Анализ методов машинного эксперимента по исследованию характеристик гидродвигателей ударного действия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

------------------------------------ © А. А. Митусов, О. С. Решетникова,

2008

УДК 622.002.5-82

А.А. Митусов, О. С. Решетникова

АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАШИННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОДВИГАТЕЛЕЙ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Семинар № 10

И #олный алгоритм автоматизи-

1 Л. рованного проектирования гидродвигателей ударного действия (УГД) включает в себя исследовательские фазы, выполняемые методами машинного эксперимента. При этом на первой стадии решается задача в проектировочной постановке, когда определяются параметры структуры импульсного гидропривода (ИГП), обеспечивающие заданные параметры движения поршня-бойка, а на второй - в эксплуатационной, когда для УГД с параметрически определенной структурой исследуются его выходные характеристики в зависимостях, либо от параметров питания, либо от изменяющихся в процессе эксплуатации конструктивных параметров силовой части привода. Анализ математических моделей показывает, что для решения проектировочных задач возможно их построение на основе энергетического или динамического баланса.

В энергетической модели [1] состояние характеристик определяется значениями энергии и частоты ударов А и п, а также коэффициента настройки Кн, характеризующего их взаимосвязь и выражающегося через обобщенные конструктивные параметры: q - рабочий объем, и Яи - инерционное сопротивление УГД, а законы энергопреобразования:

Р = Яи(х)02 - для релейной САУ УГД,

Р= ЯигпО - для импульсной САУ УГД.

Динамическая модель используется для нахождения энергетической характеристики привода посредством решения прямой задачи, где параметры движения ведомого звена УГД определяются действующими на него силами, формируемыми для известной структуры заданными параметрами энергии источника. Сложность таких уравнений зависит от количества учитываемых управляющих и возмущающих воздействий и их формы.

В наиболее простом варианте такая задача может быть сведена до решения уравнения динамического блланса только для ведомого звена УГЦ без учета влияния характеристик распределителя и аккумулятора. В этом случае модель может быть представлена следующим уравнениям управляющих и наиболее существенных возмущающих воздействий на ведомое звено УГД :

— ах — Ьх — сх — ^ = 0,

где ах - инерционная реакция бойка; Ьх 2 - гидравлические сопротивления элементов гидроблока; сх - сила вязкого трения; Етр - сила механического

трения; ^ - управляющее воздействие на боек.

Уравнение решается для каждой из четырех кинематических фаз рабочего

Таблица 1

Начальные и конечные условия фаз движения ведомого звена

Тип САУ Релейная

Фаза и х1 х2 Х1 Х2

1 0 0 И' 0 Vв

2 0 0 И" 0

3 0 0 И 0

4 Т =(1и+1р)/1р

Тип САУ Импульсная

Фаза и t2 х1 х 2 Х1 Х2

1 0 Т1 0 И’ 0 Vв

2 0 0 0 И" 0

3 0 0 0 И 0

4 4 = Т2 - Ґ'- ^

цикла, формируемых воздействиями на боек Fв и Fр в двух динамических фазах, сменяемых в релейном или импульсном режимах [1]. В этом отношении САУ УГД подразделяются на релейные, детерминированные по конструктивному

Таблица2

Формулы для определения коэффициентов а, Ь, С, Е , F

ходу Ь, и импульсные детерминированные по времени цикла Т и его фаз. Кинематические фазы:

- 1’: действие силы Бв, ускоренное движение бойка на «возврат»;

- 1”: действие силы Бр, торможение

Обозначение Гидромолоты

ГМБ-2Р УГДС-1

а тб тб

V $3 Я + S32 Яз ^( Язз + Яа + Як )

