CC BY
157
УДК 631. 3 - 82
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИЛОВОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА
© 2008 г. А.И. Озерский*, Ю.И. Бабенков**, М.Э. Шошиашвили***
*Ростовский государственный университет путей сообщения
**Ростовская государственная академия сельскохозяйственного машиностроения
***Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
*Rostov State University of Means of Communication
**Rostov Academy of Agricultural Engineering
***South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Изложен анализ проблем повышения эффективности силового гидравлического привода манипуляционных и мехатронных систем, а также - гидропривода теплоэнергетических установок горных, транспортных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных машин и подъемного оборудования, работающих в тяжёлых условия их эксплуатации. Предложены перспективные направления совершенствования существующих и создания новых образцов силового гидравлического привода указанных выше систем, установок, машин и оборудования.
Ключевые слова: силовой гидравлический привод, гидропривод манипуляционных и мехатронных систем, гидропривод теплоэнергетических установок, горных, транспортных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных машин и подъемного оборудования, тяжелые условия эксплуатации гидропривода, системы автоматизированного проектирования (САПР) гидравлического привода.
The analysis ofproblems of increase of efficiency of a power hydraulic drive handling and mechatronics systems, and also - a hydrodrive of heat power installations, mountain, transport, cherished-building, agricultural cars and the elevating equipment working in heavy conditions of their operation is stated. Perspective directions of perfection existing and creations of new samples of a power hydraulic drive specified above systems, installations, cars and the equipment are offered.
Keywords: a power hydraulic drive, a hydrodrive handling and mechatronics systems, a hydrodrive of heat power installations, mountain, transport, cherished-building, agricultural cars and the elevating equipment, heavy conditions of operation of a hydrodrive, system of the automated designing (САПР) a hydraulic drive.
Одна из главных проблем развития современных мобильных и транспортных машин и оборудования для машиностроительной, горной промышленности и сельского хозяйства заключается во внедрении новейших методов их проектирования, перспективных технологий их производства, в энерго- и ресурсосбережении, повышении сроков хранения, эффективности и надёжности работы в тяжёлых условиях их эксплуатации [1 - 4]. В первую очередь это относится к силовому гидравлическому приводу, который широко применяется на современных мобильных и транспортных машинах и оборудовании, а также - на теплоэнергетических и робототехнических установках и в манипуляционных системах указанных выше машин и оборудования [1].
Внедрение новейших методов проектирования силового гидравлического привода, а также перспективных технологий его производства в современных условиях означает широкое использование систем его
автоматизированного проектирования (САПР) [5]. Это, в частности, относится и к элементам и агрегатам силового гидравлического привода, который применяется в манипуляционных и робототехнических системах практически повсеместно [4].
Разработка методов математического обеспечения САПР силового гидравлического привода, внедрение этих методов в практику проектирования и производства гидропривода позволит заменить часть дорогостоящих натурных испытаний гидравлических элементов, машин и агрегатов расчётами на вычислительных машинах и будет способствовать быстрому выбору оптимальных решений конструкторских задач
[5].
Автоматизированное проектирование элементов и агрегатов гидравлического оборудования привода в значительной степени повышает требования не только к точности расчётов на ЭВМ характеристик рабочих процессов, происходящих при эксплуатации указан-
ного оборудования, но и к эффективности аппарата математического обеспечения САПР силового гидравлического привода, к которому, в свою очередь, предъявляются следующие требования:
- уравнения, используемые в этих системах, должны обладать унифицированной структурой, обеспечивающей их эффективное использование для расчётов различных элементов и агрегатов пневмо-гидравлических систем на всех режимах их работы;
- математические модели, основанные на этих уравнениях, должны, по возможности, исключать необходимость дополнительных экспериментальных работ для уточнения характеристик исследуемых процессов;
- методы численного решения уравнений должны отвечать их специфике, обладать достаточной точностью, быстродействием и простотой [6].
В связи с этим разработка эффективных физических и математических моделей и методов численного расчёта на ЭВМ сложных динамических процессов, происходящих при работе гидравлических элементов, машин, агрегатов гидравлических систем теплоэнергетических и робототехнических установок, а также указанных выше машин и оборудования, является современной актуальной проблемой при создании САПР силового гидравлического привода.
