CC BY
17
УДК 621.225
DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2020.89.0.34
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА ВПУСКНОГО
КЛАПАНА ПНЕВМОМОТОРА
1 2 2 2 2 Лурье З. Я. , Аврунин Г. А. , Воронков А. И. , Никитченко И. Н. , Серикова И. А. ,
Тесленко Э. В.2, Назаров А. А.2, Соловьев В. М.3, Цента Е. Н.1, Мороз И. И.2
1 Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт, 2 Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им. А. А. Морозова
Аннотация. Разработан объемный гидропривод толкателя впускного клапана пневмомотора гибридного двигателя автомобиля. В качестве привода толкателя использован гидрораспределитель с пропорциональным электромагнитным управлением. Проведен статический расчет объемного гидропривода, в результате которого определены параметры насосной установки и проведен анализ потерь на трение и утечек рабочей жидкости в гидроцилиндре толкателя и золотниковом гидрораспределителе. Полученные значения параметров планируются в качестве базовых для исследований динамики привода впускного клапана пневмомотора. Ключевые слова: объемный гидропривод, впускной клапан пневмомотора, гидрораспределитель с пропорциональным электромагнитным управлением, насос.
Введение
Применения альтернативных двигателей на автотранспорте вызвано экологическими и экономическими проблемами. Наряду с электрическими и водородными двигателями, которые выпускаются серийно [1-6], широкое распространение приобретает применение пневматических двигателей - пневмомо-торов [7].
Однако из-за недостаточного энергетического запаса сжатого воздуха и охлаждения деталей при его расширении серийное производство пневмодвигателй ограничено [8; 9]. Более широкое распространение приобрело применение гибридных энергетических установок с пневматическим двигателем, который функционирует на малых частотах вращения, а на остальном скоростном диапазоне используется ДВС.
Преимущества и недостатки таких установок подробно описаны в [10]. Например, при применении совмещенной схемы гибридной энергетической установки, когда ДВС и пневмодвигатель размещены в одном корпусе (моноблоке) и работают поочередно, возникают проблемы корректировки не только фаз воздухораспределения, но и изменения тактности [11]. Таким образом, применение стандартных систем газораспределения не может решить поставленную задачу гибкого регулирования фаз.
Анализ публикаций
Для гибкого регулирования фаз воздухо-распределения в пневмодвигателях возможно применение электромагнитного, гидравлического, пневматического и комбинированного управления клапанами [12; 13].
К недостаткам электромагнитного привода клапанов относят ненадежную работу в холодное время года, шумность работы, невысокую точность управления динамикой движения клапана, большой расход электрической энергии, громоздкость механизма, невозможность управления динамикой клапана при закрывании, большую протяженность магнитопровода и повышенные вибрации. Основными недостатками гидравлических [14] и пневматических [15] приводов клапанов являются нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмодвигателях, более высокая стоимость пневматической и гидравлической энергии по сравнению с электрической, низкий КПД, недостаточные точность срабатывания и плавность хода, использование дорогостоящих устройств-позиционеров для поворота штока привода, большой вес агрегатов и зависимость КПД от температуры из-за утечек рабочей среды. Оценка возможностей современных гидроприводов систем управления по быстродействию показала, что высокочастотными и регулируемыми по быстродействию являют-
ся дросселирующие электрогидрораспреде-лители (сервоклапаны) и гидрораспределители с пропорциональными электромагнитами [16, 17].
Исходя из проведенного анализа литературы предварительных наработок в ХНАДУ [18], был выбран электрогидравлический привод воздухораспределительного механизма, позволяющий не только улучшить характеристики наполнения, но и осуществлять 2-х или 4-х тактную работу гибридной энергетической установки.
Цель и постановка задачи
Целью работы является создание методики статического расчета объемного гидропривода (ОГП) впускного клапана с электрогидравлическим управлением для пневмомо-тора гибридной энергетической установки, включая определение следующих параметров:
- диаметра толкателя и скорости перемещения клапана;
- потребляемого расхода жидкости толкателем;
- давления нагнетания и подачи насоса;
- утечек в щелевых уплотнениях толкателя и гидрораспределителя;
- сил трения в гидрораспределителе золотникового типа.
На рис. 1 представлена гидравлическая принципиальная схема ОГП толкателя впускного клапана, включающая насос Н с приводом от электродвигателя Э, предохранительный клапан КП, манометр МН, гид-робак Б и блок А управления толкателем клапана. В состав блока входят гидроцилиндр Ц, гидрораспределитель Р с электромагнитным пропорциональным управлением и преобразователь давления ПД. В положении, показанном на рисунке, золотник гидрораспределителя Р находится под действием пружины в крайнем левом положении и РЖ из поршневой полости гидроцилиндра сливается по каналу Т в бак Б. Под действием электрического сигнала У золотник гидрораспределителя Р смещается вправо, сообщая линию нагнетания насоса рн с полостью гидроцилиндра рт. Под действием давления РЖ поршень смещается вправо, открывая впускной клапан пневмомотора.
