CC BY
3
УДК 69.002.51:62-82
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-179-184
УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕКУЩЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДА БУЛЬДОЗЕРА ОТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
С.Н. Орловский, А.И. Карнаухов, В.А. Соколова, А.А. Ореховская, С.Е. Арико, А.С. Кривоногова, Ю.Л. Пушков
В статье приведены выводы зависимости текущей температуры рабочей жидкости гидравлической системы управления бульдозера от эксплуатационных факторов. Представлены результаты экспериментальной проверки и их сопоставление с теоретическими зависимости. На основании анализа и экспериментальной проверки, предлагаемой для расчета температуры жидкости гидропривода бульдозера зависимости можно сделать вывод о достаточной ее сходимости с процессом изменения температуры при работе бульдозера в реальных условиях эксплуатации.
Ключевые слова: гидропривод, тепловой режим, жидкость, цикличность, работа.
В существующих в настоящее время методиках расчета теплового режима гидропривода для определения текущей температуры жидкости используется зависимость, выведенная для приводов станков [2, 5, 10]:
й / _ 2fciFiT\ _ ШЕ±Т
M = -r—(1-е ZC1G1 ) + м1е ZC1G1 , (1)
л fcifi V )
где At - перепад температуры рабочей жидкости £рж и температуры окружающей среды toc, °C; 8 -тепловыделение в системе,ккал; к — коэффициент теплопередачи, ккал; F - площадь теплопередающей поверхности, м2; с - теплоемкость гидравлической жидкости, ккал/кгград; G1 - вес соответственно жидкости и металла системы, кг; т - длительность работы привода, час; — начальный перепад; 0C.
Однако, эта формула не учитывает характерную для бульдозеров цикличность действия привода, вследствие которой изменяются параметры 0, F1, G1, к1, применяемые для станков, а точность расчеты температуры не всегда находится в допустимых пределах. В связи с этим существует необходимость в зависимости, которая учитывала бы особенность работы привода бульдозера [3, 4].
Объекты и методы исследования. Предлагаемая статья посвящена выводу зависимости изменения температуры в гидравлическом приводе бульдозера в зависимости от условий эксплуатации. При этом цикличность работы гидропривода учтена следующими положениями [7, 15]:
— система привода, включающая бак, насосы, распределитель, цилиндры и их линии, условно названа большим контуром и разбита на две подсистемы - малый контур, включающая цилиндры и их подводящие и отводящие линии;
— рабочий цикл тц системы разбит на периоды:
1) работа по большому контуру в течение времени
^бк ^вкл 'Лвкл,
где твкл - средняя длительность одного включения, час; пвкл _ количество включений большого контура.
2) работа по малому контуру в течение времени тмк = тц — Тбк, за которое тепловой баланс в подсистеме гидроцилиндра изменяется только за счет теплообмена с окружающей средой;
3) работа по большому контуру в течение пренебрежимо малого времени, достаточно чтобы жидкость подсистем перемешалась, а температура уравнялась.
Для каждой подсистемы за время указанных периодов цикла составлены уравнения тепловых балансов, которые имеют следующий вид [1]:
— для большого контура системы
8бктбк = с1^ж бк(^2 + с2^мет бк(^2ст _^1ст) + ^бк^бк(£'ст _ ^ос) тбк; (2)
где 8бк - тепловыделение большого контура, ккал; тбк - длительность большого контура, час; Сж бк- вес жидкости большого контура, кг; fr, fr - температура рабочей жидкости; сг - теплоемкость метала, ккал/кг град; Смет бк - металлоемкость большого контура, кг; ¿Сть frx2 - сред-
няя по толщине температура стенки в начальный период цикла и после работы привода по большому контуру за время тбк ; квк — коэффициент теплопередачи большого контура, ккал; F6k - площадь теплопередающей поверхности большого контура, м2; t'CT - средняя температура стенки в указанные промежутки времени; /ос - остаточная температура; тбк - длительность работы большого контрура, час.
