CC BY
47
УДК 621.22, 621.226.3
А.В. Щекочихин, инженер, (4862) 73-43-51, [email protected] (Россия, Орел, «Госуниверситет-УНПК»)
ДАВЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАРЯДКИ НАПОРНОГО АККУМУЛЯТОРА И РАБОТА ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЫ
Рассмотрено влияние давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора на режим работы гидропневматической силовой импульсной системы и энергию удара гидравлического устройства ударного действия.
Ключевые слова: пневмогидравлический аккумулятор, гидропневматическая силовая импульсная система, гидравлическое устройство ударного действия.
Широкое распространение импульсной техники в строительной [1], металлургической и горно-добывающей [2] отраслях промышленности связано прежде всего с рентабельностью и высокими техническими показателями. Значительное развитие гидроаппаратуры, насосов, уплотнений и других элементов гидросистем требует соответствующего совершенствования преобразователей энергии сжатой жидкости - гидравлических устройств ударного действия, которые вместе с гидроприводом базовых строительных и дорожных машин образуют гидропневматическую силовую импульсную систему. В связи с этим, исследования по повышению эффективности работы гидропневматических силовых импульсных систем, направленные на обоснование параметров гидропривода и совершенствование конструкции гидравлических устройств ударного действия являются актуальными для развития производственной базы строительных и дорожных машин.
Анализируя развитие гидропривода, можно выделить тенденцию роста номинального давления. Оптимальным уровнем считается 35-40 МПа для большинства отраслей промышленности [3], но в гидропневматических силовых импульсных системах уровень давления обычно не превышает 15-20 МПа. Небольшой средний уровень давления не позволяет реализовать возможный КПД гидропривода и повысить эффективность работы системы. Наиболее важными причинами сдерживающими рост среднего уровня давления в гидропневматических силовых импульсных системах считаем возрастание влияния сжимаемости масла на точность и устойчивость системы и увеличение пиков давления в динамических режимах [3]. Динамические режимы разделим на установившиеся и неуста-новившиеся. Критериями установившихся режимов работы принято: соответствие амплитудно-частотных характеристик диаграмм скорости бойка
301
для достаточно большого числа циклов и минимальные амплитуды колебания давления в системе. Неустановившиеся режимы не позволяют увеличить выходную мощность системы за счет увеличения подводимой мощности и ведут к прекращению работы гидравлического устройства ударного действия.
В результате экспериментальных исследований на полноразмерном стенде [4] установлено, что появлению в работе системы неустановивших-ся режимов приводят различные факторы, основные из которых:
- усилие подачи;
- соотношение давления предварительной зарядки напорного пнев-могидравлического аккумулятора и давления в напорной магистрали;
- сопротивление в сливном трубопроводе от гидравлического устройства ударного действия.
Рассмотрим гидропневматическую силовую импульсную систему с гидравлическим устройством ударного действия, выполненным по схеме с управляемой камерой рабочего хода (рис. 1).
Б
Лс / \Лн
ш
Рис. 1. Анализ принципиальной гидравлической схемы гидропневматической силовой импульсной системы и выделение объектов: А - аккумулятор напорный пневмогидравлический; Б - буфер; Г - гидравлическое устройство ударного действия; Гц - гидроцилиндр; Дн, Дс, Ду - давления в напорной, сливной и управления расточках соответственно;
Др - дроссель; З - золотник; Кн - коллектор напорный; Кс - коллектор сливной; Кнд - клапан непрямого действия; П - плунжер; Т - тройник; Тн1-8 - напорные трубопроводы; Тс1-7 - сливные трубопроводы
Используя разработанную математическую модель и программу для ее реализации [5], были проведены вычислительные эксперименты по установлению влияния давления предварительной зарядки напорного пнев-могидравлического аккумулятора при различных уровнях производительности насоса и при неизменных остальных параметрах системы.
На рис. 2 представлено несколько диаграмм изменения давления в напорном коллекторе при давлениях предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора 6, 7, 8, 9 МПа, производительности насоса 94.5 л/мин, где ЛP = Pmax - Pmin- амплитуда колебаний давления.
Здесь видно, что если работа аккумулятора не достаточна, то возникают большие колебания давления. Например, на рис. 2, г жесткость аккумулятора большая, поэтому происходят забросы давления и аккумулятор плохо компенсирует падение давления.
Рис. 2. Изменение амплитуды давления в напорном коллекторе (показанное в едином масштабе) при производительности насоса 94.5 л/мин в зависимости от давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора: а - pa1 = 6 МПа, б - pa1 = 7 МПа, в - pa1 = 8 МПа, г - pa1 = 9 МПа
После расчета и получения всех диаграмм, каждой их которых соответствует точка на рис. 3, а, были построены зависимости амплитуд колебания давления в напорном коллекторе от давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора.
дР,МПа Е,Дж
а б
Рис. 3. Зависимости амплитуд колебания давления в напорном коллекторе (а) и энергии удара (б) от давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора
Рациональный выбор давления предварительной зарядки пневмо-гидравлического аккумулятора позволяет снизить амплитуды колебания давления в течение цикла (рис. 3, а) в 3.8 - 4.3 раза. Это приводит к рациональной загрузке привода и возможности работы системы в установившемся режиме.
Анализ зависимостей (рис. 3, б) показывает, что выбор давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора влияет на изменение энергии удара от 21 до 30.5 %, причем наибольшее влияние соответствует наименьшей производительности.
Диапазон рационального давления предварительной зарядки напорного пневмогидравлического аккумулятора определяем по максимальной энергии удара (рис. 3. б), которая соответствует наименьшим амплитудам колебания давления (рис. 3. а): от 7 до 8 МПа для 70 л/мин; от 7 до 8.5 МПа для 94.5 л/мин; от 7.5 до 8.5 МПа при 120 л/мин.
По критерию наименьших амплитуд колебания давления определена область установившихся режимов работы системы - рис. 4, где показана зависимость коэффициента равномерности kv=Pmin/Pmax [6] от соотношения p^/P^, (pa1 - давление предварительной зарядки напорного
304
пневмогидравлического аккумулятора, Pср - среднее давление в напорном коллекторе за цикл).
Рис. 4. Зависимости коэффициента равномерности давления
от соотношения ра1/Рср
Определен диапазон рациональных значений соотношения pa1/Pср = =0.74-0.85 для пневмогидравлических силовых импульсных систем с предохранительным клапаном непрямого действия.
Список литературы
1. Щекочихин А. В., Ушаков Л.С. Гидромолоты: идентификация как способ получения информации // Строительные и дорожные машины №2/2011. С. 10-12.
2. Ушаков Л. С., Котылев Ю. Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударного действия. М.: Машиностроение, 2000. 416 с.
3. Основные направления развития станочных гидроприводов [Электронный ресурс] URL: http://www.gidrateh.ru/osnovnyie-napravleniya-razvitiya-stanochnyih-gidroprivodov.html (дата обращения 16.02.2012).
4. Щекочихин А.В., Ределин Р.А., Фабричный Д.Н. Комплекс для исследования гидроударников // ИНЖИНИРИНГ-2009: сб. трудов региональной научно-практической конференции. Орел, 2009. С. 214 - 217.
5. «Ударник»: свидет. о регистр. прог. для ЭВМ 2011610771 Рос. Федерация / А.В. Щекочихин, В.А. Кравченко, Л.С. Ушаков; заявитель и правообладатель Орловский гос. техн. ун-т. №2010615930; заяв. 28.09.10; зарег. 13.01.11.
6. Ураимов М., Султаналиев Б.С. Гидравлические молоты. Основы создания, обобщение опыта производства и эксплуатации гидравлических молотов «Импульс». Б.: Илим, 2003. 240 с.
A.V. Shchekochikhin
PRECHARGE PRESSURE OF ACCUMULATOR AT THE HIGH PRESSURE CIRCUIT AND WORK OF HYDROPNEUMATIC FORSE PULSE SYSTEM
The effect of precharge pressure of pneumohydraulic accumulator at the high pressure circuit on working conditions of hydropneumatic forse pulse system and the impact energy of hydraulic striking device is considered.
Key words: pneumohydraulic accumulator, hydropneumatic forse pulse system,
hydraulic striking device.
Получено 19.01.12
УДК 539.374, 621.646
А. И. Ефимова, асп., (4872) 33-23-80,
[email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Е. В. Панченко, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
И. В. Лопа, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫДВИЖНЫХ ШПИНДЕЛЕЙ ЗАТВОРОВ ТРУБОПРОВОДОВ С УЧЕТОМ СТУПЕНЧАТО ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ЖЕСТКОСТЬЮ
Рассматривается продольная устойчивость выдвижного шпинделя как стержня со ступенчатым изменением жесткости, нагруженного сжимающим осевым усилием. Предложен способ оценки его продольной устойчивости, позволяющий рассматривать неоднородные составляющие конструкции в отдельности и определять суммарную величину максимальной нагрузки для конструкции в целом. Проведено удовлетворительное согласование с результатами предыдущих исследователей.
Ключевые слова: продольная устойчивость, штамповка.
В затворах трубопроводов обычно применяются вращаемые и выдвижные шпиндели. При вращаемом шпинделе подъем и опускание клина, диска или тарелки осуществляется с помощью гайки, заложенной в клин. Шпиндель имеет только вращательное движение. При выдвижном шпинделе управление затвором осуществляется путем вращения гайки, связанной с маховиком или шестерней электропривода. Шпиндель имеет только поступательное движение. В силу ряда преимуществ, выдвижные шпинде-
306