а б
Рис. 1. Гидравлическая принципиальная схема (а) и характеристика изменения скорости толкателя впускного клапана (б) ОГП пневмомотора
В основе решения задач статики в области ОГП лежат закон Паскаля для РЖ в замкнутом пространстве, уравнение неразрывности РЖ, третий закон Ньютона, а также зависимости потерь мощности из-за сил трения и утечек в зазорах прецизионных пар.
Теоретическое значение диаметра толкателя определяется в зависимости от действую-
щего усилия и располагаемого давления РЖ в насосной установке (гидростанции):
Dт = 1,13^ = 1,13
К
мм,
(1)
т
где £т - площадь толкателя [мм2], диаметром Dт [мм]; Fс - максимальное усилие пружины впускного клапана, Н; pт - давление в полости гидроцилиндра, МПа.
Частоту циклов f и время одного цикла t перемещения впускного клапана определяют по формулам
г п г ,1
I = —, Гц и t = — , с,
60 I
(2)
где п - частота вращения вала пневмомото-ра, мин-1.
Скорость перемещения толкателя определяют по формуле
ут=10-3 -, м/с, т t
(3)
где — - ход толкателя, мм.
Расход, требуемый для перемещения толкателя, без учета утечек:
а =0,06 • ут • ^т = о,об • ут
4
л/мин. (4)
Определяем частоту срабатывания, время перемещения, скорость толкателя и потребляемый при этом расход при частоте вращения пневмомотора п = 1500 мин1 и ходе
толкателя — = 10,39 мм при его диаметре От = 17 мм:
, п 1500 25Г
I = — =-= 25 Гц;
60 60
г = — = — = 0,04с I 25 '
(5)
ут=10-3 - = 10-з1°^39 = 0,26 м/с =
t 0,04
= 0,26 м/с.
Определяем расход (подачу) насоса:
(6)
а =0,06 • V
%• о
• V • -
4
= 4,5 л/с
= 0,06 • 0,26 •
л-172 = ~ = . (7)
Определяем теоретическое значение давления нагнетания насоса:
Рн =
4 • Я.
4 • 600
%• 0т2 3,14 • 172
= 2,6 МПа. (8)
Далее был проведен безмоторный эксперимент, результаты которого подтвердили расчетные исследования. В результате проведенных расчетов составлена техническая характеристика привода:
1. Ход толкателя клапана - 10,39 мм;
2. Усилие, развиваемое толкателем, - не менее 600 Н;
3. Параметры привода при частоте срабатывания -1 = 25 Гц:
3.1. Скорость перемещения толкателя -0,26 м/с;
3.2. Потребляемый расход рабочей жидкости - 4,5 л/мин;
3.3. Давление нагнетания насоса -2,6 МПа;
4. Параметры пропорционального электромагнита;
4.1. Напряжение постоянного тока - 24 В;
4.2. Максимальный ток - 1,0 А;
4.3. Продолжительность включения ПВ -100 % .
Отметим, что допускаемая частота срабатывания пропорционального электромагнита - 17 Гц при 3 дБа, а возможность повышения частоты устанавливается экспериментальным путем при стендовых испытаниях.
В конструкциях гидроустройств золотникового типа, к которым относится разрабатываемый ОГП, имеют место потери мощности на утечки РЖ в зазоре между прецизионными парами (золотник-корпус гидрораспределителя и толкатель-втулка, механическое трение между толкателем и втулкой, а также гидродинамическое трение при течении РЖ через открывающуюся золотником гидрораспределителя щель.
Утечки через кольцевое щелевое уплотнение без учета деформации стенок контртел и допущении о постоянстве вязкости РЖ в зазоре при ламинарном течении определяют по формуле Гагена-Пуазейля [19]:
буткщу = 0,06к • Т 0 • Ар, л/мин, (9)
12 Р^вязк • — щ
где к - коэффициент эксцентричности расположения золотника в корпусе, принимающий значения:
к = 1 при концентричном расположении деталей;
k = 2,5 при максимальном эксцентриситете между осями золотника и корпуса; k = 1,75 - среднее значение, принимаемое обычно при расчетах из-за неопределенности расположения золотника в корпусе; D - диаметр золотника или толкателя, мм, h - радиальный зазор между корпусом и золотником или толкателем и втулкой (полуразность их диаметров), измеряемый в микрометрах, мкм, - длина уплотнительной щели, мм, Ар - перепад давлений, МПа, р -плотность РЖ, кг/м3, Увязк - коэффициент кинематической вязкости РЖ, мм2/с.
Противодействующие перемещению золотника из нейтральной позиции в рабочую и наоборот силы в гидрораспределителе золотникового типа [19;20]
Fz = ^Тр + Fв.Tр + Fгд + Fин + F0бл, Н, (10)
где Fстр - сила сухого трения (или усилие страгивания), Fвтр - сила вязкого трения, Fгд - гидродинамическая сила, Еин - сила инерции, Еобл - сила облитерации.
