Конструкция, принцип действия и конструктивные параметры пневмогидравлического упругодемпфирующего устройства Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Д.А. Кузиев, A.A. Губенко, И.Н. Клементьева, 2012

УЛК 622.232(043.3)

Ä.A. Кузиев, A.A. Губенко, И.Н. Клементьева

КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРУГОДЕМПФИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Рассмотрены конструкция, принцип действия и конструктивные параметры пневмогидрав-пического упругодемпфируюшего устройства конструкции МГГУ с дросселем и обратным клапаном для оперативного регулирования жесткости и демпфирования. Ключевые слова: конструкция, принцип действия, пневмогидравлический амортизатор, конструктивные параметры!.

Рассмотрим конструкцию упруго-демпфирующего устройства МГИ (УДУ) - пневмогидравлического амортизатора (ПГА) с дросселем и обратным клапаном (рис. 1), техническая характеристика которого приведена в таблице.

Пневмогидравлический амортизатор состоит из: корпуса 1, полого штока 2 с поршнем 3, верхней 4 и нижней 5 проушин с подшипниками ШС-60. Полый шток 2 с поршнем 3 и корпус 1 образуют замкнутые полости: штоковую 6 заполненную рабочей жидкостью, поршневую 7 заполненную газом и полость 8 внутри штока 2. Посредством каналов, выполненных в проушине 4, полость 7 связана со штуцером 9. Полость 8 заполнена рабочей жидкостью до уровня соответствующего длине трубки 11 связанной посредством канала в проушине 5 со сливом 12. Штоковая полость 6 посредством каналов, выполненных в поршне 3, трубки 10 и дроссельного обратного канала гидравлически связана с полостью 8, расположенной внутри штока 2. Трубка 13 связывает часть полости штока, заполненную азотом, со штуцером 9.

№ п/п Параметр УДУ Значение параметра

1 Диаметр поршня (внутренний диаметр цилиндра) (Сп), мм 280

2 Наружный диаметр штока (С0), мм 200

3 Внутренний диаметр штока (Сп0), мм 190

4 Ход штока (хтах), мм 240

5 Зарядное давление (р0), МПа 0,5

6 Максимальное давление, МПа:

в поршневой полости (при сжатии) (р0тах) 5

в штоковой полости (при растяжении) (рПтах) 5

7 Максимальное усилие (осевая нагрузка), кН:

при сжатии 300

при растяжении 150

8 Объем рабочей жидкости, 10-3м3:

в штоковой полости (и в полости штока) (Vpж) 12

в полости поршня (Vпpж) 2

Для определения зависимости между осевой нагрузкой и перемещением пневмогидравлического УДУ были приняты следующие допущения:

• газожидкостная смесь в процессе работы не изменяет своих основных гидродинамических свойств, в частности: плотности и динамической вязкости;

• утечки между полостями пневматической пружины и гидравлического демпфера отсутствуют;

• сухое трение поршня о стенки цилиндра не учитывается.

• процесс «сжатия -расширения» газа в пневматических полостях УДУ -политропный;

Основным уравнением, определяющим рабочий процесс пневмогидравличе-ского упругодемпфирующе-го устройства (см. рис. 1) является уравнение газового состояния [1, 2] в его пневматических полостях: pVn = const, (1)

Если состояние газа в пневматических полостях УДУ под действием осевой нагрузки изменяется медленно (полный теплообмен), то такой процесс называется изотермическим. В этом случае показатель изотермы равен n = 1.

Когда сжатие и расширение протекает очень быстро, теплообмен газа с окружающей средой отсутствует. Такой тепловой режим работы пневмогидрав-лического УДУ считается адиабатическим. В этом случае показатель адиабаты равен n = 1.4. На практике изменения состояния газа происходят в зависимости от скорости изменения осевой нагрузки в диапазоне между изотермическим и адиабатическим процессами. Такое изменение состояния газа называют политропным 1.0 < n < 1.4.

В настоящем исследовании принят показатель равный n = 1,4 [3], характеризующий отсутствие теплообмена газа с окружающей средой (самый тяжелый режим теплообмена).

При экскавации породы уравнение статических сил на хвостовике редуктора привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна имеет вид: G -Qp = Sm (рш-aMpn ), (2)

Рис. 1. Пневмогидравлический амортизатор конструкции МГИ с дросселем и обратным клапаном

где Ор - реакция от касательного усилия на роторе (осевая нагрузка, на пневмо-гидравлическое УДУ при сжатии), Н; СХ - осевая нагрузка, на пневмогидравли-ческое УДУ при растяжении от веса привода роторного ковшового рабочего органа, Н; Бш - сечение штоковой полости (противодавления), м2; - коэффициент мультипликации равный: 1

ам =

1 -(лш/лп )2

(3)

поршневой полости

дш, дп - диаметр штока и поршня соответственно, м.