Учитывая современные требования к оптимальному управлению силовым гидравлическим приводом, его следует рассматривать как электрогидравлический привод. Это, в свою очередь, определяет меха-тронный подход к построению систем оптимального управления таким приводом, заключающийся в интеграции и взаимном согласовании всех требований, предъявляемых к составляющим такой мехатронной системы: самого силового гидропривода, его механического оборудования и микропроцессорной системы управления приводом. Такой подход позволит решать проблемы экономии потребления энергии автономными мобильными и транспортными системами с силовым гидравлическим приводом за счёт обеспечения оптимальной работы гидросистем на различных режимах, а также позволит обеспечить точное позиционирование нагруженных силовых исполнительных механизмов этих машин.
Динамические процессы, которые происходят в гидравлических системах различных робототехни-ческих и теплоэнергетических установок, а также гидроприводов машин, характеризуются особенностями движения газожидкостных сред с контактными разрывами в каналах гидравлических магистралей, элементов и агрегатов указанных систем. Это требует определённых подходов к теоретическим и экспериментальным исследованиям указанных процессов.
Под контактными разрывами здесь понимают такие поверхности в жидкости, через которые отсутствует поток массы вещества и на которых имеет место разрыв основных параметров жидкой среды: плотности, температуры, вязкости, концентрации какого-либо вещества, растворённого в жидкости и т.п.[7, 8].
К рассматриваемым явлениям можно отнести, например, движения жидких сред с подвижной границей раздела двух сред, в частности - жидкости и газа (пара), жидкости и твёрдого тела. Такие явления имеют место при движении газожидкостных сред в гидравлических каналах с подвижными поршнями и другими подвижными элементами, при опорожнении или заполнении рабочей жидкостью каналов гидравлических магистралей, а также при движении жидких сред в гидравлических каналах элементов и агрегатов (насосов) гидравлических систем. Они возникают при снарядном режиме движения в указанных каналах жидких сред, разделённых газовыми или паровыми пузырями (пробками) и т.п. Каналы могут иметь сложную геометрическую форму, например - плавное или резкое сужение или расширение, ответвления от основных магистралей и т.п. [9, 10].
Здесь наибольший интерес вызывают процессы движения рабочих жидкостей, например гидропривода, в случаях, когда в этих жидкостях выделяются, в виде пузырьков, растворённые в них газы, например атмосферный воздух [11].
Одной из основных задач при исследовании особенностей рассматриваемых процессов является определение законов движения именно подвижных границ разрывов (границ раздела сред). Так как при исследовании процессов движения жидких сред с контактными разрывами рассматриваются подвижные объёмы, состоящие из одних и тех же частиц жидкости, то здесь удобно применять подход Лагранжа как наиболее целесообразный при анализе подобных процессов [12].
Нельзя не отметить существующие проблемы повышения сроков хранения, ресурсосбережения, эффективности и надёжности гидравлического оборудования, работающего в тяжёлых горнодобывающих, дорожных, полевых и экологических условиях их эксплуатации.
По зарубежным данным [7], из 100 аварийных ситуаций гидропривода машин, работающих в тяжёлых условиях их эксплуатации, 90 происходит в результате загрязнения рабочей жидкости гидропривода. Загрязняющими веществами здесь являются твёрдые абразивные частицы горной и дорожной пыли, удобрений, пары воды, кислот, отработавшие газы ДВС, кислород атмосферного воздуха и т.п.
В настоящее время, на наш взгляд, указанные выше проблемы могут быть решены только при условии эффективной частичной или полной изоляции от внешней среды жидких и газообразных рабочих тел гидро- и пневмопривода. Причём из атмосферного воздуха, который используется как рабочее тело пневмо- и гидросистем современных наземных робо-тотехнических и теплоэнергетических установок, а также указанных выше машин и оборудования, работающих в тяжёлых условия их изоляции, необходимо удалить его агрессивную составляющую - кислород, т.е. воздух, используемый для работы пневмосистем и содержащийся в воздушных полостях баков для хранения рабочих жидкостей, необходимо заменить на
гелий, азот, или на другие химически не активные газы. Здесь можно использовать богатый технологический и эксплуатационный опыт космической, ракетной и авиационной промышленности, где широко используются изолированные от внешней среды пневмо- и гидросистемы.