Силу сухого трения в зазоре между золотником и втулкой, вызванную отклонением геометрии поверхности золотника и втулки от идеальной появлением неравномерного распределения давления в зазоре и радиальной неуравновешенной силы, для современных гидрораспределителей рекомендуется определять по формуле [20]
FCтV = / ■ Fрaд = / ■ 0,015 • DзоЛ • I ■ р, Н, (11)
где Fрад - радиальная сила, действующая на золотник, Н, / - коэффициент трения между золотником и втулкой, Дзол - диаметр золотника, мм, I - суммарная длина уплотни-тельных поясков золотника, мм, р - давление на входе в гидрораспределитель, МПа.
Силу вязкого трения при перемещении золотника определяют по формуле [20]
F =
в.тр
Р^вязк • V • Ь • 1 2 • h
= 10-6 Р^вязк • V Аол •1 H 2 • h ' '
(12)
где V - скорость перемещения золотника, м/с, Ь = п ■ Дзол - периметр щели утечек золотника, мм, h - радиальный зазор между втулкой и золотником (полуразность их диаметров), мкм, р - плотность РЖ, кг/м3, "в^-коэффициент кинематической вязкости РЖ, мм2/с.
Таким образом, сила вязкого трения пропорциональна плотности и вязкости РЖ, скорости перемещения и диаметру золотника, длине уплотнительных поясков. Она уменьшается с увеличением радиального зазора между золотником и корпусом (втулкой).
Осевая гидродинамическая сила вызвана реактивным действием потока РЖ, проходящего через рабочие окна (щели) золотников. Эта сила оказывает существенное влияние на работу гидрораспределителей при управлении золотниками от маломощных устройств, например в электро- или пневмогидравличе-ских преобразователях [20]. Появление гидродинамической силы обусловлено изменением количества движения потока РЖ, протекающего через окна гидрораспределителя.
Гидродинамическую силу определяют по формуле [20]
Q
Fm = 2 • ^cosР • д/2р • Дркр , Н, (13)
где Qр - расход РЖ через гидрораспределитель, л/мин, 2 - коэффициент в начале формулы, показывающий наличие в гидрораспределителе двух кромок, на которых действуют гидродинамические силы, р - угол наклона гидродинамической силы к оси золотника, град, р - плотность РЖ, кг/м3, Аркр - перепад давлений на кромках золотника.
ДРкр =
q2 • р
2 • (60 • ц^^ Дол • z)
, МПа, (14)
где ц - коэффициент расхода, z - перемещение золотника от положения, соответствующего началу открытия окна.
Угол наклона гидродинамической силы к оси однокромочного золотника при допущении нулевого радиального зазора и его прямых (без закруглений) кромках равен Р = 69° . При cos Р= 0,36 [20] формула (13) приобретает такой вид:
0,36 • &р ,-
Кд= ^ •Т2^^ Н. (15)
Силу инерции золотника при срабатывании гидрораспределителя определяют по формуле
Кн =т •а, н,
(16)
где т - масса золотника, кг, а - ускорение золотника, определяемое по формуле
V , 2 а = -, м/с , t
(17)
где t - время перемещения золотника из нейтрального положения в рабочее и наоборот со скоростью V [м/с].
Быстродействие современных гидрораспределителей (время срабатывания) находится в диапазоне от 0,01 до 0,2 с в зависимости от типоразмера (условного прохода [16]).
Сила облитерации вызвана зарастанием узких ламинарных щелей, образованных зазором между золотником и корпусом (втулкой) гидрораспределителя, частицами загрязнений РЖ и молекулярным сцеплением частиц РЖ с поверхностями контртел. Основными методами борьбы с облитерацией зазоров являются очистка РЖ и введение осциллирующего (колебательного с высокой частотой и малой амплитудой) движения золотника. При этом частота колебаний должна находиться в пределах 100...1000 Гц, а амплитуда не должна оказывать существенного влияния на положение золотника гидрораспределителя относительно рабочих окон (на практике не более 3.5 % от максимального смещения золотника). При работе объемного гидропривода с частыми переключениями гидрораспределителей силу облитерации не учитывают.
Рассмотрим силы сухого (страгивания), вязкостного трения и инерции для пары трения толкатель-втулка, а для пары золотник-корпус проведем расчет гидродинамических потерь давления на окне гидрораспределителя, которые также влияют на значение давления, устанавливаемое в гидроприводе.
Принимая исходные данные Qр¡ = 4,5 л/мин; р = 900 кг/м3; г =1,5
мм;Увязк= 30 мм2/с (сСт); ут = 0,26 м/с;
а = 6,5 м/с2, ц = 0,62; 0зол= 10 мм;
0т = 17 мм; 1т = 25 мм;
тт = 0,086 кг; рн = 2,6 МПа; к = 7 мкм; к = 1,75; ¿т = 0,04 с; I = 0,1,
проведем расчет утечек и сил трения в прецизионных парах гидропривода клапана пневмомотора.
