CC BY
8
УДК 621.81:539.3/.5
ГИДРОУПРУГИЙ ПРИВОД С ГИДРОЗАХВАТОМ М. Л. Роганов, Л. Л. Роганов, А. Е. Грановский
HYDROELASTIC DRIVE WITH HYDRAULIC CLAW M. L. Roganov, L. L. Roganov, A. E. Granovsky
Аннотация. Разработана новая конструкция ударного стенда, которая обеспечивает регулирование амплитуды, формы и времени действия ударного импульса и позволяет получить импульсы с почти вертикальным передним фронтом. Испытания, проведенные на модели подобного ударного стенда, в целом подтвердили интенсивность роста переднего фронта ускорений.
Ключевые слова: гидроупругий привод, рабочее давление, ускорение, передний фронт, ударное ускорение.
Abstract. The new construction of the shock table that provides regulation of the magnitude, form and time of action of a impact momentum and allows to receive the impulses with almost vertical rising edge has been developed. Tests have been conducted at the model of the similar shock table and on the whole confirm intensity of rising edge growth of the accelerations.
Key words: hydroelastic drive, working pressure, acceleration, rising edge, shock acceleration.
При работе и транспортировке многие приборы и устройства могут подвергаться ударным воздействиям, что в свою очередь приводит как к нарушению механической прочности, так и к нарушению функциональной и эксплуатационной характеристик. Вследствии этого над объектом проводят ударные испытания для определения максимально возможного воздействия ударной нагрузки без нарушения свойств объекта. Но при этом довольно проблематично получить импульсы с вертикальным передним фронтом при ударных испытаниях.
Использование гидроупругого привода [1, 2] в ударных стендах [3] позволяет решить данную проблему, так как ударные стенды на основе гидроупругого привода позволяют регулировать форму, амплитуду и длительность ударного импульса [4-6].
Целью работы является создание ударного стенда, позволяющего получить импульсы с вертикальным передним фронтом и повысить КПД гидроупругих приводов.
Исходя из этого была разработана конструкция гидроупругого привода с гидрозахватом. Конструктивная схема гидроупругого привода с гидрозахватом представлена на рис. 1.
Конструктивно гидропривод выполнен из двух самостоятельных сборочных единиц: гидрозахвата 1 и гидравлического привода 2. Гидрозахват -сварной цилиндрический корпус 10 с вваренным в него вкладышем 11. Внешняя поверхность вкладыша 11 образует с внутренней поверхностью корпуса 10 гидравлическую полость. В полость, образованную внешней по-
верхностью штока 3 и внутренней поверхностью вкладыша 11, помещены четыре тормозных колодки 4.
Рис. 1. Гидроупругий привод с гидрозахватом: 1 - гидрозахват; 2 - гидравлический привод; 3 - шток; 4 - тормозные колодки; 5 - плунжер; 6 - цилиндр; 7 - шпилька;
8 - верхняя крышка; 9 - нижняя крышка; 10 - цилиндрический корпус;
11 - вкладыш; 12,13 - резиновые кольца
Гидравлический привод 2 выполнен в виде толстостенного гидравлического цилиндра, состоящего из цилиндра 6, закрытого верхней 8 и нижней 9 крышками, стянутыми четырьмя шпильками 7. В цилиндре размещен шток 3 с плавающим на нем плунжером 5.
Плунжер 5 служит для установки штока 3 на расчетное значение высоты путем подачи давления в полость Б. Плунжер со стороны стенки 6 и штока 3 уплотнен резиновыми кольцами 12. Верхняя и нижняя крышки 8 и 9 по цилиндру 6 уплотнены кольцами 13.
Полость гидропривода В, образованная внутренними поверхностями цилиндра 6, крышек 8 и 9 и поверхностью штока 3, является своеобразным аккумулятором энергии сжатой жидкости.
В исходном положении шток 3 размещен на расчетной высоте Н. В полость Г от насосной гидравлической установки подается расчетное давление. Давление через тонкостенную оболочку вкладыша 11 передает усилие через колодки 4 на шток 3 и зажимает его.
При достижении заданного давления электрический датчик включает насос на подачу жидкости в магистраль А. Давление в полости В повышается, энергия сжатой жидкости возрастает, и при достижении заданного давления электрический датчик включает насос на подачу жидкости в магистраль А. Давление в полости В повышается, энергия сжатой жидкости повышается, и при достижении заданного давления электрический датчик давления подает сигнал на сброс давления из полости Г гидрозахвата. Тормозные колодки 4 освобождают шток 3, и он движется под действием давления зарядки вверх. После активного хода шток 3 за счет разряжения жидкости в камере В тормозится.
Для приведения гидропривода в исходное положение необходимо подать давление в полость Б. Под давлением плунжер 5 перемещается вниз, захватывая с собой шток 3. При достижении расчетной высоты Н давление в полости Б сбрасывается и подается давление в полость Г гидрозахвата. Далее цикл повторяется.
Рассмотрим параметры гидропривода с гидрозахватом, которые являются первостепенными при проектировании гидропривода. К ним относится величина давления в гидрозахвате, необходимая для удержания штока гидропривода, время срабатывания гидрозахвата, отношение величин времени срабатывания гидрозахвата.
Величина давления в гидрозахвате, необходимая для удержания штока гидропривода, является одной из самых важных величин, необходимых для проектирования гидропривода с гидрозахватом.
На рис. 2 изображена схема сил, действующих на шток гидропривода при торможении.
Рис. 2. Расчетная схема
Для удержания штока необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:
F < FTp, (1)
где F - сила, действующая на шток; FTP - сила трения, удерживающая шток от перемещения.
