CC BY
55
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621.879
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПОДЪЕМНИКА С УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ В ПРИВОДЕ НАСОСА
В.П. Хавронин, кандидат технических наук, доцент Волгоградский государственный аграрный университет
В работе представлены методика и результаты исследования динамической модели гидравлического подъемника с упругодемпфирующими элементами на участке передачи энергии «двигатель - гидравлический насос». Результаты теоретического исследования позволили сделать вывод о целесообразности применения эластичного привода гидронасоса в гидрофициро-ванных машинах.
Ключевые слова: эластичный привод, динамика гидропривода, упругодемпфи-рующий элемент.
Современные тенденции совершенствования сельскохозяйственных гидрофици-рованных машин [6] направлены на повышение их производительности, мощности и одновременно на уменьшение энергопотребления [1, 3, 7] и улучшение динамических характеристик [8, 10]. Внедрение упругодемпфирующих элементов в гидроприводы сельскохозяйственных машин, в том числе и погрузочных, не нашло широкого применения по причине отсутствия простых и надёжных конструкций эластичных приводов, и что немаловажно - из-за снижения жёсткости исполнительного привода. Последний фактор наиболее критичен для погрузочных манипуляторов, экскаваторов и гидравлических подъёмников. Для снижения динамических нагрузок на энергетическую установку и снижения влияния колебаний давления в гидросистеме на неё, предлагается упругодемпфирующая связь, представляющая собой эластичную муфту [2, 9], установленную на участке передачи энергии «двигатель - гидравлический насос» [4, 5], что в целом не снизит жёсткости исполнительного гидропривода.
Динамическая модель дроссельного гидропривода сельскохозяйственной машины с одним исполнительным гидроцилиндром и эластичным приводом гидронасоса реализована в среде моделирования в режиме реального времени Simulation X 3.1 (рис. 1.)
Рисунок 1 - Структурная схема модели сельскохозяйственного погрузчика с эластичным приводом гидронасоса
Моделирование системы «Привод - эластичная муфта - насос -распределитель - гидродвигатель - обратная связь» выполнено с учетом основных не-линейностей при наличии источника гидравлической энергии ограниченной мощности. В гидроприводе используется гидродвигатель поступательного движения - гидроцилиндр. Принято, что объемы гидролиний зависят от хода поршня, учтена несимметрия эффективных площадей поршня и механических ограничений его хода. Предохранительный клапан мгновенно и точно ограничивает максимальные давления. Компрессия рабочей жидкости не учитывается. В таблице 1 приведены описания блоков модели на основе стандартных библиотек Simulation X 3.1.
Таблица 1 - Описание блоков модели гидропривода погрузчика с ЭПГ
Название блока Функциональное назначение Параметры
Machine1 Асинхронный Мощность - 5 кВт, номинальная частота вращения - 1450 мин-1, момент инерции ротора 0,6 кг*м2
электродвигатель
Preset1 Останов жесткое крепление электродвигателя к станине
Function! Функция запуска Б(х)=1
электродвигателя
1пег1;1а1 Полумуфта 0,012.. .0,8 кг*м2
1пег1;1а2 Полумуфта 0,012.. .0,8 кг*м2
8рпп§БашрГег1 Упругодемпфирующая связь Крутильная жесткость изменялась от 25 Нм/рад до 200 Нм/рад
епё81»р1 Ограничитель угла закручивания 0,4 рад
ришрМо1;ог1 Насос-гидромотор Включена функция насоса с постоянным объемом, заданы параметры, аналогичные насосу НШ-32
Тапк1 Бак -
рге88иеЯеНеГУа1ие Предохранительный клапан Давление срабатывания 17 МПа
РгорБ1гУа1ие Трехпозиционный Проходные сечения
гидрораспределитель соответствуют распределителю Р75
Сигуе Функциональная Начало перемешения штока
зависимость требуемого после 2 с с момента включения
перемещения штока двигателя, перемещения штока
гидроцилиндра до упора и остановки
РГО1 Р1Б - контроллер Выдает сигнал включения распределителя
Бит Сумматор -
ШГСШпёег1 Гидроцилиндр Ход штока - 320 мм, диаметр цилиндра - 63 мм
Бепвог1 Сенсор -
Ьеуе11 Рычажный механизм Соотношения плеч 1:1,8
МаББ1 Масса груза 50.500 кг
Боигсе1 Силовая нагрузка Учитывает изменение усилия на штоке гидроцилиндра при изменении угла наклона рычага от горизонтали
Все параметры задавались в свойствах элементов модели. Изменяемые параметры: крутильная жесткость муфты, вес груза, моменты инерции маховых масс (полумуфт). Результаты моделирования сохранялись в виде графических зависимостей, которые впоследствии анализировались.
Моделирование включало в себя: пуск и разгон электродвигателя без нагрузки; нагружение гидронасоса и его последующая разгрузка по заданному закону. Процесс нагружения (рабочий цикл) происходил скачкообразно в течение 3 с. Весь процесс моделирования занимал 10 с.
Разгон двигателя на номинальный режим происходит в течение 1,4 с, это хорошо видно на диаграмме рис. 2, а. При ненагруженном состоянии насоса, когда гидропривод работает в холостую, угол закручивания полумуфт составляет всего лишь 0,05 рад (2,9 градуса) при крутильной жесткости муфты 50 Нм/рад.