Утечки в паре толкатель-втулка составляют
&
= 0,06--
к ж • 0т • к
ут'кщу ' 12 р • V • I
г вязк т
-Рт =
вязк т
1 75 3 14•17•73 = 0,06—-----2,6 = 0,00024 л/мин.
12 900•30•25
(18)
Полученное значение свидетельствует о несоизмеримости утечек по сравнению с
расходом &р =4,5 л/ мин, подаваемым к
толкателю.
По данным поставщиков золотниковых гидрораспределителей, внутренние утечки по каждой из линий золотника не должны превышать 0,22 л/мин при давлении 32 МПа. Так как в исследуемом ОГП давление на порядок меньше (2,6 МПа), то утечки, пропорциональные линейно давлению (18), также на порядок меньше, т.е. не существенны по сравнению с подводимым расходом РЖ.
Сила страгивания (сухого трения) толкателя
К = I • 0,015 • 0т • 1т • рт =
Сф.Т ^ ' ТТ-ГТ (19)
= 0,1-0,015 • 17 • 25 • 2,6 = 1,65Н Сила вязкого трения толкателя
6 р-^язк • V Ж 0т • 1т
Кв.тр=10
2 • к
(20)
= 10-6 900•30• °,26•3,14^17 •25 =0,67Н.
2 • 7
Сила инерции толкателя
Кинт =т • а = 0,086 • 6,5 = 0,56Н. (21)
Таким образом, силы сопротивления перемещению толкателя составляют в сумме не более 3 Н, что составляет 0,5 % от требуемого максимального усилия пружины впускного клапана Кстр т = 600 Н.
Перепад давлений на кромках золотника привода толкателя составит
3
л Qp2-р
Дркр =---2
кр 2 - (60 - /х-к-D30n- z )2 4,52 -900
(22)
2 - (60 - 0,62 - 3,14 -10 -1,5)
= 0,003 МПа,
что также не существенно по сравнению с давлением, развиваемым насосом (8).
Таким образом, проведенные расчеты показали возможность использования на этапе экспериментальных работ объемного гидропривода привода клапана при начальном давлении 2,6 МПа и подаче рабочей жидкости 4,5 л/мин, т.е. при мощности насосной установки не менее 0,2 кВт.
Выводы
1. Разработана методика расчета объемного гидропривода впускного клапана пневмо-мотора.
2. В результате проведенных расчетов определены:
- диаметр и скорость перемещения толкателя впускного клапана;
- потребляемый расход жидкости и давление нагнетания насоса;
- утечки через кольцевое щелевое уплотнение и силы трения в золотниковом гидрораспределителе.
3. Результаты проведенного безмоторного эксперимента подтвердили расчетные данные.
4. Дальнейшим этапом работы является проведение динамических расчетов гидропривода с целью выявления амплитуд и характера протекания колебательных процессов при открытии, установившемся режиме и закрытии впускного клапана пневмомотора.
Литература
1. Hyatt K., Ewing S. Here's every electric vehicle on sale in the US for 2020 and its range. URL: https ://www. cnet. com/roadshow/news/every-electric-car-ev-range-audi-chevy-tesla/ (дата звернення: 06.03.2020 р.).
2. Kaufman W. Best Electric Cars,Top-Rated Electric Vehicles for 2020. URL: https ://www. edmunds. com/electric-car/articles/best-electric-cars (дата звернення: 06.03.2020 р.).
3. GlonR., EdelsteinS.. The best electric cars for 2020 End your dependence on fossil fuels with one of these amazing electric cars. URL: https ://www. digitaltrends.com/cars/best-electric-cars/(дата звернення 06.03.2020 р.).
4. Toyota Mirai: will next-gen fuel cell car make hydrogen mobility a reality? URL:
https://www.telegraph.co.uk/cars/news/2020-toyota-mirai-will-next-gen-fuel-cell-car-make-hydrogen/2020 (дата звернення: 06.03.2020 p.).
5. Harrison K. W., MartinG. D., RamsdenT. G., and Kramer W. E. The Wind-to-Hydrogen Project: Operational Experience, Performance Testing, and Systems Integration National Renewable Energy Laboratory F.J. Novachek Xcel Energy Technical Report NREL/TP-550-44082 March 2009.95 pp. URL: https://www.nrel.gov/ docs/fy09osti/44082.pdf (дата звернення: 06.03.2020 p.).
6. Prachi Patel. Instant Hydrogen for Clean Fuel Cell Cars. URL: https://anthropocenemagazine.org/2020/01/67240 / (дата звернення: 06.03.2020 p.).
7. ДСТУ 3455.2-96. Пдроприводи об'емш та пневмоприводи. Ч. 2 : Об'емш пдромашини та пневмомашини. Термини та визначення. [Чинний вщ 1998-01-01]. 60 с (Державний стандарт Украши).
8. Edelstein S. Tata AirPod Compressed-Air Car To Launch In Hawaii This Year. URL: (https://www.greencarreports.com/news/1096772 _tata-airpod-compressed-air-car-to-launch-in-hawaii-this-year-report(дата звернення 06.03.2020 р.)