Выражая силы через параметры гидропривода и коэффициент трения /, получим
ръБ < рБт/; с
р > Рз т-7; (2)
. В Р ^ Рз
где р - давление в гидрозахвате; р3 - давление зарядки аккумулятора гидропривода; / - коэффициент трения тормозной колодки; В - диаметр шток-поршня гидропривода; к - высота тормозной колодки.
Под временем срабатывания гидрозахвата мы будем понимать время падения давления в полости гидрозахвата после подачи сигнала на сброс давления. Поскольку сжатие (расширение) жидкости подчинено линейному закону, то естественно предположить, что время срабатывания гидрозахвата будет подчинено закону:
к щУо 2\ Е-2
' = тЛ ^ (3)
где т1 - масса жидкости, сжимаемая в гидрозахвате; У0 - объем сжимаемой в гидрозахвате жидкости; Е - модуль объемной упругости жидкости; - - площадь поперечного сечения гидропривода, через которую сбрасывается давление из гидрозахвата.
Выразив площадь через диаметр, окончательно получим
(4)
Отношение величин времени срабатывания гидрозахвата характеризует интенсивность нарастания переднего фронта ускорения в долях времени протекания процессов расширения жидкости в гидроупругом приводе:
т_ ^гз = тГП ' ^ОГЗ (5)
tГп ^гз\ тгз ' ^ОГП
где ёШ - диаметр штока гидропривода; ёГЗ - диаметр трубопровода гидрозахвата, через который производится сброс давления.
Определим эту величину для гидропривода по приблизительным параметрам: диаметр штока гидропривода ёШ = 40 мм; диаметр трубопровода гидрозахвата а?гз = 6 мм; масса жидкости в гидрозахвате тГЗ = 40 кг; масса подвижных частей гидропривода тГП = 0,05 кг; объем сжимаемой жидкости в гидрозахвате У0ГЗ =50 • 10-6 м3; объем жидкости в гидроприводе У0ГП = 2 • 10-3 м3:
1 = А0^ |0,0>5<Ы0-6 = 0 5.
0,0062 \ 40-2-10"3
Таким образом, время нарастания переднего фронта у гидропривода с указанными параметрами составит 0,25 от времени расширения жидкости или времени действия ударного ускорения. Испытания, проведенные на модели подобного ударного стенда (рис. 3), в целом подтвердили интенсивность роста переднего фронта ускорений.
Ф20
050
08ОН7/г6 0128
Рис. 3. Устройство ударного нагружения: 1 - гидроцилиндр;
2 - верхняя поперечина; 3 - седло специальное; 4, 6, 7 - уплотнения;
5 - нижняя поперечина; 8 - кольцевое уплотнение; 9 - шток-клапан
Выводы
Разработанная конструкция ударного стенда обеспечивает расширение технологических и эксплуатационных возможностей за счет регулирования амплитуды, формы и времени действия ударного импульса и позволяет получить импульсы с почти вертикальным передним фронтом, повысить КПД гидроупругих приводов. В результате теоретических исследований нагрузочной способности гидрозахвата при постоянном давлении в его полости было установлено, что усилие, необходимое для перемещения зажатого плунжера, изменяется от цикла к циклу, что связано с возможностью изменения величин сил трения в удерживающих устройствах. Их стабилизация является задачей дальнейших исследований.
Список литературы
1. Роганов, Л. Л. Совершенствование технологий и машин для разных отраслей машиностроения на основе развития гидроупругих и клиношарнирных механизмов / Л. Л. Роганов // Обработка материалов давлением. - Краматорск : ДГМА, 2011. -№ 2(27). - С. 163-168.
2. А. с. 912386 СССР. Импульсный привод машины ударного действия / Л. Н. Соколов, К. К. Диамантопуло, Л. Л. Роганов ; опубл. 15.03.82, Бюл. № 10. - С. 59.
3. Обзорное исследование в области конструкций ударных стендов / Л. Л. Роганов, М. Л. Роганов, В. Я. Пыц, А. Е. Грановский // Научный Вестник ДГМА. - 2011. -№ 2(8Е). - С. 15-22.
4. А.с. 1747980 СССР. Стенд для ударных испытаний / Л. Л. Роганов, П. В. Шишла-ков, А. К. Савинков. - Опубл. 15.07.92, Б. № 26.
5. А.с. 1826003 СССР. Стенд для ударных испытаний / Л. Л. Роганов, П. В. Шишла-ков, А. К. Савинков. - Опубл. 26.11.90, Б. № 25 // Открытия. Изобретения. -1990. - № 25. - С. 63.
6. А.с. 1716357 СССР. Стенд для ударных испытаний / Л. Л. Роганов. - Опубл. 02.01.90, Б. № 8 // Открытия. Изобретения. - 1990. - № 8. - С. 171.
Роганов Лев Леонидович
доктор технических наук, профессор, Донбасская государственная машиностроительная академия E-mail: [email protected]
Роганов Максим Львович
кандидат технических наук, доцент, директор Института повышения квалификации и переподготовки кадров E-mail:[email protected]
Грановский Антон Евгеньевич магистрант,
Донбасская государственная машиностроительная академия E-mail:[email protected]
Roganov Lev Leonidovich
doctor of technical sciences, professor,
Donbass State Engineering Academy
Roganov Maxim Lvovich candidate of technical sciences, associate professor, Director of Institute of Employment Verification and Professional Development
Granovsky Anton Evgenievich MA student,
Donbass State Engineering Academy
УДК 621.81:539.3/.5 Роганов, М. Л.
Гидроупругий привод с гидрозахватом / М. Л. Роганов, Л. Л. Роганов, А. Е. Грановский // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. -2013. - № 3 (7). - С. 178-183.
