CC BY
89
Котенкова Ирина Николаевна - старший преподаватель кафедры «Организации перевозок и дорожного движения» Кубанский государственный технологический университет. Направления научных исследований: организация безопасность движения; общее количество публикаций 15 ста-тья,е-таИ: mys-ka@mail.ru
Лазарев Альберт Александрович - студент кафедры «Организации перевозок и дорожного движения» Кубанский государственный технологический университет. Направления научных исследований: организация безопасность движения; общее количество публикаций 2 статья,е-mail:alik_23rus@mail. ги
УДК 629.113
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОПРИВОДА МАШИН
В. Н. Кузнецова, В. В. Савинкин
Аннотация. В статье рассмотрены способы модернизации гидропривода строительных и дорожных машин для рекуперирования энергии. Рационализация использования кинетической энергии позволит существенно повысить энергоэффективность эксплуатации техники.
Ключевые слова: машина, гидропривод, энергия, рекуперирование.
Введение
Снижение эффективности работы дорожных и строительных машин обусловлено тяжелыми условиями их эксплуатации, значительной удаленностью от баз сервиса и режимами циклически изменяющейся нагрузки. Практика показывает, что при выполнении машиной энергоемких операций только около 80 % затрачиваемой энергии приходится на эффективную работу, а все остальное составляют потери. Поэтому потери целесообразно использовать в технологическом процессе, тем самым создав замкнутый круг преобразования энергии. Следовательно, важной инженерной задачей стоит использование потерь энергии за счет сил противодействия сопротивлению. В этой связи особую актуальность приобретают разработка и научное обоснование новых технических решений, направленных на использование рекуператоров энергии и исследование их влияния на энергетические машин. Решение данной задачи позволит повысить эффективность их использования.
Основная часть
Необходимость эксплуатации машин в комплекте приводит к тому, что потеря работоспособности одной из машин приведет к нарушению всего технологического процесса. Кроме того, в взаимодействие узлов и агрегатов машин формирует сложную конструктивно-технологическую систему, эффективность которой характеризуется несколькими показателями, среди которых КПД и энергоемкость.
Технологические возможности такой землеройной машины как экскаватор зависят от вида рабочего оборудования, емкости ковша и системы его привода. В свою очередь показателями эффективности работы экскаватора будут производительность, экономичность, минимальное время рабочего цикла (так как при исправном гидроприводе на поворот стрелы расходуется до 70 % рабочего времени цикла экскаватора) и состояние гидропривода.
Большинство землеройных машин устроено и действует по принципу резания грунта и в процессе работы их гидроприводу необходимо преодолевать комплексное сопротивление копанию. При этом на силу резания грунта приходится наибольшая часть силы копания. Так, у бульдозеров сила резания составляет порядка 60-85 % силы копания, а у экскаваторов она достигает 74 %. Таким образом, сопротивление резанию грунта преобладает в составе суммарного рабочего сопротивления землеройных машин. Поэтому для производства земляных работ целесообразно использовать или преобразовывать кинетическую энергию рабочий жидкости, расходуемую на преодоление сил сопротивлений.
Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергии тел в равной количественной мере при взаимодействии тел [1].
Как показывает мировая практика, целесообразнее всего кинетическую энергию машин аккумулировать с помощью высокоде-формируемых упругих тел или маховиков.
Для модернизации гидропривода и поиска способов совершенствования, необходимо
Р
н.
исследовать наиболее нагруженные элементы и распределение величины давления в каждом элементе системы гидропривода машины (рис. 1.).
Рис. 1. Схема распределения давлений в гидросистеме
Согласно схеме гидропривода составим уравнения для давлений в полостях нагнетания гидроцилиндров Р1 и в полостях слива Р2. Для этого составим схему распределения давлений в гидросистеме.
Уравнения давлений Р1 и Р2 запишем в виде:
Р1 = Рн - АРзол 1 - ДР2. (1)
Р2 = АРдр - АРзол 2 - АРф - АР2, (2)
где Р1 - давление в поршневой полости гидроцилиндра, МПа; Р2 - давление в штоко-вой полости гидроцилиндра, МПа; РН - давление, развиваемое насосом, МПа; АРзол 1 и АРзол 2 - перепады давлений на гидрораспределителе, МПа; АР1 и АР2 - перепады давлений в трубах 1 и 12, МПа; АРдр - перепад давления на дросселе, МПа; АРФ - перепад давления на фильтре, МПа.
В зависимости от величины полезного усилия R примем рабочее давление в гидросистеме, т.е. давление, развиваемое насосом РН равным 6,3 МПа. Перепады давлений на золотнике, дросселе и фильтре примем следующим образом:
АРзол 1 = АРзол 2 = 0,2 МПа. (3)
Система постоянного давления отличается возможностью обеспечения стабильных характеристик привода на базе несложных устройств, имеющих большие непроизводст-
венные падения мощности на клапане постоянства давления.
С целью нахождения ключевого звена гидропривода с точки зрения потерь проанализируем работу простейшего гидропривода с дроссельным регулированием.
Здесь энергия потока «лишней жидкости» диссипируется в тепло (поэтому предохранительный клапан часто называют кипятильником). При открытом клапане 2 нерегулируемый насос 1, работая на наибольшем допустимом давлении, потребляет соответствующую мощность от приводного двигателя и подвергается наибольшим напряжениям. В это время эффективная (полезная) мощность снижается с уменьшением скорости гидродвигателя 3. Это основная причина недопустимо низкого КПД привода [2].