9. Пневмоавтомобиль уже можно купить на Гавайях. URL: https ://az. sputniknews.ru/world/ 20150706/400950602.html. (дата звернення 06.03.2020 р.).
10. Воронков А. И., Никитченко И. Н. Рабочий процесс автомобильного пневмодвигателя: монография. Харьков: ХНАДУ, 2015. 200 с.
11. Концепция создания пневматического двигателя для автомобиля: монография / Воронков А. И. и др. Харьков: ХНАДУ, 2019. 256 с.
12. Gundersen Y. Free Valve Technology. Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 2009 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design. URL: http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:542744/FULLTEXT0 1.pdf (дата звернення: 06.03.2020 р.).
13. Eisazadeh K., Younkins M. Fuel economy gains through Dynamic - Skip-Fire in spark ignition engines. URL: https://www.tulatech.com/wp-content/uploads/2018/02/2016-01-
0672 fuel economy gains through dynamic-skip-fire in spark ignition engines.pdf (дата звернення: 06.03.2020 р.).
14. Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания с гидравлическим приводом: пат. WO 2012/011832 А1Россия: МПК F01L 9/02 2006.01. PCT/RU2010/000405 ; заяв. 20.07.2010; опубл. 26.01.2012. URL: https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf7d ocId=W02012011832 (дата звернення: 06.03.2020 р.).
2
15. Пневматический способ привода газораспределительного клапана и топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания от общего пневмоаккумулятора: пат. RU 2 530 951 C1 Россия: МПК F01L 9/02. № 2530951; заяв. 28.02.2013; опубл. 20.10.2014. Бюл. № 29. 5 с. URL:https://patentimages.storage.googleapis.com /e5/ad/6a/fde6a62ae6db68/RU2530951C1.pdf (дата звернення 06.03.2020 р.).
16. ДСТУ 3455.1-96. Пдроприводи об'емш та пневмоприводи. Ч. 1: Загальш поняття. Термши та визначення. [Чинний вiд 1998-0101]. 48 с. (Держспоживстандарт Украши).
17. ДСТУ 3455.2-96/ Гiдроприводи об'емш та пневмоприводи. Ч. 3: Пдроапарати та пнев-моапарати. Термини та визначення. [Чинний вщ 1998-01-01]. 37 с. (Державний стандарт Украши).
18. Выбор схемы электрогидроавтоматики для управления впускным клапаном поршневого пневмодвигателя / Воронков А. И. и др. Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: сб. науч. тр. Харьков : ХНАДУ, 2017. Вып. 78. C. 144-150.
19. Никитин Г. А. Щелевые и лабиринтные уплотнения гидроагрегатов. Москва: Машиностроение, 1982. 135 с.
20. Аврунш Г. А., Кириченко I. Г., Мороз I. I. Ос-нови об'емного пдропривода i пдропневмоав-томатики: навч. поаб. Харюв: ХНАДУ, 2009. 424 с.
References
1. Hyatt K., Ewing S. Here's every electric vehicle on sale in the US for 2020 and its range. URL: https ://www. cnet. com/roadshow/news/every-electric-car-ev-range-audi-chevy-tesla/ (date of appeal: 06.03.2020 р.)
2. Kaufman W. Best Electric Cars,Top-Rated Electric Vehicles for 2020. URL: https ://www. edmunds. com/electric-car/articles/best-electric-cars (date of appeal: 06.03.2020 .).
3. GlonR., Edelstein S. The best electric cars for 2020 End your dependence on fossil fuels with one of these amazing electric cars. URL: https ://www. digitaltrends.com/cars/best-electric-cars/( date of appeal: 06.03.2020 .)
4. Toyota Mirai: will next-gen fuel cell car make hydrogen mobility a reality? URL: https://www.telegraph.co.uk/cars/news/2020-toyota-mirai-will-next-gen-fuel-cell-car-make-hydrogen/2020 (date of appeal: 06.03.2020 .).
5. Harrison K. W., Martin G. D., Ramsden T. G., Kramer W. E. The Wind-to-Hydrogen Project: Operational Experience, Performance Testing, and Systems Integration National Renewable Energy Laboratory F.J. Novachek Xcel Energy Technical Report NREL/TP-550-44082 March 2009.95 pp. URL: https://www.nrel.gov/docs/
fy09osti/44082.pdf (date of appeal: 06.03.2020
6. Prachi Patel. Instant Hydrogen for Clean Fuel Cell Cars. URL: https://anthropocenemagazine.org/2020/01/67240 / (06.03.2020.).
7. Gi'droprivodi ob'e''mni' ta pnevmoprivodi. CH. 2 : Ob'e''mni' gi'dromashini ta pnevmomashini. Termini ta viznachennya : DSTU 3455.2-96 ; chinniyvi'd 1998-01-01.60 s. (DerjavniystandartUkrafni).