Ь" ^як + ^23( Я':+Яа) $4

Ьр БЇЯ + £23( Яр + Яа) $4

с Прщ О

^0 ^0

Е'т (0.5п£(ДР + А Рс) + (0,95ПР(Д + Б2) +

+ тЯ)/ + А Ра + ^ )/

F "т (0.5пйР(Д + Б2) + mg) / (ж5Рс (А + Д) + РА)/

Е" 0.95Р$ - Р^2 0 95(Р - Рс)^1 - РА

Е" 1.05Р(£2 - ^) РА

Ер 0.95Р(£2 - ^) Раї2

Выходные параметры Численные значения

ГМБ-2Р УГДС-1

Модель Сходимость ф Модель Сходимость ф

Физич Матем Фор-ла Значен Физич Матем Фор-ла Значен

Т,с 0.208 І мат 0.29 0.29 І мат 1

^в,с 0.224 0.224 1

^,с 0.034 0.032 0.94

Іфиз Іфиз

1-й, с 0.032 0.034 1.06

И, м 0.128 ^ мат ^физ 0.115 0.115 ^ мат ^физ 1

с т§ , > V мат 0.8 0.8 V мат 1

V , с 6.7 6.6 0.98

V* физ * физ

А, кДж 2.55 А мат А физ 2.3 2.28 А мат А физ 0.99

п, Гц 4.8 п мат 3.45 3.45 пмат мат 1

Пфиз Пфиз

бойка до остановки;

- 1р: действие силы Бр, ускоренное движение бойка на «рабочий ход» до удара; Решения для каждой фазы и типа системы автоматического управления (САУ) конкретизируются начальными и конечными условиями.

Начальные и конечные условия нахождения параметров движения ведомого звена в фазах для релейной и импульсной САУ приведены в табл. 1, где Т1 + Т2 = Т - длительность всего цикла.

Для установления соответствия выходных характеристик физической и математической моделей УГД уравнения решены применительно к параметрам гидромолотов УГДС-1- с релейной, и ГМБ-2Р - с импульсной САУ, и использованы результаты обработки осциллограмм их рабочих циклов [2], [3].

Коэффициенты а, Ь, с, Етр, Е определяются по формулам, представленным в таблице 2. Здесь обозначения парамет-

ров системы следующие. Для УГЦ: Б, Б1, Б2, тб - диаметры ступеней и масса бойка; Б1, Б2 - площади камер; ео, 1щ -приведенные величины зазора и герметизирующей длины щелевых уплотнений; 5 - ширина прижимной части воротникового уплотнения; Г - коэффициент трения.

Для гидросистемы УГД: Яз, Яа, Як -гидравлические сопротивления основных элементов гидрокомуникаций: распределителя, аккумулятора, соединительных каналов; Р, Ра, Рс - давления питания, автономного аккумулятора и сливной линии.

В табл. 3 представлены результаты сравнений значений параметров, полу-ченых в результате решениий уравнения, со значениями для физических моделей, снятыми с осциллограмм. Для гидромолота УГДС-1 параметры определены при давлении питания Рд = 11 МПа и давлении аккумулятора Ра = 5.5

МПа, для ГМБ-2Р - при давлении питания Рд = 15 МПа.

Анализ результатов показывает, что расхождения значений основных выходных характеристик: предударной

скорости, энергии и частоты ударов,

1. Митусов А.А. Автоматизированное проектирование гидродвигателей ударного действия: Учебное пособие. Караганда: КарГТУ, 2002-109 с.

2. Митусов А.А. Сравнительные характеристики гидромолотов УГДС-1 и УГДС-03// Совершенствование технологии средств комплексной механизации, автоматизации и техники безопасности при подземной раз-

находятся в пределах 2 %, что позволяет считать целесообразной разработку компьютерной программы для проведения машинных экспериментов в эксплуатационной постановке на основе динамической модели.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

работке угля: Тезисы докл. Респ. конфер.: Караганда, 1978, С. 71-73.

3. Лазуткин А.Г., Митусов А.А., Коккозов О. К. Результаты предварительных испытаний гидромолота ГМБ-2Р на стенде// Гидравлический привод горных машин и комплексов. Тематический сборник КПТИ, Караганда, 1984, С. 49-56. М

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------

Митусов А.А. - кандидат технических наук,

Решетникова О. С. - аспирант,

КарГТУ, Республика Казахстан.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 10 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Ю.И. Климов.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СТЕПАНОВ Константин Викторович Полимерные промышленные жидкости для бурения скважин в глиносодержащих породах в условиях минерализации и электроосмоса 25.00.14- к.т.н.