При использовании в схеме гидропривода пневмогидравлического аккумулятора с клапаном разгрузки насоса картина энергопотребления меняется (рис. 2.). В этом случае при необходимости получения требуемой (ограниченной) скорости исполнительного гидродвигателя существующий насос 1 полностью разгружается, и питание гидросистемы осуществляется от пневмогидравлического аккумулятора 4, который при необходимости будет оперативно подзаряжаться гидронасосом 1. Такой режим работы гидросистемы кардинально отличается от первоначального (рис. 2.).
Рис. 2. Гидропривод с пневмогидравлическим аккумулятором
1 - гидронасос; 2 - предохранительный клапан; 3 - обратный клапан;4 - пневмогидравлический аккумулятор; 5, 6 - гидрораспределители; 7 - гидродвигатель; 8 - дроссель
При необходимости работы с частичной полезной мощностью (скоростью) гидронасос подачи рабочей жидкости разгружается, а приводной двигатель переходит в режим холостого хода. Кроме того, наличие аккумулятора с соответствующими параметрами позволяет уменьшить типоразмер насоса в 2 - 5 раз и делает гидросистему более эффективной (аккумулятор - источник энергии бесконечной мощности). Следовательно, привод с аккумулятором позволяет существенно повы-
сить коэффициент полезного действия (КПД) гидросистемы.
При работе клапана разгрузки процесс разгрузки насоса проводится в оптимальном режиме без дополнительного оборудования, и, следовательно, без дополнительных потерь. Используя такую методику, можно предложить гидропривод, рекуперирующий энергию опускаемого груза соответствующих машин (рис. 3.).
Рис. 3. Гидропривод, рекуперирующий энергию опускаемого груза 1 - гидронасос; 2, 2'- предохранительные клапаны; 3, 3'- обратные клапаны; 4 - пневмогидравлический аккумулятор; 5 и 6 - гидрораспределители; 7 - гидроцилиндр; 8 - блок системы рекуперации (гидромотор и регулируемый насос)
Заключение
В случае применения энергосберегающего гидропривода энергия грузоподъёмных машин за полный цикл процесса подъёма - опускания
будет стремиться к минимуму, так как поднимается и опускается один и тот же груз. Вместо регулируемого дросселя на выходе в качестве догружающего устройства установлен
гидромотор — привод регулируемого насоса. Регулируя рабочий объём насоса, можно добиться требуемой скорости опускания груза с использованием энергии опускания для зарядки аккумулятора. Такая схема является энергосберегающей как при подъёме груза, так и при его опускании.
Следует отметить, что эти схемы позволяют в качестве аккумулятора использовать маховики, которые, согласно исследованиям профессора Н. В. Гулия [2], проще и эффективнее пневмогидравлического аккумулятора. Ещё более эффективно, по мнению автора, использование теплового аккумулятора [3]. Но эти новации необходимо предварительно всесторонне исследовать в составе привода строительных и дорожных машин.
Библиографический список
1. Щербаков В. Ф. Рекуперативная система привода грузоподъемных машин // Строительные и дорожные машины - 2008. - №9.- С. 49-51.
2. Гулия Н. В. Удивительная механика. В поисках «Энергетической капсулы». М.: НЦ ЭНАС, 2006. 176 с.
3. Гринчар Н. Г. Надежность гидроприводов путевых, строительных и грузоподъемных машин: учеб. пособие для вузов / Н. Г. Гринчар - М.; МИИТ, 2001. - 112 с.
TO THE QUESTION OF INCREASE OF ENERGY EFFICIENCY HYDRAULIC ACTUATOR OF MACHINE
V. N. Kuznetsov, V. V. Savinkin
In article ways of modernization of a hydraulic actuator of construction and road cars for an energy conversion are considered. Rationalization of use of kinetic energy will allow to increase power efficiency of operation of equipment essentially.
Keywords: machine, hydraulic actuator, energy, conversion.
Bibliographic list
1. Shcherbakov V. F. The regenerative drive system lifting equipment / / Building and road machines -2008. - № 9. - P. 49-51.
2. Hulya N. V. amazing mechanic. On the quest for the "Energy capsules." M. NTs ENAS 2006. 176 p.
3. Grinchar N. G. Reliability Hose travel, construction and lifting equipment: studies. manual for schools / N. G. Grinchar - M.; MIIT, 2001. - 112 p.
Кузнецова Виктория Николаевна - доктор технических наук, профессор Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основные направления научной деятельности: Оптимизация рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин. Общее количество опубликованных работ: более 90. E-mail: dissovetsibadi@bk. ru
Савинкин Виталий Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильный транспорт» Северо-Казахстанского государственного университета им. М. Козы-баева. Основные направления научной деятельности - повышение долговечности и надежности СДМ технологичными методами. Общее количество опубликованных работ: 56. E-mail cavinkin 7@mail. ru.
УДК 629.1.032.001
\
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТОХОДОВ
С. И. Матросов
Аннотация. Рассматривается методика сравнительной оценки эффективности различных систем передвижения планетоходов с учетом их конструктивных особенностей и условий движения. Методика позволяет на этапе разработки планетохода объективно оценить способность машины перемещаться по неподготовленной поверхности планет
Ключевые слова: планетоход, шасси, оценка эффективности, устойчивость, проходимость, подвижность
Введение оснащенных различными комплектами обору-
Контактные методы исследования планет дования. В качестве шасси такой лаборатории требуют создания передвижных лабораторий, выступает специфическая транспортная ма-
