WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ХАВРОНИН ВИКТОР ПЕТРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград – 2009 2

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Несмиянов Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Жутов Алексей Григорьевич кандидат технических наук, доцент Удовкин Александр Иванович

Ведущая организация: ГНУ «Нижне-Волжский научноисследовательский институт сельского хозяйства»

Защита состоится «21»декабря 2009 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г.Волгоград, пр. Университетский, 26, ауд.214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «ВГСХА».

Автореферат разослан «_»_200 г. и размещен на сайте http://www.vgsha.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор А.И. Ряднов 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные тенденции совершенствования сельскохозяйственных гидрофицированных погрузочных агрегатов направлены на повышение их производительности, мощности, а также на уменьшение энергопотребления и улучшение динамических характеристик.

Введение упругодемпфирующих элементов в гидропривод почти всегда приводит к снижению его жесткости, что не всегда допустимо для многих гидрофицированных машин, а в частности, погрузчиков и экскаваторов.

Гидрофицированные погрузчики сельскохозяйственного назначения, как правило, работают с грузами различной массы. Вследствие чего проблема внедрения упругодемпфирующих элементов в гидропривод сельскохозяйственных машин остается насущной из-за недостаточно простых и надежных конструкций упругодемпфирующих элементов и отсутствия комплексного решения.

Одним из направлений решения проблемы энегросбережения и снижения динамических нагрузок на двигатель трактора, агрегатирующего погрузчик, является разработка конструкции эластичного привода гидронасоса сельскохозяйственных погрузочных агрегатов не снижающей жесткость силового гидропривода.

Цель работы – повышение эффективности использования сельскохозяйственных гидрофицированных машин циклического действия за счет снижения влияния динамических нагрузок в исполнительном гидроприводе на энергетическую установку.

Задачи исследования:

- изучить особенности работы, способы энергосбережения и снижения динамических нагрузок в системе «двигатель-насос» за счет применения эластичных элементов в гидрофицированных приводах сельскохозяйственных машин и агрегатов, наметить направления повышения их эффективности;

- обосновать кинематическую схему упругодемпфирующей муфты, провести ее кинетостатический анализ и на основе разработанной структурной схемы виртуальной модели эластичного привода шестеренного гидронасоса показать преимущества его применения;

- сформировать и исследовать математическую модель исполнительного механизма гидрофицированного погрузочного агрегата с эластичным приводом насоса;

- разработать методику и провести экспериментальные исследования закономерностей формирования основных показателей повышения эффективности применения эластичных элементов гидропривода гидрофицированного погрузочного агрегата.

- дать оценку экономической эффективности применения эластичного привода гидронасоса в исполнительном гидроприводе сельскохозяйственного назначения.

Объекты исследования - упругодемпфирующие элементы привода и агрегаты, их содержащие, на участке передачи мощности «двигательгидронасос», в частности, упругодемпфирующие муфты и крупномасштабная действующая модель сельскохозяйственного погрузчика.

Методика исследований.

Общая методика исследования предусматривала теоретический анализ рабочих гипотез, их экспериментальную проверку и экономическую оценку результатов работы. В ходе выполнения работы использованы методы и положения классической механики, теории колебаний, математической статистики, математического моделирования в режиме реального времени в программах-симуляторах.

Научная новизна работы состоит в обосновании целесообразности использования эластичных элементов в приводе гидронасоса сельскохозяйственного гидропривода, разработке математической модели упругого гидропривода, позволяющей определить степень уменьшения загрузки двигателя в момент включения гидроцилиндра, и оптимизации параметров эластичного привода гидронасоса.

Новизну технических решений подтверждают 5 патентов РФ на изобретения.

Достоверность разработанных положений, выводов и рекомендаций подтверждена достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, актами внедрения, апробацией на научных конференциях и выставках разного уровня.

Практическая значимость заключается в выработке рекомендаций, частично реализованных в экспериментальных образцах и направленных на повышение эффективности работы сельскохозяйственных гидрофицированных машин за счет повышения плавности работы гидродвигателей как поступательного, так и вращательного движения, снижения динамических нагрузок на энергетическую установку и снижение энергопотребления.