8. Edelstein S. Tata AirPod Compressed-Air Car To Launch In Hawaii This Year. URL: (https://www.greencarreports.com/news/1096772 _tata-airpod-compressed-air-car-to-launch-in-hawaii-this-year-report(data zvernennya 06.03.2020 r.)
9. Pnevmoavtomobil' uje mojno kupit' na Gavay-yah. URL: https ://az. sputniknews.ru/ world/20150706/400950602.html. (data zvernennya: 06.03.2020 r.).
10. Voronkov A. I., Nikitchenkol. N. Rabochiy process avtomobil'nogo pnevmodvigatelya: mono-grafiya. Har'kov: HNADU, 2015. 200 s.
11. Koncepciya sozdaniya pnevmaticheskogo dvigatelya dlya avtomobilya: monografiya / A.I. Voronkov i dr. Har'kov: HNADU, 2019. 256 s.
12. Gundersen Y. Free Valve Technology. Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 2009 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design. URL: http://kth.diva-por-
tal.org/smash/get/diva2:542744/FULLTEXT01.p df (data zvernennya: 06.03.2020 р.).
13. Eisazadeh K., Younkins M. Fuel economy gains through Dynamic - Skip-Fire in spark ignition engines. URL: https://www.tulatech.com/wp-content/uploads/2018/02/2016-01-
0672 fuel economy gains through dynamic-skip-fire in spark ignition engines.pdf (дата звернення: 06.03.2020 р.).
14. Gazoraspredelitel'ny'y mehanizm dvigatelya vnu-trennego sgoraniya s gidravlicheskim privodom: pat. WO 2012/011832 A1Rossiya : MPK F01L 9/02 2006.01. PCT/RU2010/000405 ; zayav. 20.07.2010; opubl. 26.01.2012. URL: https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf?d ocId=W02012011832 (data zvernennya: 06.03.2020 r.).
15. Pnevmaticheskiy sposob privoda gazoraspre-delitel'nogo klapana i toplivnoy forsunki dvigatelya vnutrennego sgoraniya ot obsch'ego pnevmoakkumulyatora: pat. RU 2 530 951 C1 Rossiya : MPK F01L 9/02. № 2530951 ; zayav. 28.02.2013; opubl. 20.10.2014. Byul. № 29. 5 s. URL: <https://patentimages.storage.googleapis>. c om/e5/ad/6a/fde6a62ae6db68/RU2530951C1.pdf( data zvernennya 06.03.2020 r.).
16. Gi'droprivodi ob'e''mni' ta pnevmoprivodi. CH. 1 : Zagal'ni' ponyattya. Termi'ni ta viznachennya :
DSTU 3455.1-96; chinniy vi'd 1998-01-01. 48 s. (Derjspojivstandart Ukrai'ni).
17. Gi'droprivodi ob'e''mni' ta pnevmoprivodi. CH. 3 : Gi'droaparati ta pnevmoaparati. Termini ta viznachennya :DSTU 3455.2-96 ; chinniy vi'd 1998-01-01. 37 s. (Derjavniy standart UkraTni).
18. Vy'bor shemy' e'lektrogidroavtomatiki dlya up-ravleniya vpuskny'm klapanom porshnevogo pnevmodvigatelya /Voronkov A. I. i dr.Vestnik Har'kovskogo nacional'nogo avtomobil'no-dorojnogo universiteta : sb. nauch. tr. / Har'k. nac. avtomob.-dor. un-t ; redkol.: Bogomolov V. A. (glav. red.) i dr. Har'kov : HNADU, 2017. Vy'p. 78. C. 144-150.
19. Nikitin G. A. SCH'elevy'e i labirintny'e uplotne-niya gidroagregatov. Moskva: Mashinostroenie, 1982. 135 s.
20. Avrunin G. A., Kirichenko I. G., Moroz I. I. Gi'dropnevmoavtomatiki: navch. posi'b. Harki'v: HNADU, 2009. 424 s.
Лурье Зиновий Яковлевич, д.т.н., профессор, +380 (50) 343-01-06, ORCID: 0000-0001-6852-989X, [email protected]. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Кирпичева, 2, г. Харьков, Украина, 61002.
Соловьев Владимир Михайлович, к.т.н. +380 (67) 721-76-75, ORCID: 0000-0002-63486525, [email protected], Харьковское конструкторское бюро по машиностроению, ул. Плехановская, 126, г. Харьков, Украина, 61001.
Аврунин Григорий Аврамович, к.т.н, доцент, +380 (50) 596-62-53, ORCID: 0000-0002-01913149, griavrunin@,ukr.net, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Воронков Александр Иванович, д.т.н, профессор, +380 (50) 583-00-45, ORCID: 0000-0002-83892459, [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Никитченко Игорь Николаевич, к.т.н, доцент, +380 (99) 311-61-10, ORCID: 0000-0002-94814296, [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Тесленко Эдуард Викторович, инженер, +380 (67) 853-83-85, ORCID: 0000-0001-88331733, [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Назаров Артем Александрович, инженер, +380 (99) 653-74-01, ORCID: 0000-0002-0038-6746, [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Серикова Ирина Алексеевна, к.т.н., доцент каф. автомобильной электроники, +380671085237, ORCID: 0000-0002-4695-65-21, irinaserikova ae [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, 25, Харьков, Украина, 61002.
