкалы, показывающие абсолютные значения подач дозаторов, то отношение R устанавливается посредством задания величин Qi, Q2, ... , по соответствующим Pj шкалам. Если НД снабжены безразмерными шкалами, значения
КОТОРЫХ Ti = Qj / Qi щах 100% ИЛИ Tj = Qj / Qi щах (ГДЄ 0 Tj 1) ОПрЄДЄЛЯЮТ ПО Существукоэффициент регулирования НД, то задание р - 1 отношений выполняется с учетомЗначений Qi max, Q2 max, , Q/ max, КОТОрые ДОЛЖНЫ быТЬ ИЗВеСТНЫ С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ, Т.е.Рационально значения Qi max определять при сборке СДА промером рабочих камер НД или путем тарировки. При использовании двухпараметрических насосных секций или пропорциональных задатчиков, разработанных в главах 4 и 7, указанные значения максимальных подач, могут задаваться по дополнительным шкалам.Рассматривать характер движения р - поточного ФДГМ удобно в нормированных обобщенных координатах Q i = Qi / Q/ ; Q 2 = Q2 / Q/ ; , Q p=l
При этом программирование ФДГМ, т.е. задание его нормированной передаточной функции как механизма с одной степенью свободы, сводится к заданию величин Q i, Q 2, ... , Q / -i, т.е. по существу - к заданию множества из р-1 упорядоченных пар - бинарных отношений Q j,Q / , определяющих в свою очередь отношение R Q i,Q 2, , Q p-\ , характеризующее движение системы в фазовом пространстве нормированных Q p.\ координат.
Абсолютное движение системы может быть задано дополнительным заданием величины нормирующего знаменателя QP, поскольку Re{R ,Qp}i, что решает задачу задания траектории движения ФДГМ в пространстве его р обобщенных координат, применением всего р -задатчиков, из которых, однако, (р-\) задатчик - трудно реализуемые для большого числа дозирующих секций задатчики соотношения, конструкции которых для случая р 2 не разработаны.
При р 2 программирование ФДГМ практически возможно осуществлять установкой (заданием) соотношений Q; / Q/ посредством использования независимых задатчиков синхронизированных между собой і-ой и р-ой дозирующих секций. В этом случае для задания относительного движения - отношения R требуется р задатчиков, а для задания абсолютного движения требуется по меньшей мере один дополнительный задатчик, кинематически связанный с указанными/? задатчиками.
Таким образом, для обеспечения программирования движения технически реализуемого ФДГМ структура р поточного СДА, как механизма, должна, как минимум: содержать р +1 перенастраиваемых входных звеньев (задатчиков), из которых р входов необходимы для задания относительного движения кинематической цепи, образующей СДА, а (р + 1)-ый вход, кинематически связанный с указанными р задатчиками, необходим для задания абсолютного движения ФДГМ.
Для существенного расширения функциональных возможностей ФДГМ необходимо уметь регулировать эту мощность без нарушения относительного движения его выходных звеньев, т.е. сохраняя кинематическое подобие заданного движения объекта приведения.
Такое подобие имеет место при сохранении заданного отношения R\ которое поэтому при регулировании мощности ФДГМ не должно изменяться.
Решается эта задача только одновременным пропорциональным изменением подачвсех секций, поскольку только в этом случае соотношения Q i, Q 2, , Q p-iсохраняются неизменными.
Практически пропорциональное изменение величин подач секций СДА требует применения специальной общей для всех секций шкалы, одновременно и в равной относительной мере воздействующей на механизмы регулирования дозаторов, причем необходимо чтобы при установке этой шкалы на ноль (е = 0) подача всех секций также становилась бы нулевой (в противном случае варьирование е приведет к нарушению заданных соотношений, Q 2,..., Q /M и изменению функциональных свойств ФДГМ).Для выявления возможностей выполнения такой шкалы рассмотрим следующие преобразования
Классификация нерегулируемых насосов безраспределительного типа. Обобщенное уравнение подачи
К рабочим органам насосов безраспределительного типа подводитсяпостоянный по направлению поток механической энергии, передаваемый жидкости по мереее перемещения в рабочем канале (ах) в замкнутых рабочих полостях (РК) из зонывсасывания в зону нагнетания.
