CC BY
13
УДК 681.М5Л
ДИНАМИКА Н АСОСНО-АККУ МУЛ ЯТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ НА БАЗЕ АВТОМАТА РАЗГРУЗКИ
А. Т. Рыбак
Донской государстеенчый технически:! уииеорситем, г. Ростов-На-Дону, Россия
Аьнотош 1Я - В статье рассматривается насосно-аккумуляторнын источник питания гидропривод.!, оснащённый оригинальной конструкцией автомата разгрузки гидронасоса, обеспечивающего чёткое (реленное)переключенпе режима работы гидронасоса. Предлагается егс математическая модель и результаты её численного решения, показавшие четкую работу автомата разгрузки при срабатывании. Выявлены основные конструктивные параметры автомата разгрузки, оказывающие существенное влияние на качество работы источника питания.
Кгхюпекы?слока: нлсосно-лккулгуляторнмн источник пнтлнпя.янтомат разгрузки. динамика.
I. Введение
В современном тсхнэлогичссксм оборудовании н мобильных машинах широко используется гидравлический привод. Применимые ири лом источники иигания бывакл. .чак правило, двух ¿идив - источники иссю-ганого расхода и нетечники постоянного давления.
Среди источников постоянного давления наиЬолыпее распространение получили нзсосно-аккумулягорные источники питания, работаюпще следующим образом. Рабочая жидкость от источника расхода (насоса) подается к потребителю, на входе которого установлен гидравлический аккумулятор. При работающем потребителе его питание осуществляется ст аккумулятора, потерю жидкости в котором компенсирует насос, н. таким образом. на Еходе к потребителю давление всегда поддерживается постоянным и равным давлению' в аккумуляторе.
Недостатком подобных источников питания является то. что при неработающем потребителе происходит перезарядка аккумулятора и открываете* предохранительный клапан. па котором теряется зся энергия, гыраба тываемал пасосом. Для предотвращения срабатывания предохранительного клала пс применяют так называемые разгрузочные клапаны, которые автоматически открываются, при достпжснкн давление на выходе насоса заданного (максимального - верхнего) значения, обеспечивая холостсй режим его работы Потребитель в это время работает за счет энергии, накопленной в аккумуляторе. При падении давления в аккумуляторе ниже заданного (минимального - иижнегс)значения. клапан разгрузки вновь закрывается, переводя насос в рабочий режим.
Большинство и звестных в настоящее время разгрузочных клапанов Г Л имеют значительные габариты и массу. сложны пс конструкции, но главное, как показывает опыт эксплуатации, они имеют склонность к зависанию - о~т?нояке запорного чле\'ента и промежуточном лолояеяин когда даяленне я гидросистеме и перепал дяяле-иия на закрывающемся или открывающемся запорном клапане одинаковы. В этом случае на запорном элементе переливного клапана происходит дросселирование, что приводит к сущсстьснным потерям энергии и разогреву рабочей жндкэстн.
п. Постановка задачи
В настоящей работе прехлатается к рассмотрению автомат разгрузки гидронасоса (АР), оснащенный днффе-репцналышм клапаном, который практически исключает вероятность возникновение работы б режиме заваса ння. оснащенный предлагаемым АР источник питания, его математическая модель и результаты исследовании.
Работа источника питания, оснащенного предлагаемым А? (рис. 1). заключается в следующем. Рабочая жидкость от гидронягогя ГН через обратили кляпяч ОТС1 тппрзяттютгя к потребителю Роли подача ги-рончго-са больше, чем расход потребляемый потребителем, то излишки излишки расочен жидкости отправляются в гндропневмоаккумулятор ПХА давление б котором повышается. В случае если давление превысит давление настройки затвора ЗР рсгнлятоа АР. то он переместится вправо н рабочая жидкость направится в камеру управления КУ АР. давление в юторой повысится, что призедёг к леремешению плунжера Пл вправо и открытию затвор ЗС сливной линии АР - гидронасос разгружен, а потребитель питается только за счёт запаса рабочей жидкости в ГПА. давление в котором понизится, что приведет к оттоку рабочей жидкости через обратный клапан ОК2 из КУ а соответственно, н к згкрытню ЗС.
Ш. Теория
Динамика работы насосно-аккумуляторного источника питания, оснащенного предлагаемым автоматом раз-Грузки. может быть представлена системой дифференциальных уравнений, эпнсываюших повеление различных элементов системы в процессе её перехода из одного стационарного состояния в другое. Для олнегния гидравлической системы источника питания воспользуемся методикой, основанной на использовании понятия объёмной жёсткости гидравлической системы [2...4]. согласно которой прнрашение давления в любой точке гидравлической системы во время переходного процесса можно определить пс выражению
где (¡р - приращение деления б /-й точке гидравлической системы за время (¡г: С, - приведенный коэффициент объёмной жёсткости рассматриваемого элементарного объёма системы: и - соответственно, суммы расходов рабочей жидкости входящих в рассматриваемый объём и выходящих нз него.