Цента Евгений Николаевич, к.т.н., +380 (66) 475-35-27, ORCID: 0000-0002-26072294, [email protected], Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Кирпичева, 2, г. Харьков, Украина, 61002.
Мороз Ирина Ивановна, старший преподаватель, +380 (50) 700-67-95, ORCID 0000-00015950-2089, [email protected], Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Ярослава Мудрого, г. Харьков, Украина, 61002.
Method of calculating the fluid power drive of pneumatic motor inlet valve
Introduction. Hybrid power plants with a pneumatic motor, which operates at low speeds, are widely used, and an internal combustion engine is used on the rest of the speed range. Due to limitations in the regulation of valve timing in standard mechanical engine valve actuators, the possibility of using a fluid power drive for the pneumatic motor inlet valve is considered. A feature of such a fluid power drive is the use of a directional control valve with electromagnetic proportional control, which, in combination with an electronic unit, provides flexible control of the phases of air distribution in a pneumatic motor. Problem. Based on the analysis of the literature and preliminary developments, the electro-hydraulic drive of the air distribution mechanism was selected at KhNAHU, which allows not only to improve the filling characteristics, but also to carry out 2 or 4-stroke operation of the hybrid power plant. Evaluation of the capabilities of modern hydraulic control systems for speed showed that throttling servo-valve and valve with proportional electromagnets have high-frequency and speed-adjustable ones. When choosing the latter as the intake valve actuator, a static calculation of the parameters of the pumping unit is necessary. Method. The basis for solving static problems in the field of a volume hydraulic drive is the Pascal law for the working fluid in a confined space, the continuity equation of the working fluid and the third law of Newtonian mechanics, as well as the dependences of power losses due to friction forces and leaks in the gaps of precision pairs. The practical results. The diameter and speed of the valve follower movement, the consumed flow rate of the working fluid at a given speed, the pump discharge pressure, the leakage of the working fluid in the slotted seal of the plunger and the friction force are determined. The results obtained are the basis for choosing a pump and hydraulic equipment for a particular fluid power drive and conducting further dynamic calculations in order to identify the amplitudes
and nature of the oscillatory processes during opening, steady state and closing the inlet valve of the pneumatic motor.
Key words: fluid power drive, pneumatic motor inlet valve, proportional electromagnetic control valve, pump.
Lurye Zinoviy, Doct. of Science, Professor +380 (50) 343-01-06, [email protected], National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute» Kirpicheva str., 2, Kharkiv, Ukraine, 61002.
Avrunin Grygoriy, PhD, associate professor, +380 (50) 596-62-53, ORCID: 0000-0002-0191-3149 griavrunin@ukr. net, Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25. Voronkov Oleksandr, Doct. of Science, Professor, +380 (50) 583-00-45, ORCID: 0000-0002-83892459, [email protected], Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25.
Nikitchenko Ihor, PhD, +380 (99) 311-61-10, ORCID: 0000-0002-9481-4296, [email protected], Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25.
Teslenko Eduard, Engineer, +380 (67) 853-83-85, ORCID: 0000-0001-8833-1733, teslen-
[email protected], Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25.
Nazarov Artem, Postgraduate, +380 (99) 653-74-01, ORCID: 0000-0002-0038-6746,
[email protected], Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25. Serikova Irina, Ph.D., associate professor, +380671085237, ORCID: 0000-0002-4695-6521, irinaserikova ae [email protected], Kharkiv National Automobile Highway University, Yaroslava Mudrogo str. 25.
Soloviov Volodymyr, PhD, +380 (67) 721-76-75, ORCID: 0000-0002-6348-6525, [email protected],Kharkov Machine Building Design Bureau, Plekhanovskaya st., 126, Kharkiv, Ukraine, 61001.
Tsenta Yevhen, PhD, +380 (66) 475-35-27, ORCID: 0000-0002-2607-2294, [email protected], National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kirpicheva str., 2, Kharkiv, Ukraine, 61002.