Возможны всего два варианта организации перемещения жидкости по рабочему (им) каналу (ам):1. Подвижные рабочие органы не перемещаются вдоль рабочего канала, но их двжение приводит к перемещению замкнутых РК с жидкостью вдоль канала.2. Подвижные рабочие органы вместе с формируемыми ими РК перемещаются по рабочим каналам, что требует существования, по меньшей мере, двух - одного прямого и одного обратного рабочих каналов.
В обоих случаях условия передачи энергии жидкости от рабочих органов (без учета объемных потерь) не зависят от длины рабочего канала, минимальная протяженность которого определяется протяженностью замкнутой РК рабочем канале. Поэтому передача энергии жидкости (или от жидкости) осуществляется только при формировании РК в зоне всасывания (работа всасывания) и их расформировании в зоне нагнетания (работа вытеснения, нагнетания).
Важным классификационным признаком насосов безраспределительного типа является то, что при постоянной скорости движения рабочих органов длина рабочих каналов может быть свободно увеличена по отношению к протяженности (по каналу) рабочей камеры (полости), т.е. для увеличения герметичности насоса в рабочем канале по его длине может располагаться две и более РК.
Рассмотренный характер движения рабочих органов рационально использовать как классификационный признак, который может быть положен в основу деления множества насосов безраспределительного типа на два подмножества: 1 - винтовые и пережимные, 2 - плоскоколовратные и цепные (см. таблицу на рис. 3.6).
Исходя из принятого принципа деления, имеем: 1я = С П І; Із = Д П I; И„ = С ПН; П = Д П II, что определяет место подмножеств 1а, 1б, Иа, Пб» в общей классификации объемных насосов, изложенной в предыдущем параграфе.3.2.2. Насосы, как элементы подмножеств 1а, На, принадлежащие одному классунасосов С (С = Ia U Иа), можно разделить по способу формирования (герметизации) РК.Формирование герметичных РК может достигаться:1) Тремя и более относительно подвижными рабочими органами, включая корпус - какрабочий орган (двух-, трех-, пяти-винтовые наосы - 1а, двух-, многороторныеплоскоколовратные насосы - Иа);2) Двумя рабочими органами и дополнительным замыкателем (например, червячно-винтовой насос - 1а, коловратный с вращающимся разгруженным от крутящего момента замыкателем - Па);3) Только двумя рабочими органами за счет относительного планетарного движения (например, одновинтовые героторные - 1а, планетарно-роторные - Па). Здесь корпусной элемент, участвующий в формировании замкнутых РК рассматривается как неподвижный рабочий орган. При инверсии насоса, как механизма, подвижным будет корпусной рабочий орган.
Терминология насосов подмножеств 1б и Пб, принадлежащих классу D (D = 1б и Пб), практически не разработана, что потребовало введения новых (отмеченных знаком ) терминов, определяющих насосы этого класса.3.2.3. К подмножеству 1б будем относить все конструктивные решения, где РК, как ив насосах - 1а, постоянно поступательно перемещаются из зоны всасывания в зонунагнетания за счет последовательного деформирования эластичного рабочего органа.Наиболее широко известны насосы этого типа - шланговые, роликовые, перистальтические(см. также а.с. № В-2152,205560, 494534).
Подмножество Иб («цепные» насосы) объединяют конструкции, содержащие ряд последовательно установленных по длине замкнутого гидравлического канала рабочих органов, направляемых этим каналом и взаимосвязанных посредством синхронизирующей их движение связи. Канал состоит из двух прямого и обратного участков, образующих замкнутую проводящую энергию цепь - цикл с противоположно ориентированными дугами, связанными между собой в зонах всасывания и нагнетания и имеющими различную проводимость (см. примеры схем № 1 - № 4 насосов на рис. 3.6). В данном подмножестве насосов наиболее наглядно прослеживается циркуляция рабочих органов - общий признак множества (класса) II.
В насосах, относящихся к подмножеству Па, рабочие органы также циркулируют между полостями насоса, но они в «элементарном» (единичном) насосе (насосе, имеющем минимальное для обеспечения принципиальной работоспособности число прямых и обратных участков гидравлического канала) или не образуют в каналах последовательного ряда РК, или, как, например, в шестеренчатых насосах, имеют «жесткую» конфигурацию, не требующую от гидравлического канала выполнения направляющих функций.
Необходимо дополнительно указать, что работоспособность элементарных насосов типа Пб, в отличие от элементарных насосов типа Па, всегда может быть обеспечена одним прямым и одним обратным участком гидравлического канала.