а) Диаграмма изменения мгновенной потребляемой мощности двигателя
б) изменение момента на валу насоса Рисунок 2 - Результаты моделирования эластичного привода шестеренного насоса
Неравномерность подачи шестеренного насоса вызывает колебания крутящего момента на валу насоса (рис. 1, б) и соответственно передается на вал приводного двигателя, что в свою очередь вызывает вибрационные процессы с амплитудой около 0,0018 рад. Более того, на увеличенном участке фрагмента диаграммы изменения угловой скорости вала двигателя (рис. 3) видно, что использование высокоэластичной муфты позволяет гасить эти колебания и соответственно повысить плавность работы энергетической установки.
Рисунок 3 - Фрагмент диаграмм изменения угловой скорости вала приводного двигателя, в зависимости от вида привода насоса
На кривой 1 - привод гидронасоса посредством жесткого соединения, хорошо выражены гармоники от колебаний давления в нагнетательной полости насоса и от неравномерности зацепления шестерен насоса. Гармоники с амплитудой около 1,5 рад/с возникают при резком возрастании крутящего момента на валу двигателя от момента сопротивления на валу шестеренного гидронасоса.
На кривой 2 - привод гидронасоса через высокоэластичную муфту, высокочастотная гармоника от неравномерности подачи насоса гасится практически полностью, а низкочастотная составляющая уменьшается по амплитуде в 4...5 раз. Все это показывает на эффективность применения эластичного привода гидронасоса и целесообразность его дальнейшего исследования.
Анализ результатов теоретических исследований показал, что снижение амплитуды колебаний полумуфт можно достичь увеличением момента инерции ведомой полумуфты (inertia 2, рис. 1), при этом амплитуда колебаний угловой скорости вала насоса также уменьшается. Коэффициент неравномерности движения при неустановившихся режимах работы и кратковременных перегрузках на энергетическую установку можно уменьшить увеличением крутильной жёсткости муфты (рис. 4), однако при itom возрастёт мгновенная потребляемая мощность двигателя.
И 1 а
SP,9 -
gO,8 -■о
0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 -0 -4'
Рисунок 4 - Зависимость амплитуды колебаний угловой скорости вала двигателя
от жесткости муфты
Полученные в результате теоретических исследований данные показывают эффективность эластичного привода гидронасоса и целесообразность его использования в гидрофицированных машинах.
Библиографический список
1. Аврамов, В.И. Снижение динамической нагрузки на переходных режимах работы МТА [Текст]/ В.И. Аврамов, С.Д. Фомин // Механизация и электрификация с.-х. - 2004. - № 8. - С. 24-25.
2. Гидравлическая система [Текст] : патент на изобретение RUS 2362916 04.04.2008/ И.А. Несмиянов, В.П. Хавронин, С.Д. Фомин, В.Н. Хавронина.
3. Карсаков, А.А. О возможности снижения потерь энергии в трансмиссиях мобильных машин [Текст]/ А.А. Карсаков, С.Д. Фомин // Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранения экосистем: материалы Международной научно-практической конференции.
- Волгоград: ВолГАУ, 2012. - Т. 3. - С. 158-163.
4. Несмиянов, И.А. Исследование эластичного привода насоса гидрофицированных машин [Текст]/ И.А. Несмиянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004.
- №8. - С. 9-11.
5. Несмиянов, И.А. Эластичный привод гидронасоса как способ снижения энергопотребления гидромашин [Текст]/И.А. Несмиянов, В.П. Хавронин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. -№6. - С. 45-46.
6. Несмиянов, И.А. Привод плавного включения [Текст] : патент на изобретение RUS 2351819 30.10.20070/ Несмиянов И.А., Хавронин В.П., Хавронина В.Н.
7. Несмиянов, И.А. Высокоэластичная муфта [Текст] : патент на изобретение RUS 2357129 17.12.2007/ Несмиянов И.А., Хавронин В.П.
8. Токарев, В.И. Направления совершенствования погрузчиков сельскохозяйственного назначения [Текст]/Токарев В.И., Курбанов Д.Б., Несмиянов И.А.//Современные научные исследования и инновации. - 2012. - № 3. - С. 4.
9. Упругая муфта с пассивным демпфером [Текст] : патент на изобретение RUS 2379558 02.12.2008/Несмиянов И.А., Хавронин В.П., Карсаков А.А., Хавронина В.Н.
10. Фомин, С.Д. О некоторых аспектах динамики разгона и установившегося движения МТА с упругодемпфирующими звеньями [Текст]/ С.Д. Фомин, А.Г. Жутов, В.И. Аврамов //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 4 (20). - С. 181-185.
11. Фомин, С.Д. Влияние характеристик трансмиссии на степень галлопирования и рыскания трактора [Текст]/ Фомин С.Д.// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 2 (22). - С. 218-224.
12. Фомин, С.Д. Оценка влияния жесткости трансмиссии на устойчивость неуправляемого движения МТА с различным типом кинематической связи ведущих колес [Текст]/Фомин, С.Д.// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 1 (25). - С. 155-160.
E-mail: [email protected]