В качестве дешёвых газообразных рабочих тел могут служить, например, лишённые кислорода и очищенные от вредных примесей отработавшие газы поршневых двигателей указанных выше машин и оборудования. Их можно получать на пунктах технического обслуживания двигателей этих машин, используя дешёвые и эффективные экологические очистительные флотационные установки, основанные на применении воды и газожидкостных струйных насосов для эффективного перемешивания отработавших газов с водой. Очищенные отработавшие газы поршневых двигателей можно использовать в качестве рабочих тел изолированных от внешней среды не только гидро-, но и пневмосистем машин и оборудования, работающих в тяжёлых условиях их эксплуатации.
При решении задач, связанных с целесообразностью использования таких газов, следует принимать во внимание сравнительно малые рабочие объёмы полостей, заполняемые этими газами (рис. 1). Это позволяет обойтись малыми финансовыми затратами при обеспечении такими газами парков указанных установок, машин и оборудования.
Внедрение предлагаемых методов и устройств для получения таких газов позволит наряду с решением проблем ресурсосбережения гидравлических систем и оборудования решать важные проблемы экологии окружающей среды на станциях технического обслуживания поршневых двигателей указанных установок, машин и оборудования. При этом для химической промышленности можно попутно получать ценное сырьё в виде водных эмульсий сажи, растворов в воде азотных и серных кислот и т.п.
Следует отметить, что частичная или полная изоляция от внешней среды газообразных и жидких рабочих тел пневмо- и гидропривода, кроме устранения указанных выше проблем, позволит решить ряд существенных задач, связанных:
- с переходом гидропривода на более высокие рабочие давления, что обеспечит возможность уменьшения негативного влияния газовоздушной составляющей на упругие свойства рабочих жидкостей, обеспечит возможность подавления кавитации жидкости в насосах и других элементах, а также уменьшит кавитационную эрозию ответственных элементов гидропривода;
- со старением минеральных масел, влияющим на коррозию металлических деталей привода и ухудшающим эксплуатационные свойства прокладочных материалов;
- с разработкой нового ассортимента рабочих газов и жидкостей;
- с созданием безупречно работающих фильтрующих устройств.
С проблемами надёжного межсезонного хранения, а также безаварийной эксплуатации силового гидравлического привода (в условиях полной или частичной изоляции от внешней среды рабочих жидкостей и газов привода) тесно связаны задачи:
- выбора способов и устройств, постоянно обеспечивающих заданный диапазон изменения давления газа в баках для хранения рабочих жидкостей и газов;
- осуществления надёжного наддува баков с рабочей жидкостью - газами с избыточным давлением с целью изоляции рабочей жидкости от внешней среды, подавления кавитации в насосах, и других элементах и т.п.;
- компенсации утечек и рабочих жидкостей и газов привода в указанных условиях изоляции;
- насыщения рабочих жидкостей - газами до равновесного состояния газожидкостной смеси перед заливкой её в баки с целью обеспечения заданного диапазона изменения давления газов в газовой полости баков при изменении температурных условий, а также - при выработке жидкости из бака, в условиях минимального объёма газовой полости бака и т.п.;
- надёжного запуска струйных, лопастных и объёмных гидравлических насосов при минимальных объёмах газовой полости баков в условиях их изоляции от внешней среды и т.п.
В наиболее ответственных случаях можно полностью исключить контакт газов с рабочей жидкостью гидропривода путём применения элементов вытесни-тельных систем подачи рабочей жидкости с использованием поршней или вытеснительных мешков, например, из фторопласта и т. п.
Чтобы исключить загрязнение рабочей жидкости взвешенной в воздухе абразивной пылью, проникающей через пылезащитные манжеты штоков гидроцилиндров, можно предусмотреть различные способы и средства изоляция загрязнённых поверхностей штоков от внутреннего пространства гидроцилиндров, заполненного рабочей жидкостью. Это возможно выполнить, например, с помощью какого-либо эластичного износостойкого материала. Схема такой изоляции показана на рис. 1.
Следует отметить, что во всякой рабочей жидкости гидропривода, как и в любой технической жидкости, всегда присутствует какая-то доля растворённого воздуха в виде мельчайших газовых включений. Растворение воздуха в рабочей жидкости происходит вследствие того, что в баках до их заправки рабочей жидкостью всегда остаётся некоторое количество свободного воздуха, даже после вакууммирования баков с целью заправки их другим газом.
