CC BY
12
АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ БЕСТОРМОЗНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ
© Фоминых А.М.*
Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола
Существующие методы измерения суммарного момента инерции и механической мощности гидравлического двигателя имеют большую погрешность измерения, громоздкость аппаратов средств измерения и низкую энергоэффективность. В данной статье описывается предлагаемый нами бестормозной метод инерционного измерения механической мощности гидравлического двигателя. При проведении измерений предлагаемым методом увеличивается точность получаемых результатов. Метод является бесконтактным поэтому имеет высокую энергоэффективность. Инерционный метод обладает широкой применимостью для различных форм и модификаций гидравлических двигателей. Малые размеры и вес применяемого измерительного оборудования дают возможность проведения измерений на стационарных машинах и на местах.
При определении механической мощности, развиваемой вращающейся гидравлической машиной, важной задачей является определение гидродинамического момента, который приложен к ее вращающейся части и играет решающую роль в процессе преобразования энергии, происходящем в гидравлической машине.
Основная проблема развития методов бестормозных испытаний гидравлических двигателей, установленных на транспортных средствах, на сегодняшний день - это необходимость определения момента инерции вращающихся масс. Современный уровень развития позволяет определять его только через проведение тормозных испытаний.
Целью является повышение точности измерения момента инерции гидравлического двигателя, а также повышение энргоэффективности современных методов измерений момента инерции. Цель достигнута путем разработанного нами метода бестормозного определения момента инерции гидравлического двигателя.
При проведении измерений предлагаемым методом увеличивается точность получаемых результатов. Метод является бесконтактным поэтому имеет высокую энергоэффективность. Инерционный метод обладает широкой применимостью для различных форм и модификаций гидравлических двигателей.
Ключевые слова: гидравлический двигатель, момент инерции, энергоэффективность, механическая мощность, гидродинамический момент.
* Аспирант кафедры Транспортно-технологических машин. Научный руководитель: Егоров А.В., кафедра Транспортно-технологических машин, кандидат технических наук.
Механическая мощность Рмех, развиваемая вращающейся гидравлической машиной, пропорциональна гидродинамическому моменту Мпд, действующему на ее ротор, и угловой скорости вращения ротора а.
Рмех = МПД ■а. (1)
Таким образом, важной задачей гидродинамического расчета любой гидравлической машины является определение гидродинамического момента МГд, который приложен к ее вращающейся части и играет решающую роль в процессе преобразования энергии, происходящем в гидравлической машине.
Гидродинамический момент может быть определен непосредственным методом [2]. Непосредственное измерение момента осуществляется следующими способами: статическим, измерением суммарного момента и динамическим.
При использовании статического способа момент определяют с помощью моментомеров при установившейся частоте вращения ротора. Сняв семейство точек механического момента при различной частоте вращения, получают статическую механическую характеристику. К недостаткам этого способа следует отнести большой нагрев двигателей при определении момента вне рабочей зоны механической характеристики двигателя, что удлиняет время испытаний, ведет к нестабильности измерений из-за неустановившегося теплового процесса.
Способ измерения суммарного момента основан на измерении момента, действующего на статор двигателя и численно равного моменту, действующему на его ротор. Способ позволяет определить вращающие моменты как при установившемся режиме работы, так и при переходных процессах. Основным недостатком этого способа является необходимость крепления двигателя к измерительному механизму. Технологический разброс размеров двигателя приводит: к смещению его центра тяжести относительно оси поворота прибора, что может привести к погрешностям при измерении.
Динамический способ определения вращающего момента основан на измерении ускорения двигателя при пуске на холостом ходу. В этом режиме уравнение движения, если не учитывать механические потери, имеет следующий вид:
7 • Ла/Л = ЫПд, (2)
где 3 - момент инерции ротора двигателя, Н-м-с2; - ускорение ротора, с2; МГд - гидродинамический момент двигателя, Н-м.
Как видно из формулы (2), динамический момент можно определить с помощью акселерометров (датчиков ускорения) различного типа, тахомет-
ров и датчиков углового перемещения, что весьма экономично и достаточно точно по сравнению с другими способами, но только если известен момент инерции ротора.
В настоящий момент для определения момента инерции гидравлического двигателя необходимо проведение тормозных испытаний с последующим замером угловых ускорений вращающихся масс гидравлического двигателя, что сводит на «нет» преимущество динамического способа определения крутящего момента на валу ротора.
Предлагаемый способ позволяет избежать использования тормозных испытаний за счет бестормозного определения момента инерции. Он реализуется следующим образом:
Рис. 1. Схема установки
На фланец выходного вала 1 (рис. 1) устанавливается диск 4 с эталонным моментом инерции Зд. С помощью органов регулирования устанавливается определенная угловая скорость а выходного вала 1, при которой развивается определенный крутящий момент М. Затем измеряется угловое ускорение £1 системы вращающихся масс «диск с эталонным моментом инерции, гидравлический двигатель», имеющей момент инерции 31 + Зд при изменении угловой скорости вращения выходного вала в диапазоне от а до а + 1. Крутящий момент М для диапазона угловых скоростей от а до а + 1 равен:
М = Ъ (Л + Jь)• (3)
Далее диск с эталонным моментом инерции 4 демонтируется и определяется угловое ускорение е2 системы вращающихся масс «пневматический двигатель» с моментом инерции 31 при изменении угловой скорости вращения выходного вала в диапазоне от а до а + 1, то есть при том же начальном значении крутящего момента М. Крутящий момент М для диапазона угловых скоростей от а до а + 1 равен:
М = е2 Jv (4)
Из выражений (3) и (4) определяется момент инерции системы вращающихся масс «гидравлический двигатель»:
А =
(5)
Таким образом, используя один диск с эталонным моментом инерции можно определить момент инерции гидравлического двигателя, а после этого и параметры скоростной характеристики гидравлического двигателя, что позволит значительно повысить экономическую эффективность испытаний гидравлических двигателей.
Список литературы:
1. Иванов-Смоленский А.В. Гидравлические машины: в 2-х т. Том 1. -М.: Издательство МЭИ, 2004. - 652 с.
2. Котельнец И.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт гидравлических машин. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 384 с.
3. Справочник по гидравлическим машинам. Том 1 / Под ред. И.П. Ко-пылова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 679 с.