В этом случае динамика работа насосно-аЕкумулягорного источника питания, представленного нг рнс. 1, будет иметь вид:
' <*Р1 = С^Ош - !}ох1 - с1р2 = С2((2ж1 + (¡«г - (}а<х - <?2_3 - <?2_5Ж-
¿Р2= С3(<?2-з" Чпотр)<К аРл = с^ас,
¿Рь = ^5(<?2-5 - (¿1У2 - <*Рб = 1-0 - <?6-7 Ж
с1р7 = С7(а._7 - 0-,-* Ж с1ря = Ся«?7_а - Оа_0 Ж
где (1р\...(1р%- приращения давления в соответствующих точках гидравлической системы источника питания за время </г; Сь..С« - приведенные коэффициенты объемной жесткости в ответствующих точках гидравлической системы источника питания: Оя - подача гндрснасоса; н - расходы рабочей жидкости через обратные
клапаны ОК1 и ОК2: О^- расход рабочей жидкости, направленной на заполнение гндроаккумулятсра; рщ. 02. 3.О.-5. Сб-7, 0-.$. иб^о-расходы рабочей жидкости на соответствующих участках гидравлической системы.
Расходы рабочей жидкости на участках гидравлической системы при интегрировании определяются по расходной формуле
Я = - Рвых\ ■ 51£П(р„-Рж),
где и и/- коэффициент расхода и площадь проходногс сечения соответствующего гидравлического сопротивления: р плотность рабочей жидкости; н /?взг; мгновенные значения давлений на входе п выходе сопро тивтения.
Величины приведенных коэффициентов объёмной жёсткости участков металлических трубспрозодсв определяются по формуле [4]
г - 4
стр - га21
5ЕТТ
где с/ и! — соотЕетственио внутренний диаметр рассматриваемого участка трубопровода и его длина: б - толщина стенки трубопровода: Е^п Еа модуль упругости рабочей жгдкоггн и материала стеоси соответственно.
Приведенный коэффициент объёмной жёсткости поршневого гидропневмоаккумулятора можно рассчитать по формулам:
г _ ^гж^ст
1ак~с + С :
•-»л ^ чг
л _ Ж л __СТ
"" I ~ ~ '■ ^ст 2 I у
^рак' 'факсах'
где С^н С(Г- приведенные коэффициенты объёмной жёсткости газожидкоггнсй камеры и стенки порщнеЕого гндропнсвмоакхумулятора соответственно: Гон Угз.- полный объём рабочей камеры ги^ропневмоаккумулятора и объём, занимаемый жидкостью и газом (за вычетом объёма, занимаемого поршнем):/а* и ро- рабочее давление н дтление зарядки тлт/фопяеимоаккумуляторя гоотнетгтаенно; Л = нзр/^ - нелшпша гоотчопт^ни? между
наружным и внутренним диаметрами стенка корпуса гадропневмоаккумулятора: показатель адиабаты газа.
Приведенные коэффициенты объёмной жёсткости рукаьов еысокого даьлення и трубопроводов, выполнен-ных из упругих материалов. определяются экспериментально [5].
IV. Результаты чис ленного эксперимента На рис. 2 представлены результаты численного решения математической модели источника питания с автоматом разгрузки, которые показалЕ. что А? оссспсчнваст релейный режим срабатывания, прк переключении режима работы насоса. При первом пуске (время меньше 1 секунды). Происходит повышение давления в камере управления КУ до рабочего, а затем автомат рабстает в штатном режиме.
Рис.2. Изменение зо времени давления в различных точках расчетной гидросистемы: 1 - на выходе гидронасоса: 2 - в гидрсгаевмоаккумуляторе: 3 - в камере управления
V. Обсуждение результатов
Анализ полученных результатов показал: что наиболее существенное влияние на параметры работы источника питания, оснащённого автоматом разгрузки. оказывают сита предварительного сжатия рабочей пружины Пр, величина наружного диаметра затвора регулятора ЗР и величина диаметра плунжера Пл. При этом, изменение силы предварительного сжатия пружины Пр и величины диаметра плунжера Пл приводит к изменению как величины верхнего давления срабатывания автомата разгрузки, так и разности верхнего и нижнего давления срабатывания. Изменение же наружного диаметра затвора регулятора ЗР приводит к изменению только величины верхнего давления срабатывания, оставляя нижнее его значение без изменения.
VL Выводы и заключение
Предлагаемая конструкция автомата разгрузки гидронасоса обеспечивает работу насосно-аккумулялорного источника питания гидропривода в заданном режиме с высокой степенью точности включения и выключения при заданных значениях верхнего н нижнего давлений. С целью задания интервала срабатывания АР и величины верхнего (нижнего) давления срабатывания наиболее удобно пользоваться настройкой усития предварительного сжатия пружины Пр. которое можно настраивать при сборке, либо регулировать в процессе функционирования автомата разгрузки.
список литературы
1. Рыбак А. Т. Моделирование н расчет гидромеханических систем на стадии проектирования: монография. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2006. 167 с.
2. Рыбак А. Т. Объемная жесткость и ее влияние на динамику гидромеханической системы Н Вестник Донского государственного технического университета. 2006. Т. б. № 3 (30). С. 200-207.
3. Рыбак А. Т., Богуславский И. В.Совершенствование методики расчета системы приводов технологического оборудовании //Вестникмашиностроения. 20Ю.№ 10. С. 39-46.
4. Рыбак А. Т. Повышение качества проектирования систем гидравлических приводов технологических машин за счёт их расчёта с учётом объёмной жёсткости // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. N° 9-3 (20-2). С.. 385-389.
5. Рыбак А. Т. Гндропневмоаккумулятор как элемент гидромеханической системы и его динамическая модель I/ Вестник Донского государственного технического университета. 2007. Т. 7. № 2. С. 218-223.