Moroz Irene, senior teacher, +380 (50) 700-67-95, ORCID 0000-0001-5950-
2089,[email protected], Kharkovskii-
nationalnyi-avtomobilno-dorozhnyi university, Yaroslava Mudrogo str., 25, Kharkiv, Ukraine, 61002, Kharkiv,
Методика розрахунку об'емного пдропривода впускного клапана пневмомотора Вступ. Гiбриднi енергетичн установки з пнев-матичним двигуном-пневмомотором, який функ-цюнуе на малих частотах обертання, стають
бшьш поширеними, а на тшому швидюсному дiа-пазонi використовуеться двигун внутрiшнього згоряння. У зв'язку з обмеженнями в регулюванн фаз газорозподту в стандартних мехатчних приводах клапатв ДВЗ розглянута можливкть застосування об'емного гiдропривода впускного клапана пневмомотора. Його особлuвiстю е ви-користання гiдророзnодiльнuка з електромагнт-ним пропорщйним керуванням, що забезпечуе в комбтацп з електронним блоком гнучке регулю-вання фаз розподшу повiтря в пневмомоторi. Проблема. Проаналгзувавши лiтературу та по-переднi напрацювання, в ХНАДУ був вибраний електрогiдравлiчнuй прuвiд повiтророзподiльного механизму, що дозволяе не тшьки полiпшuтu характеристики наповнення, а й здшснювати 2-або 4-тактну роботу гiбрuдноi енергетuчноi установки. О^нка можливостей сучасних гiдро-прuводiв систем керування за швuдкодiею проде-монструвала, що високочастотними та регульо-ваними за швuдкодiею е дроселювальнi електро-гiдророзподiльнuкu та гiдророзподiльнuкu з про-порцшними електромагнiтамu. Вибираючи останнш як прuвiд впускного клапана, необхiдно здшснити статичний розрахунок параметрiв насосно'1' установки. Метод. В основi виршення завдання статики щодо об'емного гiдропрuвода покладено закон Паскаля для робочо'1' рiдuнu в замкнутому просторi, рiвняння нерозрuвностi робочо'1' рiдuнu i третш закон механки Ньютона, а також залежностi втрат потужностi сил тертя i витоюв в зазорах прецизтних пар. Практичт результати. Визначено дiаметр i швидюсть nеремiщення штовхача клапана, спо-живана витрата робочоi рiдuнu за заданоi швид-коди, тиск нагнiтання насоса, витоки робочоi рiдuнu в щшинних ущшьненнях штовхача i сили тертя. Отримаш результати е niдставою для вибору насоса i гiдроаnаратурu для конкретного гiдроnрuвода та проведення подальших дuнамiч-них розрахунюв з метою виявлення амnлiтуд i характеру протжання коливальних процеав в умовах вiдкрuття, сталого режиму i закриття впускного клапана пневмомотора. Ключов1 слова: об'емний гiдроnрuвод, впускний клапан пневмомотора, гiдророзnодiльнuк з пропорцшним електромагнiтнuм керуванням, насос.
Лур'е Зшовш Якович, д.т.н., професор, +380 (50) 343-01-06, ORCID: 0000-0001-6852-989X ,[email protected], Нацюнальний техшчний ушверситет «Харшвський полггехшчний шсти-тут», вул. Кирпичева, 2, м. Харшв, Украша, 61002.
Аврунш Григорш Аврамович, к.т.н., доцент, +380 (50) 596-62-53, ORCID: 0000-0002-01913149, [email protected], Харшвський нацюналь-ный автомобильно-дорожнш ушверситет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харшв, Украша, 61002.
Воронков Олександр 1ванович, д.т.н, професор, +380 (50) 583-00-45, ORCID: 0000-0002-83892459, [email protected], Харкiвський нацю-нальный автомобшьно-дорожнш ушверситет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харшв, Украша, 61002. Шштченко 1гор Миколайович, к.т.н, доцент, +380 (99) 311-61-10, ORCID: 0000-0002-94814296, [email protected], Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверси-тет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харкiв, Украша, 61002. Тесленко Едуард Вiкторович, 1нженер, +380 (67) 853-83-85, ORCID: 0000-0001-88331733, teslenkoev21@ gmail.com, Харкiвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверси-тет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харкiв, Украша, 61002. Назаров Артем Олександрович, 1нженер, +380 (99) 653-74-01, ORCID: 0000-0002-00386746, [email protected], Харкiвський нацю-нальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харкiв, Украша, 61002.
Сeрiкова 1рина Олекспвна, к.т.н., доц. каф. ав-
томобшьно1 електрошки, +380671085237,
ORCID: 0000-0002-4695-6521,
irinaserikova ae [email protected], Харшвський наць
ональний автомобшьно-дорожнш ушверситет,
вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харшв, Украша,
61002.
Соловйов Володимир Михайлович, к.т.н. +380 (67) 721-76-75, ORCID: 0000-0002-63486525, [email protected], Харшвське кон-структорське бюро з машинобудування, вул. Плехашвська, 126, м. Харшв, Украша, 61001. Цента Свген Миколайович, к.т.н., +380 (66) 475-35-27, ORCID: 0000-0002-26072294, [email protected], , Нацюнальний техш-чний ушверситет «Харшвський полггехшчний шститут», вул. Кирпичова, 2, м. Харкав, Украша, 61002.
Мороз 1рина Iванiвна, старший викладач, +380 (50) 700-67-95, ORCID 0000-0001-5950-2089, irinamoroz25.01 @ukr.net, Харкiвський нацюналь-ний автомобшьно-дорожнш ушверситет (ХНАДУ), вул. Ярослава Мудрого, м. Харшв, Украша, 61002.