Реализация работы. Методика расчета и выбора оптимальных параметров погрузочных агрегатов с упругодемпфирующими связями передана инженерному отделу КСП «Грачевское» Волгоградской области, крупномасштабная действующая модель погрузочного манипулятора используется в научных исследованиях и в учебном процессе Волгоградской ГСХА.

Апробация работы. Основные положения выполненной работы были доложены и обсуждены на конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2002-2008 гг.), конференции Пензенской ГСХА (2002 г.). Конструкции энергоэффективных элементов гидропривода погрузочных машин демонстрировались на региональной выставке «Энергосбережение и энергоэффективные технологии. Технофорум» (Волгоград, 2003) и отмечены дипломом.

В полном объеме диссертация доложена и обсуждена на научном семинаре ВГСХА в 2009 году.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ объемом 3,05 п.л. Доля автора – 1,65 п.л. Одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК для публикаций материалов диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 97 наименований, работа изложена на 147 страницах, содержит 74 рисунка, 8 таблиц, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, указаны цель и задачи исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние вопроса» дан обзор научных исследований, посвященных снижению динамических нагрузок и энергосбережению в гидрофицированных погрузочных агрегатах.

Рассмотрены пути и варианты реализации цели исследования.

Вопросам динамики гидрофицированных погрузочных агрегатов посвящено много работ таких ученых как Рось Я.В., Морсин В.М., Дубинин В.Ф., Пындак В.И., Герасун В.М., Рахманин Г.А., Рогачев А.Ф., Удовкин А.И., Лапынин Ю.Г., Несмиянов И.А., Бубнов В.А., Волков Д.П. и др.

Исследованию эластичных приводов в сельскохозяйственных агрегатах посвящены работы Строкова В.Л., Карсакова А.А, Аврамова В.И., Поливаева О.И., Нехорошева Д.А. и др.

Анализ работ российских и зарубежных ученых позволил выявить резерв дальнейшего повышения эффективности погрузочных сельскохозяйственных агрегатов, на основе чего были приняты гипотезы:

1. Применение эластичного привода гидронасоса (ЭПГ), позволит не уменьшая жесткости гидропривода снизить динамические нагрузки и влияние колебаний давления в гидросистеме на приводной двигатель.

2. Сочетание ЭПГ с другими упругодемпфирующими элементами (УДЭ) в гидросистеме наряду с повышением плавности работы испытательных звеньев может привести к нежелательному снижению жесткости привода и резонансным явлениям, следовательно различные сочетания УДЭ в гидроприводе должны быть тщательно обоснованы.

Так как исследования упругодемпфирующих элементов в гидроприводе проводились в основном по отдельности: то было принято решение провести комплексное исследование эластичного привода гидронасоса с включением в напорную магистраль пневмогидроаккумулятора, с целью получения оптимальных значений жесткости эластичной муфты и нагрузки на гидродвигатели, а также исследовать возможность возникновения резонансных колебаний в гидросистеме погрузочного агрегата.

Во второй главе «Теоретическое исследование динамики гидропривода рычажного механизма с эластичным приводом насоса» проведено кинематическое и динамическое исследование разработанной упругодемпфирующей муфты, с целью выявления аналитической зависимости момента на валу гидронасоса от момента на приводном валу и угла закручивания полумуфт (рис.1, 2).

Рисунок 1 - Кинематическая схема муфты с Рисунок 2 - Расчетная схема муфты к прямолинейной копирующей поверхностью кинетостатическому анализу кулачка Кинетостатический анализ упругодемпфирующей муфты позволил вывести зависимость касательной силы на ведомой полумуфте F от tкасательной силы F на ведущей полумуфте и угла закручивания полумуфт:

t Cos Ft ( - Sin ) - 2mK (r - r Cos ) (1+ 1/ f1) + c(r - rCos ) f (1) Ft 2 = ( f2 + 1/ f1) где, f, f – соответственно коэффициенты трения толкателя о кулачок и кулачка по 1 направляющим; С – жесткость упругого элемента, Н·м; m – масса кулачка, кг;

K - угол рассогласования полумуфт, рад; - угловая скорость ведущего вала, с-1;

r – радиус полумуфты, м; F – касательная сила на ведущей полумуфте, Н.

t Зависимость нагрузки на шток гидроцилиндра от динамической нагрузки на рычажный механизм описывается дифференциальным уравнением движения рычага подъемного механизма:

d Jпр 2 = N Cos( + ) l - G Cos( ) L - M (2) тр dt При составлении динамической модели рычажного механизма (рис.3) приняты следующие допущения:

1. Масса груза и рычажного механизма представлены в виде приведенной сосредоточенной массы m.