Основы построения полного множества однопараметрических СДА, разработка типовых технических решений
. Насосные секции двухпараметрических СДА снабжены двумя независимыми ВРЭ, связанными или с одним типом механизма регулирования подачи, выполненным по дифференциальной схеме (см. рис. 4.2) или с двумя механизмами регулирования, относящимися к различным классам (см. гл. 3).
Разработанное поле типовых насосных секций и варианты компоновок двухпараметрических СДА представлены на рис. 4.28,4.29, 4.30.
Для управления СДА этого типа достаточно применять одноканальные задатчики, на независимые р-входов которых подаются сигналы РСм, РОг, ... , РОр, а на (р + 1) вход, одновременно воздействующий на все секции, - сигнал PC. При этом операция умножения сигналов выполняется непосредственно насосной секцией (см. пример СДА на рис. 4.2.).
Например, в агрегате, выполненном по наиболее распространенной схеме (см. рис. 4.30, сх. 1,6), сигнал PC воздействует на вариатор оборотов, а сигналы POi и Р02 на механизмы изменения литража насосных секций. В результате подача секцииQi = [ЯіЛі(РОі)] [comaxe(PC)] = кеЦ(РО, PC)q, awпропорциональна сигналу Пі = POi PC. Здесь ke и kn - масштабные коэффициенты.
Если сигналы PC и POj воздействуют на один механизм регулирования с двумя ВРЭ (см. рис. 4.2), то ВРЭр на которые поступает общий сигнал PC, должны быть сблокированы (синхронизированы) в положениях, соответствующих нулю подачи всех секций при значениях (ци Tj2,..., Tjp)= 0, т.е.- на режиме е = 0.
Для компоновки двухпараметрического СДА пригодны комбинации насосных секций с механизмами регулирования, одного или двух различных классов (см. табл. На рис. 4.28), например, по типу А-1 / А-1 (рис. 4.29,а), А-1 / А-2 или А-2 / А-1 (рис. 4.29,6), А-3 / А-1 или А-1 / А-3 (рис. 4.29, в), А-4 / А-1 (рис. 4.29,г), Б-4 / А-2 и т.д. Здесь в числителе указан класс механизмов регулирования используемый для индивидуальной настройки - РО, а в знаменателе - класс механизмов, используемый для изменения суммарной производительности агрегата - PC.
Насосные секции характеризуемые структурными формулами типа Б-1 / Б-4, Б-3, Б-2, т.е. содержащие механизмы регулирования относящиеся только к группе классов Б для компоновки в агрегат требуют специальных систем их синхронизации и не реализуются, как правило, с применением технически простых средств.
Поскольку, как показано, в СДА могут компоноваться различные типы насосных секций, обеспечивающие пропорциональность подачи произведению уставок PC на РО, структурная формула СДА может принимать и более сложный вид, например,А-3 (А-1)+2{Б-4)для четырехпоточного агрегата, где механизмы, указанные в знаменателе, синхронизированы общим задатчиком PC.
Технически наиболее просто синхронизировать задатчиком PC однотипныемеханизмы регулирования, поэтому компоновки СДА типов А-2т(А-2) + п(Б-2)или —- и т.д. более предпочтительны для практической реализации (здесьА-1m + n + k = p-общее число секций в СДА).4.4.2. Конструктивно насосная секция СДА состоит из гидроблока (или из нескольких работающих на одном и том же жидком компоненте гидроблоков) и привода. Поскольку каждый из этих элементов может регулироваться своими средствами, в схемах компоновок СДА рационально их указывать отдельно (см. таблицу на рис. 4.30).
В выявленных на основании данной классификации схемах блоков СДА индексом Пр обозначен привод. Если привод состоит из мотора М и вариатора В, то эти элементы представлены порознь. Индексом СС указана цепь связи, синхронизирующей работы насосных секций с различными способами регулирования, управления и соединения с приводом.
При пропорциональном дозировании большого числа компонентов агрегат можно строить на базе какого-либо одного блока (что, как правило, проще) или составлять из нескольких различных блоков.
Из проведенного анализа следует, что принципиально возможно комбинировать в единую многокомпонентную установку пропорционального дозирования р-компонентов как блоки однопараметрического типа с двухканальным управлением, так и блоки двухпараметрического типа!