На определённых режимах работы гидропривода, например при запуске, при переходных режимах, когда, после открытия предохранительных клапанов, после включении в работу пусковых или регулирующих гидравлических органов, идёт разгон жидкости, происходит резкое уменьшение давления в гидросистеме, вызванное ускорением потока. В этих случаях, когда давление в гидросистеме, хотя и кратковременно, становится меньше равновесного для данной тем-
пературы, растворённые газы начинают интенсивно выделяться из рабочей жидкости. При этом изменяются технические характеристики привода, что во многих случаях может полностью нарушить работу ответственных узлов и механизмов машин и оборудования [1, 3].
Указанные выше обстоятельства играют важную роль в работе гидроприводов мехатронных систем и гидросистем теплоэнергетических установок, а также указанных выше машин и оборудования, рабочая жидкость которых из-за выделения растворённых в ней газов может резко ухудшить свои главные эксплуатационные свойства в течение очень коротких промежутков времени.
Наиболее интенсивно эти процессы происходят на этапах заполнения рабочей жидкостью каналов гидравлических магистралей, элементов и агрегатов гидравлических систем теплоэнергетических установок в процессе их запуска и на переходных режимах их работы. Для понимания и изучения этих процессов становятся актуальными проблемы создания простых и эффективных физических и математических моделей, учитывающих влияние газовой составляющей на упругие характеристики рабочих жидкостей гидропривода. Актуальными становятся также и проблемы создания моделей динамики газовых пузырьков в газожидкостной среде, учитывающих особенности изменения их объёма в ограниченном пространстве газожидкостной среды, а также особенности тепломассообмена парогазовых пузырьков с газожидкостной средой в указанных выше условиях изоляции рабочих жидкостей и газов гидро- и пневмопривода от окружающей среды.
)1 /VI
т газ
Рис. 1. Объёмный гидропривод с изолированной от внешней среды рабочей жидкостью и газом: 1 - регулируемый гидронасос; 2 - гидроцилиндр; 3 - защитная манжета; 4, 5, 6 - гидроклапаны; 7 - подкачивающий насос; 8 - редуктор; 9 - бак с газом
Здесь могут оказаться полезными модели и методы расчёта, а также результаты экспериментальных исследований, изложенные в работах [10, 11].
Рассмотрим некоторые аспекты проблемы энергосбережения силового гидравлического привода [6].
Силовой гидравлический привод, обладая рядом несомненных преимуществ по сравнению с другими видами силовых приводов, например механическим и электрическим, не лишён, к сожалению, и недостатков, связанных с невосполнимыми потерями энергии при его работе на нерасчётных режимах, с большими и частыми перегрузками, особенно при малых оборотах валов гидронасосов и гидротурбин, а также на режимах их регулирования. Существенные потери энергии силового гидравлического привода (особенно объёмного) происходят также в результате потери его герметичности, износа (из-за вибрации, коррозии, кавитационной эрозии, абразивного трения) его ответственных элементов и механизмов при работе в горных, дорожных и полевых условиях в атмосфере со взвешенной пылью, в условиях бездорожья, при низких и высоких температурах, когда существенно изменяются расчётные значения вязкости рабочей жидкости, в условиях перегрева, кавитации, а также при выделении растворенного в рабочей жидкости воздуха и др. [1, 3].
Для объёмного силового гидравлического привода, который практически повсеместно применяется в манипуляционных системах, горных, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машинах, на всех видах транспорта, подъёмном оборудовании и т. п., очень важной является проблема потерь энергии рабочей жидкостью при дроссельном регулировании. Этот тип регулирования осуществляют на указанном виде силового гидравлического привода малой мощности (до 6 кВт) и приводе манипуляционных систем, имеющих несколько степеней подвижности, из-за его простой реализации.
Дроссельное регулирование объёмного гидропривода основано на совместной работе дросселя и предохранительного (переливного) клапана, с помощью которых решаются задачи [2]:
- регулирования скорости движения выходного звена силовых элементов (штока гидроцилиндра, поворотного устройства или вала гидромотора);
- защиты гидросистемы от перегрузок;
- обеспечения «непрозрачной» характеристики гидропривода (при открытом предохранительном клапане).
В гидроприводах больших мощностей применяют дорогостоящее объёмное регулирование, которое имеет значительно большие, чем дроссельное регулирование, КПД. Объёмное регулирование основано на применении регулируемых по объёму объёмных гидромашин, которые, как правило, быстро изнашиваются в тяжёлых условиях эксплуатации машин и оборудования.
Основной причиной существенных потерь энергии при дроссельном регулировании является потеря давления в дросселе, а также унос значительной доли
3
8
энергии потока рабочей жидкости вместе с частью его массы через переливной (сбросной) или предохранительный клапаны. Это приводит к тому, что, например, даже при КПД объёмных гидронасосов и гидродвигателей, близких к 100 %, КПД регулируемого гидропривода (для его схем с последовательно включенным дросселем на входе в гидродвигатель) не превышает 38,5 % [1]. Такое низкое значение КПД объёмного гидропривода с дроссельным регулированием объясняется тем, что даже при оптимальных режимах его работы только 58 % подачи насоса направляется в гидродвигатель. Остальной поток рабочей жидкости идет через переливной клапан, снижая, тем самым, полезную мощность привода. В указанных схемах при работе дросселя только 2/3 рабочего давления, создаваемого насосом, идет на работу гидродвигателя.
Таким образом, при указанном способе дроссельного регулирования, значительная потеря мощности происходит одновременно и в дросселе, и при сливе части рабочей жидкости через клапан. Следует отметить, что общий КПД объемного гидропривода в указанных случаях будет еще меньше за счёт потерь мощности в объёмных гидронасосе и гидродвигателе, так как значительную долю времени объёмный гидропривод с дроссельным регулированием, используемый в гидросистемах манипуляционных, мобильных и транспортных машин и оборудования, работает на режимах, существенно отличающихся от расчётных.
Исследования, проведенные авторами, показали, что в силовом гидроприводе с дроссельным регулированием вместо дросселя и за переливным (предохранительным) клапаном полезно устанавливать дополнительную (не регулируемую по объёму) объёмную обратимую гидромашину (ОГМ) (гидромотор - гидронасос), силовой вал которой соединяется с валом какого-либо потребителя механической энергии, например с валом насоса, компрессора, генератора электрической энергии и т.п. (рис. 2). При этом можно преобразовывать значительную часть безвозвратно теряемой (при обычном дроссельном регулировании) полезной энергии потока рабочей жидкости гидропривода в дополнительную полезную механическую или электрическую энергию.
Дополнительная объёмная обратимая гидромашина (ОГМ), например пластинчатый гидромотор-гидронасос, вал которого соединяется с валом какого-либо потребителя механической энергии или генератором электрической энергии, работая на режиме гидромотора, является стоком (потребителем) энергии жидкости. Он может выполнять функции регулируемого гидравлического дросселя (рис. 2) с той лишь существенной разницей, что позволяет преобразовывать значительную долю безвозвратно теряемой в дросселе энергии жидкости в дополнительную полезную механическую или электрическую энергию, которую можно запасать и использовать на борту машины, например для повышения мощности этого же привода или для его стабилизации, используя гидромотор в качестве дополнительного гидронасоса, а
генератор электрической энергии - в качестве электродвигателя. Здесь можно использовать принцип обратимости гидро- и электромашин.
5
Рис. 2. Схема регулируемого объёмного гидропривода с дополнительной объёмной обратимой гидромашиной (ОГМ) (гидромотором - гидронасосом) вместо дросселя: 1 - бак; 2 - объёмный гидронасос; 3 - дополнительная объёмная обратимая гидромашина (ОГМ) (гидромотор -гидронасос), установленная вместо дросселя; 4 - гидрораспределитель; 5 - гидроцилиндр; 6 - переливный (предохранительный) клапан; МОГМ - момент на дополнительной обратимой гидромашине
Гидромотор, установленный вместо регулируемого гидравлического дросселя, может выполнять его функции, если регулировать нагрузку на его силовом валу, соединив этот вал, например, с валом насоса, компрессора, генератора электрической энергии и т.п. При этом функции регулятора давления на входе в гидромотор, установленный вместо дросселя, может выполнять какой-либо регулятор потребляемой механической энергии этого гидромотора, либо регулятор потребляемого электрического тока, если вал гидромотора соединён с валом генератора электрического тока. Повышая или, наоборот, понижая таким способом давление на входе в гидромотор, можно регулировать степень открытия переливного клапана, и тем самым регулировать расход жидкости в напорной магистрали привода.
Удаляемую через переливный (предохранительный) клапан рабочую жидкость гидропривода можно также, с целью полезного использования её энергии, направлять, например, в другую секцию этого же гидромотора, который можно выполнять, например, многосекционным. В одну из секций многосекционного гидромотора можно направлять также и рабочую
жидкость из вытеснительной полости гидроцилиндра в случае, когда груз подъёмного устройства или манипулятора опускается. Такое решение оказывается особенно полезным в случаях, когда механизмы с большой массой, например жатка комбайна, подъёмные или манипуляционные устройства с грузом или без него, опускаются под действием сил тяжести. Указанное решение, на наш взгляд, ещё более полезно реализовывать на силовом объёмном гидравлическом приводе большой мощности (более 6 кВт), используя здесь (вместо традиционного дорогостоящего объёмного регулирования) изложенные выше принципы энергосбережения и регулирования гидропривода, применяя их в манипуляторах и роботах, дорожно-строительных машинах, на подъёмном, подъёмно-транспортном оборудовании и т.п.
Описанные выше принципы регулирования и энергосбережения, которые предлагается использовать при регулировании объёмного гидропривода, можно, на наш взгляд, реализовывать и на электрическом силовом приводе там, где применяются электрические дроссели, устанавливая вместо этих дросселей -обратимые электромашины (электродвигатели - электрогенераторы), с целью полезного использования электрической энергии, теряемой в дросселях.
В объёмном гидроприводе часто используют такие схемы гидропривода, в которых несколько гидродвигателей - гидромоторов, поворотных устройств и гидроцилиндров питаются рабочей жидкостью от одного гидронасоса. В этом случае давление на входе в каждый гидродвигатель будет практически одинаковым. Если учесть, что потребное давление на входе многих гидромоторов ниже, чем для гидроцилиндров, то для снижения давления на входе в каждый гидромотор необходимо устанавливать либо дроссель, либо редукционный клапан, а это приводит к дополнительным потерям и снижению общего КПД гидропривода. В таких случаях используют многопоточные схемы, в которых питание каждой группы (потока) гидродвигателей, например гидромоторов или гидроцилиндров, осуществляется своим автономным насосом. В этих случаях можно избавиться от необходимости установки дорогостоящих автономных насосов, понижая давление с помощью полезного отбора мощности указанными выше способами и устройствами.
Для гидродинамического привода (с гидродинамическими передачами в виде гидромуфт и гидротрансформаторов), проблема потерь энергии жидкости при работе этого вида привода в режиме его перегрузок (при малых оборотах гидротурбины), а также при его регулировании, является не менее актуальной, чем для объёмного гидропривода. Здесь эта проблема осложняется трудностями самого процесса регулирования этого вида силовой гидравлической передачи, которые состоят в том, что гидронасос и гидротурбина заключены в замкнутом, герметичном и вращающемся объёме, заполненном рабочей жидкостью.
Предварительные исследования показали целесообразность установки в рабочей полости гидромуфт дополнительного колеса гидротурбины (дополнитель-
ной гидротурбины) (рис. 3), силовой вал которой соединяется с валом какого-либо потребителя механической энергии или генератора электрической энергии. Для гидротрансформатора такая гидротурбина может быть установлена также дополнительно, либо вместо реактора.
Рис. 3. Схема регулируемого гидродинамического привода с дополнительной лопастной обратимой гидромашинной (ОГМ) (гидротурбиной - гидронасосом): Н - лопастной гидронасос; Т - лопастная гидротурбина; ДМ - дополнительная лопастная обратимая гидромашина (ОГМ) (гидротурбина -гидронасос); МОГМ - момент на дополнительной обратимой гидромашине
Такое решение может быть полезным для повышения эффективности гидродинамического привода на различных режимах его работы, в том и на режимах его регулирования, а также с целью его стабилизации. Полученную механическую или электрическую энергию можно запасать и использовать на борту машины с обратимым гидравлическим (пневматическим) двигателем или с гибридным или комбинированным электрическим двигателем (электрическим двигателем - генератором). Эту энергию можно использовать в случае необходимости, например для стабилизации оборотов вала основной (силовой) турбины. Здесь возможно так же, как и для описанного выше способа стабилизации объёмного гидропривода с гидромотором, использовать принцип обратимости гидро- и электромашин.
Функции регулирования оборотов вала силовых турбин для гидромуфт и гидротрансформаторов здесь, также как и для объёмного гидропривода, может выполнять регулятор потребляемой механической или электрической энергии.
Такое решение проблемы повышения эффективности гидродинамического привода может быть весьма полезным, в первую очередь, при работе этого
вида привода на тормозных режимах, например, при опускании грузов, при движении автомобиля «накатом», с целью его торможения, когда из-за разъединения валов насоса и турбины гидропередачи нельзя использовать тормозящий эффект самого двигателя. Здесь, как и в объёмном гидроприводе, можно превращать работу сил тяжести Земли в полезную механическую или электрическую энергию.
Используя описанный выше принцип полезного отбора мощности гидромуфт и гидротрансформаторов, который рассматривается здесь с целью регулирования оборотов вала силовой турбины, можно также попутно решать и другие задачи повышения эффективности работы гидромуфт и гидротрансформаторов. Например, избавиться от необходимости применять гасители полезной энергии потока рабочей жидкости в виде порога в гидромуфтах, которые устанавливают для стабилизации потока при больших перегрузках, а также для снижения коэффициента перегрузки гидромуфты с целью повышения её защитных свойств [1]. Можно уйти от необходимости использования черпальных трубок, применяемых для уменьшения рабочей массы жидкости гидромуфт и гидротрансформаторов с целью их регулирования, эффективно решать задачи стабилизации указанного вида привода и др. задачи.
Приведенный выше анализ указанных проблем, рассмотренные аспекты, проведенные исследования и предложенные принципы могут служить основой дальнейших перспективных направлений исследования способов повышения эффективности силового гидравлического привода манипуляционных и меха-тронных систем, теплоэнергетических установок, а также горных, транспортных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных машин и оборудования, особенно работающих в тяжёлых условия их эксплуатации. Они могут быть также полезны при решении задач выбора перспективных направлений совершенствования не только существующих, но и создания новых образцов силового гидравлического привода
Поступила в редакцию
указанных выше систем, установок, машин и оборудования.
Литература
1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Под ред. Т.М. Башта. М., 1972.
2. Вощинин А.И., Савин И. Ф. Гидравлические и пневматические устройства на строительных и дорожных машинах. М., 1965.
3. Ловкис Э.В. Гидроприводы сельскохозяйственной техники: конструкция и расчёт. М., 1990.
4. Робототехника. Автоматические манипуляторы и робото-технические системы / Под ред. член - кор. АН СССР Е.П. Попова. М., 1984.
5. Автоматизированное проектирование машиностроительного гидропривода / Под ред. С.А. Ермакова. М., 1988.
6. Бабенков Ю.И., Озерский А.И. К анализу перспективных направлений развития силового гидравлического привода // Материалы междунар. конф. «ИНТЕРАГРОМАШ». Ростов н/Д., 2008.
7. Озерский А.И., Полухин Д.А., Сизонов В.С. Исследование одномерных движений жидких масс с контактными разрывами в магистралях, содержащих насосы // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1979. № 2. С. 143-150.
8. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1, 2 М., 1973.
9. Озерский А.И., Полухин Д.А., Сапрыкин В.И., Сизонов В.С. Затекание жидкости в ответвление от основной магистрали // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1983. № 5. С. 166-169.
10. Озерский А.И., Полухин Д.А., Сапрыкин В.И., Сизонов В.С. Об ударном повышении давления в жидкости при заполнении ею трубопроводов с местными сопротивлениями. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1987. № 1. С. 163-166.
11. Бабенков Ю.И., Озерский А.И., Сапрыкин В.И. К модели расчёта динамики газового пузырька в газожидкостной среде // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. № 2. С. 18-20.
12. Озерский А.И. К расчёту движения жидких сред с контактными разрывами в каналах сложных геометрических форм // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. № 5. С. 20-26.
9 октября 2008 г.
Озерский Анатолий Иванович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Ростовского государственного университета путей сообщения. Тел. 863-2-72-63-68.
Бабенков Юрий Иванович - канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Теплотехника и гидравлика» Ростовской академии сельскохозяйственного машиностроения. Тел. (86325)2-14-14.
Шошиашвили Михаил Элгуджевич - докт. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. (86352)5-56-42.