2. Стойка рычажного механизма ОО установлена жестко.

3. Коэффициенты трения в шарнирах механизма приняты за постоянные величины.

4. Перетечки рабочей жидкости через радиальные зазоры золотников и гидроцилиндров пренебрежительно малы.

5. Давление слива постоянно.

СРисунок 3- Расчетная схема гидрофицированного погрузочного агрегата с механизмом подъема груза на упругом подвесе и эластичным приводом насоса Уравнение для системы «двигатель – эластичная муфта – насос»:

1 1 с 1 2 1 2 1 2 PнVн ± Jпр = - - h ( - ) r + sign( - ) с ( - ) r - ± Jн (3) Математическая модель гидропривода для одного гидроцилиндра состоит из системы дифференциальных и линейных уравнений:

уравнение движения штока dy1 dyd y1 ± pп Fп ± pшт Fшт - h1 dt - Rтр sign( dt ) ± N ; (4) = dt2 m уравнения расходов через дроссели при нагнетании в поршневую (знак «+» в уравнениях (4), (5)) или штоковую (знак «-») полости и уравнение расхода через щель золотника dz dz dpзол Qзол - Qдрdpп ± Qдр1 Fп dt ; dpшт Qдр2 ± Fшт dt ;

=.(5) = = dt Kdt Kdt Kуравнение расхода насоса dpн Qн - Qзол =,если: pн < pmax dt K(6) dpн Qн - Qкл =,если: pн pmax dt K уравнение неразрывности потока Q = Q - Q - Q, (7) п н кл у где, Q = к р - перетечки жидкости через уплотнения поршня; к - коэффициент у у н у утечек; К, К, К, К – коэффициенты упругости полостей с жидкостью; P – давления 1 2 3 4 i жидкости в соответствующих полостях, МПа; Q – расходы жидкости через дроссели и i гидроагрегаты, м3/с; F – площади сечения полостей гидроцилиндра, м2; m – приведенная i масса рычажного механизма и груза к поршню цилиндра, кг; h – коэффициент вязкого трения в гидроцилиндре, кг/с; R тр- сила трения в уплотнениях поршня и штока, Н; N – усилие, передаваемое на шток, Н.

Динамическая модель "Привод – эластичная муфта – насос – распределитель - гидродвигатель- рычажный механизм" (рис.4) с учетом основных нелинейностей при наличии источника гидравлической энергии ограниченной мощности реализована в программной среде моделирования в режиме реального времени SimulationX 3.1.

Рисунок 4 - Структурная схема модели В результате реализации динамических моделей были получены зависимости, характеризующие изменение крутящего момента на валу насоса, изменения момента сопротивления и угла закручивания полумуфт, диаграммы изменения мгновенной потребляемой мощности энергетической установки, графики изменения угловой скорости вала двигателя (рис.5), график углового рассогласования полумуфт, перемещение штока гидроцилиндра и графики изменения давления в полостях гидроцилиндра.

На кривой 1 (рис.5) гармоники с амплитудой около 1,5 рад/с возникают при резком возрастании крутящего момента на валу двигателя от момента сопротивления на валу шестеренного гидронасоса. На кривой 2 - привод гидронасоса через высокоэластичную муфту, высокочастотная гармоника от неравномерности подачи насоса гасится практически полностью, а низкочастотная составляющая уменьшается по амплитуде в 4…5 раз. Все это показывает на эффективность применения эластичного привода гидронасоса.

Рисунок 5 - Фрагмент диаграмм изменения угловой скорости вала приводного двигателя в зависимости от вида привода насоса Анализ результатов теоретических исследований позволил выявить зависимости амплитуды колебаний угла закручивания полумуфт, а соответственно и амплитуду колебаний угловой скорости валов насоса и двигателя (рис.6) и амплитуду колебаний мгновенной потребляемой мощности двигателя (рис.7) от соотношения инерционных масс насоса к инерционным массам двигателя.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»