- для малого контура
®мк^мк с1^жмк(^3 ^2) ^^2^метмк(^3ст ^2ст) ст ^ос) ^мк; (3)
где 0мк - тепловыделение малого контура, ккал; тмк - длительность малого контура, час; Сж мк- вес жидкости малого контура, кг; /з - температура рабочей жидкости; Смет бк - металлоемкость малого контура, кг; tCT3 - средняя по толщине температура стенки после работы привода по малому за время тмк; &мк - коэффициент теплопередачи малого контура, ккал; F™ - площадь теплопередающей поверхности малого контура, м2; t''ст - средняя температура стенки в указанные промежутки времени; тмк - длительность работы малого контрура, час;
- для подсистемы гидроцилиндров
с1^ж г-ц^2 ^с2^мет г-ц^2ст _ с1^ж г-ц^2 ^с2^мет г-ц^2ст ^ ст _^ос)^мк, (4)
где Сж г_ц,Смет г_ц- количество рабочей жидкости и металлоемкость гидроцилиндров; t2 - температура в подсистеме гидроцилиндров после истечения второго периода цикла, при этом средняя по толщине температура стенки подсистемы - t'CT; &г-ц — коэффициент теплопередачи подсистемы гидроцилиндров, ккал; F-ц - площадь теплопередающей поверхности гидроцилиндра, м2; /"'ст - средняя температура стенки в указанные промежутки времени, определяемая полу суммой начальной и конечной величин ¿¡+1Ст температур:
_ ^ст+ ^1+1Ст (5)
Результаты и их обсуждение. Решив уравнение (2), (3), (4) относительно /з и t2, рассчитываем температуру жидкости в системе после смешения объемов Gжмк и Gм г-ц:
. __+ '^ж г-ц
С4 — Z , (6)
"ж бк
Подставив в формулу (6) значения /з и t2, атакже произведя соотвествущие замены, получим выражение:
f4 = „ м"17 Т + „ бк, I" ^ +^1МбкВбк + ^ос(сбк + АбкВбк), (7)
тмкт Чмк^мк 'абк~г чбк^бк
где гмк - коэффициент показывающий отношение веса жидкости возле i точки к весу жидкости малого контура; Вбк - потери энергии в большом контуре системы; М, A, m, q - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры гидросистемы в малом (мк) или большом (бк) контурах системы.
Г1 = -^Ч (8)
"ж бк
где Сж{ - вес жидкости возле i-той стенки,
к-
mi = ciG.i + с2^ж1 ~ ; (9)
а
21
где к1 - коэффициент теплопередачи от /-той стенки; 02 - коэффициент теплопередачи в окружающую среду от /-той стенки;
= ТТТ' (10)
¿.(А1
где т - коэффициеты, характеризующие режим работы и конструктивные параметры гидросистемы; Т; - время работы системы в соответсвующем контуре системы; щ -коэффициент теплопередачи /-той стенки; к^ - коэффициент использования гидросистемы, определяющий длительность её работы в соответсвующем контуре системы.
е™= М7^; (11)
где ^ - площадь тепловыводящей поверхности соответвующего контуре системы.
^ =-Ц^; (12)
1 2а21
= —^л?; (13)
Вбк = МбкГмк+Мг-цГг-ц; (14)
где Гмк - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры гидросистемы в малом контуре системы; Гг-ц - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры в подсистеме гидроцилиндров.
180
Сбк ^мк+Л-ц^-ц (15)
где Сбк - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры гидросистемы в большом контуре системы; Амк - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры гидросистемы в малом контуре системы; Аг-ц - коэффициет, характеризующий режим работы и конструктивные параметры в подсистеме гидроцилиндров.
Для представления зависимости температуры в общем виде используем уравнение Лангража [5, 8];
/ (с)=, (1б)
согласно которого
dt t4—ti
dr
(17)
1ц
где 14 - температура жидкости в системе после смешения объемов Gжмк и Gм г-ц После подстановки значения ¿4 уравнение (17) имеет вид:
й£= Г 9мкгмк^мк + вбкВбк*бк +í1(MбкВбк -1) + £ос(сбк + АбкВбк)1^ , (18)
dт имк+ ЧмЛк тбк + Чбк^бк ^ бк бк * бк бк бк^ т' 4 '
где пц - количество циклов работы гидропривода.
Умножив обе части уравнения на ^т, раскрыв скобки и подставив значения тбк = — к
и тмк = — (1_ получим выражение [9]:
гмк(1—k)dr 6QKBQKkdT D .. dr , „ . D . dr
dt = — + + t!(M6KB6K -1)пц f + toc(c6K + АбкВбк)пц f (19)
^мк+ Чмк T-Ci-fc) тбк + Чбк —к 4 Т т
Иц Иц
где k - коэффициент использования привода во времени. Далее интегрируя:
/ dt = (1-Ю9мкГмк / m ^Чп „ +^Вбк0бк I m т. +^1(МбкВбк -1)Пц х
Иц ^ц
dr Г dr
х
Г dr Г dr
I ~ +^ос(Сбк +АбкВбк)Пц I ~
получим:
0мкгмкПц, / , Чмк(1_Ю \ , 0бкВбкПц, / , Чбк к
£ =-1п 1тмк Н--т) Н--1п 1тбк Н--т) +
Ч \ Пц у Чбк \ Пц
+^(МбкВбк -1)Пц1пт + ¿ос(Сбк + АбкВбк)Пц1пт + С . (20)
С - начальная температура системы.
Задав начальные условия: т = 0, ^ = ¿1 и подставив их в (20) уравнение имеет вид:
^мкгмк^ , 0бкВбкЛц, , „
¿1 =-1птмк Н--1птбк + С,
Чмк Чбк
откуда:
®бкВбкЛщ . . /Л1\
С =--■;-1п^мк--т-1п^бк + (21)
Чмк чбк
Подставив это выражение в зависимость (20), упростив ее, получим окончательное выражение текущей температуры рабочей жидкости гидропривода бульдозера [6, 11-13]:
Я. ®мкгмк-^ 1 | „„ I ^мк (1-к) \ 9бкВбкПц, (Л й^бк ,
с =-1П тмк Н--т I Н--т(1 Н---Ь
Ч \ Пц ) (?бк 4 ^бкПц
+fi[1 + (МбкВбк - 1)пц1пт] + £ос(СбК + А^бкВбк)Пц1пт. (22)
tin flV
где t[, in, tm, tiv - величины определяющие температуру жидкости в гидроприводе.
Таким образом, согласно зависимости (22) температура жидкости в гидроприводе определяется суммой составляющих tj, £ц, ¿щ, tiv, величины которых зависят от основных показателей работы привода [14].
Их анализ по результатам многочисленных расчетов показывает, что в значительных случаях ti>tn, in достигает больших значений только при длительной работе привода по большому контуру, т.е. с увеличением коэффициента k. Величина колеблется около значения начальной температуры рабочей жидкости ti и увеличивается с повышением величин коэффициентов теплопередачи ki. Слагаемое tiv при малых значениях коэффициентов теплопередачи и площадей теплопередающих поверхностей не оказывает заметного влияния на величину tFX, увеличиваясь с их повышением.
Заключение. Экспериментальная проверка зависимости текущей температуры рабочей жидкости, проведенная для гидропривода бульдозера Д 521, показала несоответствие расчетных результатов с экспериментальными в среднем до 10%. На графике (рисунок) линией 2 показано изменение расчетной температуры, а линей 1 действительно измеренной в баке привода при его работе в заданных условиях. Из графика видно, расчетные величины температуры превышают действительные, что объясняется принятым при расчете допущением об идентичности тепловыделения и других показателей рабочих циклов гидропривода с показателями усреднённого цикла, характеристика которого определена в начале эксперимента, когда при не нагретой рабочей жидкости потери давления повышены.
рж 50 2
70
0.5 1.0 1.5 2.0
X, чае
Изменение температуры рабочей жидкости в гидроприводе бульдозера: 1 - измеренный в баке при разработке и перемещении бульдозером грунта на участке 20 м при toc = 16 0С и скорости ветра 0 -1 м/сек.; 2 - расчетная для условий эксперимента
На основании анализа и экспериментальной проверки, предлагаемой для расчета температуры жидкости гидропривода бульдозера, зависимости можно сделать вывод о достаточной ее сходимости с процессом изменения температуры при эксплуатации бульдозера.
Список литературы
1. Остыловская Л.А., Остыловская О.А. Теория вероятностей и математическая статистика. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. 224 с.
2. Полетайкин В.Ф., Авдеева Е.В. Погрузочные машины: учебное пособие. Красноярск: СибГТУ, 2001. 200 с.
3. Умиров Н.Т. Температурно-динамические качества комбинированной системы охлаждения. Л.: Машиностроение, 1984. 261 с.
4. А.с. 939852 СССР. Система регулирования температуры рабочей жидкости в гидроприводе / С.В. Каверзин, С.И. Васильев (СССР). Опубликован. 1982. Бюл. №24.
5. Бернгард Ю.Г., Гайцгори М.М. Алгоритм формирования математической модели гидропривода произвольной структуры. М.: Машиноведение, 1977. № 1. С. 58-65.
6. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: справочное пособие. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: Машиностроение, 1971. 670 с
7. Васильченко В.А. Исследование гидравлического оборудования строительных и дорожных машин с целью обеспечения работоспособности при низких температурах: Автореф. дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук // Всесоюз. науч.-исслед. ин-т строит. и дор. машиностроения. М., 1972. 25 с.
8. Веледницкий Ю.Б., Яркий А.А. Режимы нагружения бульдозера на тракторе 15т // Труды ВНИИСТРОЙДОРМАШ. 1970. Вып. 47. С. 2735.
9. Казанцева Л.И., Предтеченский Е.С. Работа бульдозера Д-521 на разрыхленных мерзлых и взорванных скальных породах // Строительные и дорожные машины. 1974. № 9.
10. Хинчин А.Я. Восемь лекций по математическому анализу. 4-е изд., изм. М.: Наука, 1977. 279 с.
11. Куликов М.В., Орловский С.Н., Сентябов А.В. Результаты исследований динамики прогрева систем и агрегатов трактора при низких температурах // Строительные и дорожные машины. 2012. № 9. С. 45 - 47.
12. Куликов М.В., Орловский С.Н. Прогрев систем и агрегатов трактора отработавшими газами при работе в условиях пониженных температур // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 12. С. 116 - 121.
13. Куликов М.В., Орловский С.Н. Результаты исследований динамики прогрева систем и агрегатов трактора при низких температурах // Строительные и дорожные машины. 2012. № 9.
14. Куликов М.В., Орловский С.Н. Прогрев рабочих жидкостей систем и агрегатов трактора выхлопными газами при низких температурах работы трактора Т-150К // Вестник АГАУ. 2012. № 8. С. 116-121.
15. Куликов М.В. Повышение эффективности лесозаготовительных тракторов путём улучшения температурных режимов их систем и агрегатов: диссертация ... кандидата технических наук: 05.21.01 / Куликов М.В.; [Место защиты: Сиб. гос. технол. ун-т]. Красноярск, 2013. 160 с.
Орловский Сергей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, orlovskiysergey@mail. ru, Россия, Красноярск, Красноярский государственный аграрный университет,
Карнаухов Андрей Иванович, канд. техн. наук, доцент, karnaukhov.ai@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет науки и технологий им. Академика Н. Ф. Решетнёва,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, sokolova_vika@inbox.ru, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Ореховская Александра Александровна, канд. с.-х. наук, начальник отдела по работе с грантами и научно-образовательными центрами, orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru, Россия, Белгородская область, п. Майский, Белгородский государственный аграрный университет имени
B.Я. Горина,
Арико Сергей Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, sergeyariko@mail.ru, Республика Беларусь, Минск, Белорусский государственный технологический университет,
Кривоногова Александра Станиславовна, канд. техн. наук, доцент, kas.spb.lta@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М.Кирова,
Пушков Юрий Леонидович, канд. техн. наук, доцент, pushkov_yura@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им.
C. М. Кирова
ESTABLISHMENT OF OPTIMUM OPERATING TEMPERATURE CONDITIONS OF BULLDOZER HYDRAULIC DRIVE FLUID
S.N. Orlovskiy, A.I. Karnaukhov, V.A. Sokolova, A.A. Orekhovskaya, S.Ye. Ariko, A.S. Krivonogov, Yu.L. Pushkov
The article presents the conclusions of the dependence of the current temperature of the working fluid of the hydraulic control system of the bulldozer on operational factors. The results of experimental verification and their comparison with theoretical dependencies are presented. Based on the analysis and experimental verification proposed for calculating the temperature of the bulldozer hydraulic drive fluid, it can be concluded that it sufficiently converges with the process of temperature change during the operation of the bulldozer in real operating conditions.
Key words: hydraulic drive, thermal regime, liquid, cyclicity, work.
Orlovskiy Sergey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, orlovskiyser-gey@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Krasnoyarsk State Agrarian University,
Karnaukhov Andrey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, karnaukhov. ai@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,
Sokolova Viktoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolo-va_vika@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Orekhovskaya Alexandra Aleksandrovna, candidate of agricultural sciences, docent, head of department, orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru, Russia, Maiskiy village, Belgorod State Agrarian University named after V.Ya. Gorin,
Ariko Sergey Yevgen'evich, candidate of technical sciences, docent, sergeyariko@mail.ru, Republic of Belarus, Minsk, Belarusian State Technological University,
Krivonogova Alexandra Stanislavovna, candidate of technical sciences, docent, kas.spb.lta@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Saint Petersburg State Forest Technical University,
Pushkov Yury Leonidovich, candidate of technical sciences, docent, pushkov_yura@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Saint Petersburg State Forest Technical University
УДК 004.42
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-184-188
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПЫТАНИЙ
Я.Н. Гусеница, Э.Р. Мингачев, Д.О. Петрич
В данной работе предложена методика автоматизированного оценивания эффективности испытаний, основывающаяся на вычислении ключевых показателях теории эффективности - результативности, оперативности и ресурсоемкости. Методика позволяет получить численную оценку эффективности проведения испытаний - как априорную, необходимую при планировании, так и апостериорную, требующуюся при анализе результатов. На основе предложенной методики разработана программа, позволяющая автоматизировать процесс оценивания. Программа позволяет получать как общую оценку, так и оценку каждого из показателей по-отдельности, а также экспортировать и импортировать введенные данные и искомые результаты.
Ключевые слова: испытания, объём испытаний, стоимость испытаний, оценка, достоверность, полнота, эффективность, ресурс, автоматизация.
В современных условиях создание принципиально новой продукции неотъемлемо связано с проведением испытаний, которые позволяют проверить конструктивно-технологические решения, соответствие показателей качества заданным требованиям, а также получить сравнительные оценки нескольких разработок.
Эффективность испытаний, как целенаправленного процесса, определяется с помощью показателей результативности, оперативности и ресурсоемкости [1]. При этом в роли показателей результативности выступает достоверность РИ и полнота результатов испытаний, в роли показателя оперативности - продолжительность проведения испытаний Ти, в роли ресурсоемкости - стоимость проведения испытаний Си [1].
Спецификой современных испытаний являются их значительная продолжительность и высокая стоимость, наличие ограничений по воспроизведению всего комплекса условий функционирования объекта испытаний [2].
В этих условиях особую значимость приобретает оценивание эффективности испытаний, по итогам которой становится возможно, как спланировать проведение испытаний, так и подтвердить качество результатов испытаний.