В соответствии с технической характеристикой пнев-могидравлического УДУ (таблица) коэффициент мультипликации составляет величину аи = 2.042.

Геометрический объем V0п в крайнем нижнем положении поршня (рис. 2, а):

Рис. 2. Расчетная схема геометрических объемов пневмогидравлического УДУ заполненного рабочей жидкостью с поршнем: а - в крайнем нижнем положении; б - в крайнем верхнем положении

12

У п = 0,25ж/ П ((

(тах ЬПРЖ ) ,

-ПРЖ /> м (4)

где хтах - геометрический ход штока, м (хтах = 240 мм, см. таблицу); Ьпрж - высота столба рабочей жидкости в поршневой полости, м, равная:

Ь

АУ

_ ^ прж

ПРЖ

П

м (5)

Ьпрж = 0,032, м (6)

Здесь Упрж - объем столба рабочей жидкости в поршневой полости, м (^прж = 0,002 м3, см. таблицу).

Геометрический объем поршневой полости - с учетом (4) и (6) в крайнем нижнем положении поршня (рис. 2, б) составит величину: Vгпa = 0,01457, м3 (14,57 литров) (7)

Геометрический объем поршневой полости - VПб в крайнем верхнем положении поршня составит величину:

Vпб = Vпрж = 0,002, м3 (2 литра) (8)

Геометрический объем штоковой полости в крайнем нижнем положении поршня равен нулю.

Геометрический объем штоковой полости - V0ш в крайнем верхнем положении поршня составит:

(9)

У0 Ш = 0,25п(Л л - Л Ш (ах - ЬПРЖ ),м3

Vow = 0,00713, м3; (7,13 литров) (10)

Геометрический объем - Vrn0 полости штока УДУ (см. таблицу) при атмосферном давлении определится как:

Vrnm = 0,25ndn.шLnm , м ; (11)

Vrnrn = 0,01389 м3 (13,89 литров) (12)

Свободный от рабочей жидкости геометрический объем полости штока -Vca УДУ в крайнем нижнем положении поршня (рис. 2, а) представляет собой разность геометрического объема полости штока - Vrn0 и объема полости штока заполненной рабочей жидкостью - VPMa (VpMa = 0,012, м3,

Vca = 0,25<ШЬпш - УРЖа, м3 (13)

Vca = 0,00189, м3 (1,89 литра) (14)

Свободный от рабочей жидкости геометрический объем полости штока -Vcg УДУ в крайнем верхнем положении поршня (см. рисунок 2 - б) представляет собой сумму геометрического объема полости штока свободного от рабочей жидкости - VCa и геометрического объема штоковой полости заполненной рабочей жидкостью - Vr06 (Vr06 = 0,00713, м3).

VC6 = 0,25П2ПШЬПШ - ГРЖа + 0,25л(П - d2Ш )(xmax - Ьпрж),м3 (15)

Vcg = 0,00902, м3 (9,02 литра) (16)

Объем полости штока заполненный рабочей жидкостью - Vpw6 в крайнем верхнем положении поршня (рис. 2, б) представляет собой разность объема полости штока заполненной рабочей жидкостью - VPMa (поршень в крайнем нижнем положении) и геометрического объема штоковой полости заполненной рабочей жидкостью - Vr0& (поршень в крайнем верхнем положении)

УРЖб = УРЖа - 0,25п(П - dш femax - ЬПРЖ ) ,м3 (17)

Vpm6 = 0,00487 м3 (4,87 литра) (18) - СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прямилов Н.М. Исследование упруго-демпфирующего устройства исполнительного органа роторного экскаватора как средства стабилизации рабочего процесса. Канд. дисс., -М., МГИ, 1974. - 150 с. с ил.

2. Подэрни Р.Ю. Исследование нагрузок на исполнительных органах и динамических характеристик карьерного оборудования с целью повышения эффективности рабочего процесса (на примере роторного экскаватора). - Докт. дисс. - М.: МГИ, 1972. - 351 с.

3. Сандалов В.Ф. Исследование гидромеханического защитного устройства привода исполнительного органа роторного экскаватора. Канд. дисс. - М.: МГИ, 1977. - 143 с. и'.'-'^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Кузиев Дильшад Алишерович - кандидат технических наук, Губенко Антон Анатольевич - кандидат технических наук, Клементьева Инна Николаевна - аспирант, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru