автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Разработка научных основ построения, расчета и применения многофункциональных объемных насосных агрегатов

На правах рукописи

БРИТВИН Лев Николаевич

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ПОСТРОЕНИЯ, РАСЧЕТА И ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОБЪЕМНЫХ НАСОСНЫХ

АГРЕГАТОВ

(05.02.02 — Машиноведение, системы приводов и детали машин; 05.04.13 — Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

Диссертация посвящается памяти профессора Вячеслава Вячеславовича Мишке.

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Щерба Виктор Евгеньевич,

доктор технических наук, профессор, академик РИА и МИА, президент РАПН, член исполкома EUROPUMP

Караханьян Владимир Карпович,

доктор технических наук, профессор

Синев Александр Владимирович

Ведущая организация: Научно-производственное объединение гидравлических машин (ЗАО НПО «ГИДРОМАШ»)

Защита состоится «_»_2004 г. в_час в ауд. 42

на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125829, г. Москва, Ленинградский пр., 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Доктор технических наук

Л.Г. Петрова

Вводимые понятия, основные сокращения

ФИП - функциональный источник гидропитания одно- и многопоточных гидросистем, реализующий с заданной точностью зависимости Q-R,(Rj- рабочий параметр, например R,= Р,, где Р,-давление в заданном узле гидросистемы) или другие интегральные или временные характеристики, придающие гидросистеме требуемые функциональные свойства. ФИП - ведущее (входное) звено гидросистемы.

ОГМ - объемная гидромашина.

НА - объемный насосный агрегат.

ФНА - многофункциональный НА, обладающий свойствами ФИП за счет прямых (введением в НА функциональных звеньев) и/или косвенных (за счет ФИМ или САУ, воздействующих на ФМР) способов придания ему требуемых характеристик.

МР - механизм регулирования, изменяющий величину цикловой подачи насоса или ФНА без воздействия на характер протекания его рабочего процесса (цикла). Гидравлический МР - механизм регулирования, воздействующий на характер протекания рабочего процесса (форму индикаторной диаграммы) при изменении подачи насоса.

ФМР - функциональный механизм регулирования цикловой подачи, состоящий из совокупности ФЗ (включенных в энергосиловую кинематическую цепь преобразования энергии), воздействующих на характер протекания его рабочего цикла и временные и/или интегральные характеристики, по меньшей мере, по величине одного параметра R, и возмущающих воздействий - ВВ. Характеристики ФМР могут перенастраиваться через задатчики регулирующих воздействий - РВ.

ФЗ - элементарное функциональное звено ФМР.

ФИМ - функциональный исполнительный механизм, изменяющий посредством РВ состояние, по меньшей мере одного, кинематического звена МР или/и ФМР в заданной функциональной зависимости от одного или нескольких рабочих параметров R, гидросистемы или приводимого объекта техники и тем самым осуществляющий косвенный или комбинированный способ придания фНа требуемых характеристик, например, по давлению на входе или параметру состояния ОПУ.

НД - насос-дозатор, выполняющий функции перекачивания и измерения перекачиваемого им объема (расхода) жидкости. НД - частный случай ФНА.

СДА - синхродозировочный объемный гидромашинный функциональный агрегат, позволяющий задавать посредством ряда Нд требуемые бинарные соотношения между формируемыми посредством СДА расходами Р потоков жидкости и сохранять эти соотношения при общем регулировании производительности агрегата.

ФДГМ - функциональный дозирующий гидравлический механизм с одной или Р степенями подвижности при одной степени свободы, обеспечивающий (заданный) закон движения соответственно одного или Р выходных звеньев (валов, штоков гидродвигателей, объемов жидкости) за счет программного регулирования НД или СДА.

ОПУ - объект приведения и управления, кинематически связанный с входом или/и выходом ФНА. ОПУ - внешняя нагрузка, задающая требования к характеристикам ФНА и гидросистеме.

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ. Российскими учеными к 1970 годам была создана передовая научная школа в области объемного гидромашиностроения, позволившая создать высокоэффективные насосные агрегаты для приводных и технологических гидросистем. С развитием средств автоматизации и усложнением современной техники резко обострилась потребность в регулируемых объемных насосных агрегатах различных типов и самого широкого назначения. Из-за их недостаточного совершенства решение задач требуемого функционирования гидросистем и в настоящее время преимущественно осуществляется применением внешних систем автоматического регулирования, ФИМ (воздействующих на силовые и инерционные механизмы изменения длины хода рабочих органов объемных машин), а также введением в гидросистему помимо НА дополнительных устройств (расходомеры, датчики, объемные мерники, арматура, регуляторы, блоки управления, микропроцессоры и т.п.), «исправляющих» несоответствие функ циональных свойств и характеристик действия известных типов НА требованиям со стороны ОПУ и гидросистемы в целом.

В настоящее время возможности дальнейшего качественного совершенствования гидросистем посредством указанных внешних средств практически исчерпаны и их применение уже часто не позволяет удовлетворительно решать задачи по обеспечению требуемой работоспособности современных объектов техники.

Из этого следует необходимость разработки высокоэффективного метода создания гидромашинного оборудования с улучшенными функциональными, технико-экономическими характеристиками, возможностью ручного, дистанционного и быстродействующего автома тического регулирования подачи в 100%-ном диапазоне (в том числе при работе в режиме гидромотора), высокой герметичностью, равномерностью подачи, стабильностью цикловой подачи и точностью дозирования (при больших колебаниях режимных параметров насоса по-высоте всасывания и давлению нагнетания), а также с возможностью пропорционального дозирования большого числа потоков жидкости

для программного и многоуровнего управления современных ОПУ с несколькими степенями подвижности.

Сказанное особенно относится к технологическим гидросистемам, НА которых работают на агрессивных, токсичных, загрязненных, абразивных, высоковязких, высокотемпературных, криогенных, взрывоопасных, биологически активных и т.п. жидкостях в самых широких диапазонах рабочих параметров гидросистемы на входе и выхсде НА, что предопределяет многообразие и специфичность требований, предъявляемых к этому насосному оборудованию и существенно затрудняет использование внешних средств воздействия как на характеристики НА, так и на средства управления гидросистемой.

В этой связи рядом постановлений Правительства были развернуты работы по созданию нового насосного оборудования объемного типа различного назначения (включая разработку объемных регулируемых насосов с улучшенными виброшумовыми и массогабаритными характеристиками, с повышенной функциональностью, быстроходностью, всасывающей способностью, герметичностью и надежностью) для автоматизированных технологических объектов современной техники, в которых автор принимал непосредственное участие.

Дальнейший существенный прогресс в совершенствовании гидросистем, как показано в работе, возможен только на пути создания НА с расширенными функциональными свойствами, позволяющими в максимально возможной мере возложить на НА как энергосиловые, так и информационные функции по приведению и управлению гидросистемой. Такой подход минимизирует потребность в дополнительных средствах управления и упрощает требования к ним, что в совокупности с ФНА позволяет достигнуть наибольшего уровня надежности и оптимизации технического решения ОПУ и гидросистемы в целом.

Автор исходит из концепции, что одно- или многопоточный НА выполняет функции входного (и ведущего) звена гидравлического механизма, если посредством На задаются (определяются) п-ремещения выходных звеньев - валов (штоков) гидродвигателей - или величины объемов жидкости, подаваемых по одной или нескольким параллельным гидролиниям в технологические аппараты. В такой постановке приводные и технологические системы (механизмы) по своей структуре, основным характеристикам действия, адаптационным свойствам, средствам задания (программирования) передаточных функций между ведущими и ведомыми звеньями кинематической цепи оказываются подобными. При этом возможности совершенствования и оптимизации в общем смысле этих механизмов в первую очередь зависят от полноты соответствия функциональных свойств НА требованиям со стороны ОПУ и гидросистемы.

В этой связи актуально помимо выполнения задач по систематизации ОГМ (и на этой базе создания научных основ построения ОГМ на

з

заданные функциональные свойства) выполнение совокупности теоретических, экспериментальных и «конструкторских» исследований, направленных на создание методологии синтеза и проектирования ФНА на конкретно заданные функциональные и рабочие характеристики. Актуально и решение задач по рациональному применению многофункциональных НА, позволяющему оптимизировать структуру и качественно усовершенствовать гидросистемы путем передачи функций как по приведению, так и управлению конкретными ОПУ непосредственно ФНА.

Как показано в работе, только такой подход к созданию технически сложных гидросистем позволяет: существенно улучшить массогаба-ритные характеристики; повысить надежность и производительность гидрофицированных машин и механизмов; уменьшить количество средств и устройств дополнительной автоматики; существенно снизить затраты энергии; обеспечить получение рабочих и эксплуатационных характеристик, практически недостижимых при использовании объемных НА обычных типов.

Особенно актуально обеспечение указанных положительных свойств для объектов и производств с непрерывными технологическими процессами, а также для систем гидроприводов, эксплуатируемых в особо сложных условиях (запыленность, электромагнитные излучения, радиация, агрессивная окружающая среда), при повышенных требованиях к точности движения по заданной траектории, позиционированию, быстродействию и экономичности рабочего процесса.

Данная диссертация является обобщением проводившихся автором многолетних научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в направлении создания качественно нового гидромашинного оборудования для химических, нефтехимических, медицинских, биотехнологических, судовых, космических, приводных и других технических гидросистем современных объектов техники.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - создание научно обоснованной методологии проектирования одно- и многопоточных многофункциональных НА и базирующихся на них новых типов механизмов - ФДГМ, ориентированной на усовершенствование гидравлических машин и механизмов и придание посредством ФНА сложным гидрофицированным объектам современной техники качественно новых положительных экономических, эксплуатационных и тактико-технических свойств.

Достижение указанной общей цели оказалось возможным при условии решения следующей совокупности научно-технических задач: • направленного углубления знаний о современных технологических и приводных одно-и многопоточных гидросистемах на основе системного представления об их функциях при использовании ФНА в качестве ведущих звеньев этих гидросистем;

• создания необходимой базы (путем поиска и разработки принципиально новых технических решений НА и СДА) для осознания, обобщения и систематизации механизмов воздействия на подачу и протекающие в НА рабочие процессы и последующей разработки научных принципов построения одно-и многопоточных ОГМ, обеспечивающих создание полных классификаций ФИП, ОГМ, регулируемых ОГМ и СДА как базиса научного метода построения ОГМ с требуемыми (заданными) функциональными свойствами и рабочими характеристиками;

• разработки методик построения и синтеза ФНА с заданными рабочими характеристиками (в первую очередь для гидросистем, когда допустимо их рассмотрение как систем с сосредоточенными параметрами) ;

• обоснования способов организации рабочих циклов (процессов) качественно новых типов ФНА с характеристиками действия, возможность получения которых на основе существовавшего ранее уровня знания в области механики ОГМ не предполагалась;

• обоснования и разработки способов практической реализации и методов расчета требуемых характеристик одно-и многопоточных ФНА с учетом особенностей рабочих процессов в гидросистемах при их совместной работе с ФНА и ОПУ;

• разработки основ проектирования новых типов дозирозочных одно-и многопоточных фНа для современных автоматизированных гидросистем, а также - основ построения многофункциональных ФДГМ, с возможностью программирования и/или адаптации по широкому спектру нагрузок и параметров состояний R,, в том числе, - в процессе движения ОПУ;

• обоснования возможности и необходимости использования полной системы способов (возникающей при посредстве ФНА) воздействия на функциональные свойства и рабочие характеристики гидросистем (механизмов) при проектировании современных объектов техники с максимально сложными требованиями к их функционированию.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Новыми являются:

• доказательство подобия технологических и приводных гидросистем по возможностям их построения на заданные законы движения ОПУ и требуемую адаптацию по внешней нагрузке и ВВ посредством одно- или многопоточных ФНА за счет придания им необходимых функциональных свойств;

• разработанный неизвестный ранее класс голономных гидравлических механизмов программного движения - ФДГМ;

• классификация оГм по условиям энергообмена и преобразования энергии в рабочих процессах и соответствующая им полная система способов представления ОГМ различных подклассов в виде ха-

рактерных графов, отражающих структуру кинематической энергосиловой цепи ОГМ;

• классификация регулируемых ОГМ как целостная система возможных механизмов и технических средств изменения средней подачи ОГМ всех типов энергообмена;

• классификация СДА как нового полного множества пропорционально дозирующих многопоточных ОГМ;

• необходимая и достаточная система элементарных ФЗ: способы-их встраивания в кинематическую цепь НА; схемотехническое преставление структуры НА с ФЗ и ФМР, раскрывающее общие принципы построения ФНА и возможность реализации в одном ФНА различных видов как всасывающих, так и нагнетательных характеристик (!);

• класс ФМР дифференциального типа на базе "дроссельных" и "упругих" и ФЗ, обеспечивающий высокоэкономичные рабочие циклы ФНА и «жесткие» Q-Pj характеристики (!);

• способы обеспечения многофункциональности ФНА, существенно расширяющие пути совершенствования гидросистем;

• полная система возможных путей и средств повышения точности НД, как измерительной машины, впервые выявившая способы построения эталонных НД. не чувствительных к основным ВВ (!);

• методы анализа рабочих циклов и синтеза ФНА по статическим характеристикам ФЗ, с последующим учетом влияния динамических свойств ФЗ как в ФМР, так и магистралях на характеристики ОГМ;

• метод построения математических моделей с применением разработанной элементной базы схемотехнического структурного представления ФЗ, ФМР, ФНА и совместно с ними работающих ОПУ, экспериментально отработанный на АВМ по результатам исследования ФНА на натурных стендах и разработанной элементной базе электронных моделей (соответствующей структурам ФЗ и ФНА в целом);

• математические модели, методики расчета ФНА с типовыми наборами ФЗ. их экспериментальные и теоретические характеристики;

• результаты решения ряда гидродинамических задач: о динамическом взаимодействии поршня и клапана в НД с нулевым вредным объемом; о герметизирующей способности щелевых уплотнений при различных рабочих циклах; о динамических свойствах и режимах работы магистралей с колпаками при регулировании подачи; новая теория работы клапанов поршневых насосов и ФНА;

• ряд введенных и уточненных понятий, терминов, критериев подобия для оценки характеристик объемных насосов и ФНА;

• не имеющие мировых аналогов конструкции и технические решения одно- и многопоточных ФНА, синтезированные и спроектированные на конкретные ТЗ, доказывающие как возможность их практической реализации на конкретные ранее не достижимые характери-

стики действия, так и возможность качественного улучшения технико-экономических показателей, использующих их сложных объектов современной техники.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Проведенная систематизация обеспечивает квалифицированный подход к автоматизированному проектированию ОГМ на уровне выбора принципиальной схемы (структуры) и существенных конструктивных признаков, наиболее подходящих для проектирования ОГМ на конкретные технические требования.

Разработанная методология синтеза ФМР по заданным внешним характеристикам позволяет осуществлять проектирование снабженных клапанными системами распределения жидкости одно- и многопоточных НА с заданными функциональными свойствами с учетом статических и динамических характеристик магистралей и ОПУ а также их отработку и диагностику на основе моделирования и эксперимента с использованием ЭВМ, в том числе в условиях промышленно эксплуатации.

Результаты диссертационной работы положены в основу 72-часового учебного курса «Гидромашины со специальными функциональными характеристиками», включенного в программу подготовки инженеров специальности «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» МАДИ (ГТУ). Разработанные методы экспериментального исследования ФНА и гидросистем в комплексе с созданным лабораторным оборудованием включены в новый курс «Экспериментальное обеспечение опытно-конструкторских работ при проектировании гидромашин и гидропневмопривода».

Проведенные исследования составили научную основу построения новых перспективных типов гидравлических механизмов программного движения - ФДГМ, в том числе с требуемыми адаптационными свойствами, применение которых открывает возможности:

• построения машин-автоматов «резонансного» типа;

• существенного повышения производительности гидрофициро-ванных машин, в которых движение рабочих органов может осуществляться по заданной траектории в условиях переменной нагрузки, при постоянстве потребляемой мощности и отсутствии потерь на дросселирование;

• качественного повышения эффективности приводов строительно-дорожных машин и роботов посредством рекуперации энергии при одновременном снижении требуемой приводной мощности;

• разработки автономных следящих гидроприводов с непрерывным и дискретным управлением, позволяющих существенно повысить быстродействие и точность отработки программы управления.

Данная методология и разработанные рекомендации успешно использовались при создании качественно новых типов устройств и гидромашин: комплекса разнообразного насосного оборудования для автономных систем жизнеобеспечения наземных исследовательских комплексов и космических станций «САЛЮТ», «МИР» и «МКС»; одно-параметрических СДА; многофункциональных НА для искусственной перфузии крови и ИС; обратноосмотических опреснителей; а также при проектировании и эксплуатации высокоточного дозировочного насосного оборудования, высокооборотных поршневых насосов с клапанным распределением, малошумных гидроприводных насосов, диафрагменных гидроприводных насосов, герметичных НА для стабильного перекачивания криогенных жидкостей, серийно выпускаемых регулируемых насосов и гидродвигателей строительно-дорожных машин.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты выполненных исследований опубликованы в издательствах «Наука», «Машиностроение», «Энергия», «ЦИНТИхимнеф-темаш», «ФИПС», в том числе в изданиях «Механика машин», «Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления», «Насо-состроение и арматуростроение», «Химическое и нефтяное машиностроение», сборниках научных трудов ИМАШ РАН, ВНИИГидромаша, МАДИ (ГТУ), в трудах и информационных сборниках научных и отраслевых конференций, описаниях изобретений на способы и устройства.

По теме диссертации опубликовано 60 печатных (~ 68 п.л.) и 20 рукописных работ (отчеты с государственной регистрацией). Новые научно-технические решения, раскрывающие ранее неизвестные возможности создания новой техники по тематике диссертации, описаны з 186 авторских свидетельствах и патентах (из них 15 на новые способы организации рабочих процессов и построения ФНА).

Структура и объем работы. Диссертация оформлена в двух томах, состоит из введения, восьми глав, образующих 4 основных раздела работы, и четырех глав приложения -9(П),10(П),11(П),12(П) - с результатами теоретического и экспериментального исследования рабочих процессов в ФНА; основных выводов и результатов работы; списка из 272 публикаций (включая перечень изобретений) автора по теме диссертации, актов внедрения.

•Текстовая часть (том 1, главы 1...12) — 450 с. Графическая часть (том 2) — 209 с, содержащих 5 таблиц и 640 рисунков с результатами теоретических и экспериментальных исследований, сравнительным анализом рабочих циклов ФНА, вариантной разработкой ФНА и ФДГМ, примерами практической реализации и схемами применения ФНА в составе гидросистем различного назначения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Раздел А. Концепция многофункционального насосного агрегата (ФНА), разработка основ его применения в подобных по функциональным свойствам приводных и технологических гидросистемах.

В главе 1 рассматриваются возможности применения ФНА в.адап-тирующихся и программируемых по нагрузке одно-и многолоточных гидросистемах различного назначения, анализируются условия преобразования энергии и информации в гидросистемах (гидравлических механизмах), эксплуатационные свойства и характеристики действия которых в первую очередь и преимущественно определяются функциональными свойствами используемого ФНА.

Показано, что:

- технологические и приводные гидросистемы (механизмы) по энергетическим и информационным свойствам подобны при одинаковости внешних характеристик НА, в частности характеристик О - Р^

- использование ФНА с нежесткими характеристиками О - Pi позволяет создавать гидравлические механизмы самонастраивающиеся, адаптирующиеся необходимым образом к изменению рабочих параметров гидросистемы непосредственно в процессе рабочего цикла НА, что не достижимо при управлении посредством фИм и САУ(!);

- применение одно- и многопоточных ФНА с жесткими О - Рiхарак-теристиками открывает возможность без использования замкнутых систем управления осуществлять программное движение технологических и приводных механизмов с одной и более степенями подвижности в пределах рабочего (технологического) цикла гидросистемы;

- применение ФИП с различными вариантами синхронизации ФНА (обладающих как жесткими, так и нежесткими характеристиками О-РО при управлении ФМР посредством ФИМ и САУ открывает дополнительные пути синтеза особо сложных функциональных характеристик.

Полученные в главе 1 результаты, см. [4, 11, 22, 33, 34,36,38, 47 - 52, 54, 56], позволили сформулировать основные (необходимые для практического развития данной недостаточно разработанной и исследованной области гидромашиностроения) задачи исследования, решению которых и посвящены последующие главы диссертации.

В главе 2 решается задача создания нового класса дозирующих гидравлических механизмов — ФДГМ, рассмотрены возможности и перспективы их применения в гидроприводе и сложных технологических процессах; разработаны основы построения ФДГМ с одной степенью подвижности на базе однопоточных дозирующих ФНА и общие методы задания уравнения перемещения ФДГМ; разработаны полная система алгоритмов формирования тарированных потоков жидкости и

основы программирования передаточных функций ФДГМ; даны методика синтеза ФДГМ с двумя и более степенями подвижности и основы программирования ФДГМ в пространстве его Р обобщенных координат; рассмотрены принципы и структуры, позволяющие осуществлять движение ФДГМ по требуемой траектории с заданной адаптацией скорости движения по суммарной (результирующей) нагрузке его выходных звеньев; проведен анализ способов повышения точности движения ФДГМ. Показано, что: при обеспечении характеристик Q - Рi объемного насоса с известной высокой точностью и при непосредственном сообщении его с объемным гидродвигателем, характеристики О - Р; которого также реализованы с высокой точностью, можно в рабочем цикле гидравлического механизма без применения обоатных связей по положению выходного звена гидродвигателя осуществлять его высокоточное перемещение по заданному закону, воздействуя на механизм регулирования подачи по меньшей мере одной из указанных выше гидромашин по программе, развертка которой синхронизирована с перемещением ведущего звена насоса или с объемом жидкости, прошедшим через гидромашины, или связанным с ним параметром состояния гидросистемы, например перемещением звеньев ОПУ, приводимых выходным валом (см., например, приведенные ниже структуры ФИП в виде механизмов программного движения ОПУ).

Действительно, перемещение выходного вала дозирующего гидродвигателя Хвых может быть задано изменением рабочего объема насоса дН посредством интегрируемой кинематической связи Ян(Хвх)„ где Хв* - угол поворота вала дозирующего насоса или синхронизированного с ним программатора от его исходного состояния, поскольку

1 '"

хпа=— к.СО^« = К{хп)-хт . При этом, естественно, отклонение

ЧгЗ о

действительного закона движения выходного звена от программно заданного существенно зависит от точности объемного дозирования гидромашинами и объемной жесткости соединительной магистрали.

Применение дозирующих ОГМ, т.е. энергосиловых машин, на которые дополнительно возложены функции измерительных (информационных) машин, позволяет путем их непрерывного или дискретного регулирования осуществлять не только заданные технологические циклы в современных АСУ ТП, но и выполнять приведение машин-автоматов, задавая траектории движения рабочих органов, например манипуляторов, т.е. одновременно осуществлять как приведение, так и управление рабочим циклом ОПУ в разомкнутом режиме (без применения часто трудно реализуемых, особенно в технологических процессах, обратных связей).

Практически наиболее просто реализуются ФДГМ периодического действия, когда связанный с выходным звеном рабочий орган приводимой машины в конце её рабочего (технологического) цикла возвращается в исходное положение, где выполняется гашение ошибок перемещения и положения способами, разработанными в данной главе.

Существенным преимуществом ФДГМ (по отношению к механизмам на твердых звеньях) является простота задания самых разнообразных законов программного движения выходных звеньев ФДГМ путем перезадания по «информационной» кинематической связи программы управления дозирующими ОГМ, например, профилировкой кулачка, записью на магнитном носителе программатора, управляющей программой ЭВМ, которая при этом должна «кинематически» синхронизироваться с перемещением входного звена ФДГМ.

ФДГМ допускает применение параллельно или последовательно работающих замкнутых САР, что открывает возможность управления ОПУ посредством задания программы движения (реализуемой в разомкнутом режиме), с возложением на САР только функции гашения ошибок положения и перемещения ФДГМ. Гашение ошибок может выполняться или непосредственно в каждом шаге программного управления (для прецизионных механизмов), или в конце отработки цикла управления, или в конце всего задания (после выполнения заданного числа циклов) по разработанным в главе техническим предложениям.

При таком способе задания движения (не реализуемом на элементной базе существующего гидропривода) открываются новые пути существенного повышения качества управления и создания следящих гидроприводов с рекордными характеристиками действия [3, 5, 8, 22].

Для приведения и управления манипуляторами и машинами-автоматами, снабженными Р гидродвигателями (Р степенями подвижности), наиболее рационально применять дозирующие ОГМ взаимосвязанные посредством СКС [2, 3, 5, 8, 22, 33, 34, 36], т.е. применять Р однопоточных ФДГМ, в которых для максимально высокой точности выполнения задаваемой траектории движения следует синхронизировать работу как всех дозирующих ОГМ, так и управляющих ОГМ программаторов, что является необходимым и достаточным условием построения программируемых ФДГМ с Р степенями подвижности и одной степенью свободы.

Для программного изменения (посредством ФДГМ) состояния ОПУ, определяемого перемещениями Р выходных звеньев, необходимо от начала движения ФДГМ иметь определенное соответствие между величинами расходов (потоков) 01( 02, ... , (Эр, которое не должно зависеть от ВВ, как со стороны ОПУ, так и приводного (ых) двигателя (ей).

Поскольку расход л - го ФДГМ - функция параметра состояния т.е. = О, (х^), то указанное соответствие между расходами

Оь 02, ... , Ор может быть обеспечено введением некоторых, объединяющих Р однопоточных ФДГМ,(х,), независимых кинематических связей, устанавливающих однозначное соответствие между параметрами состояния х}" всех Р однопоточных ФДГМ^). Причем необходимое число таких связей определяется числом независимых отношений ОДЗ,+1, т.е. - равно Р-1. Наложение указанных Р-1 связей и образует из Р однопоточных дозирующих ОГМ общий для них Р - поточный синхронно и пропорционально дозирующий гидромашинный агрегат -СДА, являющийся для ФДГМ ведущим энергосиловым и информационным звеном.

Дозирующие ОГМ (как секции Р - поточного СДА, образующие «элементарные» ФДГМ с простейшими передаточными функциями Кг, ... , Кр) должны выполняться с задатчиками настройки величин Qj или П( [1 = 1, 2, ... , р]. При этом условии структура ФДГМ позволяет посредством программаторов в цепи СКС осуществлять такое перезадание отношения Я - < О^Ог.-.-.Ор > по некоторому параметру, однозначно определяющему состояние всего ФДГМ (например, по углу поворота общего приводного синхронизирующего вала насосных секций, когда Ф1/Ф2 = си; ср/фз = аг! Ф1/Ф4 = аз", ..., ф1/фр = ар.1), которое обеспечивало бы движение выходных звеньев ФДГМ по некоторой фазо-

вой траектории F (x1t х2, ...хр) = О, определяющей заданное движение рабочего органа машины-автомата.

При R = const, положения задатчиков секций ki, k2, ... kp фиксированы посредством шкал и ФДГМ совершает движение по прямой в его Р обобщенных координатах.

Рационально НД снабжать безразмерными шкалами, значения которых T|i = Qi / Qi max Ю0% ИЛИ T|i = Qi I Qi ma* (ГДв 0 < ГЦ £ 1) ОПрвДе-ляет, no существу коэффициент регулирования НД. При этом задание Р-1 бинарных отношений выполняется с учетом значений Qimax. Q2max, ... , Ортах, которые должны быть известны с высокой точностью, т.е.

{'?H772>"v'7p! Q\mix>Q2max>—'Qpmix} ■

При использовании разработанных в работе двухпараметриче-ских НД или пропорциональных задатчиков значения максимальных подач секций могут задаваться по дополнительным шкалам.

Рассматривать характер движения Р - поточного ФДГМ удобно в нормированных обобщенных координатах Q*! = Q, / QP; Q*2 = Q2 / QP; ... ; Q*P = 1. При этом программирование ФДГМ, т.е. задание его нормированной передаточной функции как механизма с одной степенью свободы сводится к заданию величин Q^, ... , QV1, т.е., по существу, - к заданию множества из Р-1 упорядоченных пар - бинарных отношений <Q*,Q*p>. определяющих отношение R'<Q*1tQ*2.....QVi*.

характеризующее движение системы в фазовом пространстве нормированных fi*p.i координат. Такая структура ФДГМ позволяет заданную траекторию движения трансформировать по любой из Р обобщенных координат^!), что дает дополнительные преимущества, облегчая, например, наладку машин-автоматов и манипуляторов.

При Р>2 программирование ФДГМ практически оказывается возможным только посредством задания соотношений Q/QP независимыми задатчиками синхронизированных между собой i-ou и Р-ой дозирующих секций. Для задания относительного движения - отношения R' требуется Р задатчиков, а для задания абсолютного движения -один дополнительный задатчик, кинематически синхронизированный с указанными Р задатчиками.

Разработанные в работе структуры и программы управления Р -поточным ФДГМ (базирующемся на приводных ОГМ) позволяют при переменных по величине и знаку нагрузках на Р выходных звеньев получать предельно наибольшую производительность машины-автомата или манипулятора при заданной мощности приводного двигателя, а также и требуемую функцию самонастройки (адаптации) Р-поточного ФДГМ по величине суммарной нагрузки всех (или наиболее

энергоемких) гидродвигателей, причем при сохранении заданной траектории движения в пространстве его Р координат.

В ФДГМ дозирующие ОГМ осуществляют естественное квантование сигнала управления и технически простыми средствами позволяют регулировать объем дозы на импульс управления. Это значительно упрощает реализацию импульсного управления, обеспечивая простое совмещение ФДГМ с ЭВМ и специальными микропроцессорами.

В целом разработанные в данной главе одно- и многопоточные ФДГМ являются механизмами голономного типа, образующими новый класс гидравлических механизмов, открывающих широкие перспективы создания высокоэффективных гидроприводов и технологических систем. Разработанные типы ФДГМ доказывают практическую реализуемость гидросистем нового поколения с широкими возможностями существенного улучшения тактико-технических и эксплуатационных характеристик современной техники.

Раздел Б. Систематизация регулируемых одно-и многопоточных объемных НА, исследование принципиально возможных путей ихпостроения.

В главе 3 на основании анализа функциональных схем приводных ОГМ и предложенного в работе представления их в виде структурных графов, наглядно описывающих последовательность и способ преобразования подводимой механической энергии от твердого тела (силового вытеснителя - силового рабочего органа) в энергию перекачиваемой жидкости, получено обобщенное представление о возможных структурах ОГМ и насосной установки в целом и тем самым выявлена информация, раскрывающая возможные в принципе базовые пути построения ОГМ. В результате разработана полная классификация ОГМ, позволяющая все множество ОГМ разделить на два подмножества - на две группы классов, существенно различных как по способу обмена энергией между рабочими органами и жидкостью, так и по возможностям их конструктивной реализации:

«безраспределительные» ОГМ (группа классов {C,D} - соответственно с вращательным и поступательным движением рабочих органов), где для элементарной (простейшей) ОГМ формирование рабочих камер, их герметизация, перенос жидкости между входом и выходом ОГМ и расформирование рабочих камер выполняется: для {С = 1а и 15} - по постоянно сформированному (существующему в конструкции) одному прямому каналу (по меньшей мере); для {Д = Наи 115} - по одному прямому и одному обратному каналам (по меньшей мере), причем рабочий процесс осуществляется рабочими органами, обменивающимися энергией с жидкостью посредством однонаправленного характера их движения в указанных каналах, протяженность

которых, по меньшей мере, равна протяженности одной рабочей полости (камеры), замкнутой рабочими органами в соответствующем-канале;

«распределительные» ОГМ (группа классов {Е,Р}), где рабочие органы обмениваются энергией с жидкостью посредством знакопеременного (колебательного/реверсивного) характера их движения: возвратно-поступательного - для {Е}, возвратно-поворотного - для причем рабочие органы перемещаются в постоянно сформированной одной рабочей камере (для элементарной ОГМ), а подключение (отключение) входного и выходного каналов ОГМ к рабочей камере периодически переменного объема осуществляется распределителями. синхронизированными с движением рабочих органов.

ОГМ классов {Е,Р} могут быть также построены на базе рабочих органов гидромашин классов {С,0} (эта возможность не осознана и не используется) при придании им колебательного характера движения!

Насосный режим работы ОГМ характеризуется следующим.

В «безраспределительных» насосах работа всасывания имеет место при формировании рабочих полостей-камер до момента их герметизации рабочими органами при максимальном объеме в рабочем канале (такт всасывания), а работа нагнетания - при расформировы-вании рабочих полостей-камер рабочими органами до их полного «исчезновения» на выходе рабочего канала (такт нагнетания). Рабочий цикл замыкается при протяженности рабочего канала, по меньшей мере, равной протяженности (вдоль канала) замкнутого в рабочей полости-камере объема жидкости, перемещающегося вдоль канала;

В «распределительных» насосах работа всасывания выполняется при увеличении объема постоянно конструктивно сформированной рабочими органами, по меньшей мере одной, рабочей камеры от его минимального значения до максимального, а работа нагнетания - при уменьшении объема рабочей камеры до его минимального значения. Рабочий цикл замыкается посредством распределителей, обычно не участвующих в процессе изменения объема рабочей камеры.

В вышесказанном заключается подобие рабочих процессов (циклов) ОГМ - {С.Э} и {Е,Р}, определяемое объемным принципом их действия.

Гидроблоки элементарных насосов «безраспределительного» типа могут быть представлены графами.

Р

Таким образом, элементарная ОГМ класса С содержит только один прямой канал (а = 1, р = 0), а класса Д - по меньшей мере, один прямой и один обратный каналы различной проводимости (а = 1, ß = 1, Qa > Qp). ОГМ класса С имеют или пространственную кинематику, или при плоской кинематике реализуются с эластичными (трансформируемыми) рабочими органами (это дает им дополнительную подвижность), что позволяет создавать ОГМ только с одним рабочим каналом. Причем С = Ци Иа, где 1а- винтовые, а Иа- плоскоколовратные ОГМ. При жёстких рабочих органах переход к плоской кинематике необходимым образом требует в структуре ОГМ организации цикпа, т.е. введения обратного канала!

В элементарных ОГМ: для Да при двух подвижных рабочих органах а=2, р=1; при одном подвижном рабочем органе и замыкателе в обратном канале а=1, ß =1; для Дб а=1, ß=1 при любом числе рабочих органов в цепи их кинематической связи. Итак, ОГМ класса Д = 15и И8, где 16 - "пережимные" ОГМ, lls - «цепные» ОГМ (терминология насосов класса Д практически не разработана), по существу, реализуют плоскую («линейную») кинематику.

В целом, для множества ОГМ «безраспределительного» типа, исходя из принятого принципа деления, имеем: 1а= СП1; 15=ДП1; Иа=СП11; И5=ДПИ, что определяет место подмножеств 1а, 1б, IL Нб в общей классификации ОГМ этой группы классов.

Таким образом, обобщенное уравнение подачи насосов {С, D} в общем случае при а, ß > 1 будет

а ß

Q, = ß.,8 - öe.,=Z Q'i's»,) - Z •

M /-1

ß

Для насосов класса С, например винтовых, а = 1, a =0,

i

если не учитывать перетечек через дросселирующие щели между рабочими органами- Для определения подачи насосов типа Д необходимо знать величины прямых (по дугам Вав2 графов) и обратных (по дугам в2рВ) потоков жидкости, определяемых геометрией рабочих органов. Для практических расчетов в приведенной выше формуле величины расходов по прямым и обратным каналам рационально представить как произведение осредненной площади их поперечного сечения F;,j на скорость перемещения жидкости Vy вдоль этих каналов, определенных, например, для центров тяжести указанных сечений,

'о е . .

т.е. Q, = YS.PfyXp.t "Х^ЛЦ . где ßl и ßj — коэффициенты полноты заполнения PK жидкостью в а прямых и ß обратных каналах.

Если ввести понятие о протяженности РК в гидравлическом канале, определяемое как Эд = Уц Тм, где Ти - время существования замкнутой сформированной РК в канале I или то

-I

'I /«,<», 1

и

Рг

FJS>

TJ

, где Р^ и FjSj - соответственно объ-

емы замкнутых РК в прямых и обратных рабочих гидравлических каналах, а тп (например). Уравнение расхода (подачи) в этом

' ки

виде отражает единство рабочих процессов ОГМ «безраспределительного» и «распределительного» типов, являющихся объемными по принципу действия.

Подача неэлементарных насосов классов {Е,Р} с параллельно и

однонаправлено подключенными РК равна б = ¿6,, где 0| - подача

г-1

¡-й элементарной насосной секции, включенной в состав рассматриваемого насоса, определяемая как <Э| = тМ, где т, - частота повторения рабочих циклов в РК с литражом V,.

Для вальных элементарных ОГМ с частотой вращения вала П| = с^ / 2л об/с и приводным механизмом, обеспечивающим к( рабочих циклов на один оборот вала (ведущего звена), т, =—. Поэтому

2л-

обобщенное уравнение осредненной по рабочему циклу подачи ¡-ой элементарной ОГМ (секции) можно представить в виде

где Ij - число вытеснителей в РК; Fji. S^ - эффективная площадь и длина рабочего хода j-ro вытеснителя РК; а„ Ь[ характеризуют соответственно сдвиг фазы между одновременно работающими вытеснителями в РК и полноту использования ее рабочего объема (литража).

Как правило, при выполнении насоса многокамерным (вершина А графа - общая для всех z РК) частота вращения w, = const для всех z элементарных насосных секций. Поэтому формула подачи не-

W

элементарного насоса будет иметь вид Q--,

2 л

.»-•v. /-'

Полученная формула предельно полно показывает факторы, влияющие на величину средней подачи насоса (расхода через ОГМ) распределительного типа.

Для анализа ФНА введем понятие «объемной производительности» как объема жидкости, поданного ФИП в нагрузку за неко-

торый период времени, определяемый периодом Тц технологического цикла ОПУ (периодом выполнения операции машиной-автоматом или технологического производственного процесса).

г, т,

В общем случае ^Ф„п = \Янл(0<Л - (/)<Л = ПНА- Псл ,

о о

где Она - подача НА; 0Сл - расход сбрасываемый из напорной линии на слив (ФИП типа Е [38]). Если Осл=0, то Офип = ^на- Далее, если насос агрегата осуществляет подачу непрерывно в интервале [0,Тц], то Она = Он, т.е. Она = Он- Если насос агрегата включается в сеть на-гружения с перерывами во времени (при импульсном управлении), то осредненная за Тц подача НА Онаср < Он-

Таким образом, 0„ - подача включенного в сеть нагружения насоса, осуществляющего свое действие непрерывно, т.е. подача, осредненная по рабочему циклу и определяемая для насосов подмножеств {С,0} и {Е,Р} по приведенным выше уравнениям.

Средняя подача ФИП за период технологического цикла («расходная производительность») может быть представлена в виде

<2фнпф = —^г1- = с<2нпр •г, где о = 1 - (Осл / Она) - коэффициент, опре-

ч

деляющий долю подачи насоса, идущую на слив (05 с 5 1); т - доля работы насоса в отрезке текущего времени или за период Тц функционирования НА, причем 0 < х < 1 .

Онгер ~ подача насоса средняя за сумму периодов включения (т.е. за время Тц), причем Пна= Он«? ■ тТц. Если подача насоса оставалась неизменной от включения к включению, то 0№Ср = Он- При Осл = 0 (т.е. при о = 1) Офна = Она. а при непрерывной работе насоса (т.е. при т = 1) Офип = Он для любого момента времени.

Таким образом, для НА, когда подача насоса от включения к включению остается неизменной, т.е. когда ОнТср = Он . имеем

/»I ¡-\

для ФИП, выполненных на базе насосов «безраспределительного» типа;

'-I I. 7-1

для ФИП, выполненных на базе насосов распределительного типа.

С т р у к ]-ой РК ОГМ{Е,Р} н а л ь н о разделить между тремя вершинами В°, В^, В" соотв«тствующими в РК энергосиловому пульсатору, входному и выходному элементам распределителя.

Поскольку работа распределителя всегда синхронизирована (обычно механически или гидравлически) с законом изменения объема РК, то на графе насоса пунктиром будем указывать синхронизирующую связь распределителя. Исходя из сказанного, граф, например, двухкамерного насоса с PKi (вершина Bi), имеющей комбинированную схему синхронизации распределителя, и РК2 с самодействующим клапанным распределителем, имеет вид:

будем считать одинаково ориентирующими ребро ав.

Последнее обозначение будем использовать для ориентированных ребер, когда нам безразличен способ технической реализации этой ориентации. На графе дуга В1В|2В02В|12В2 является ориентированной, поскольку содержит ориентированные ребра в^'г и В02В"2 в дугах в^'гВ'г, В°2В"2в2. Это допускает свободный переток жидкости по соответствующим каналам насоса из входного патрубка В1 в напорный в2 что в данном примере отмечено ориентированным ребром- в^г, не меняющим свойства представленного графа при допущении отсутствия потерь энергии в вершинах В'г, В°2, Ви2.

Возможность разбиения вершины В (обеспечивающей преобразование МЭ->ГЭ) на три вершины, с соответствующим разделением их функций, является характерной особенностью (признаком) насосов «распределительного» типа, т.е. насосов классов Е и F с возвратно-переменным движением рабочих органов.

Таким образом, структура кинематической цепи насоса наглядно и достоверно отражается его графом, а конкретный тип его конструктивного решения определяется конструктивной реализацией вершин:

А, Б, В0, В1, В", что и было положено в основу классификации ОГМ «распределительного» типа, раскрывающей возможности построения конкретной конструктивной реализации ОГМ как совокупности вариантов реализации минимально необходимого набора следующих N независимых признаков: форма рабочей и тип вытеснительных рабочих органов, подвижность РК (камер), относительное расположение РК, тип распределительных рабочих органов, способу синхронизации рабочих органов, тип приводного механизма рабочих органов и способ их приведения в подготовительном такте (для насосов - в тяга* пгя-сывания). Из независимости рассмотренных признаков - {£,г} = ил,

"Ч

Следовательно, конструктивный тип ОГМ как множество вариантов-аналогов Н, см.[20, 26], будет характеризоваться конкретной совокупностью указанных признаков, например, НПа2=(№1,а П №2,а П №3,в П №4,6 П №5,б2 Л №6,в).

Понятно, что на базе данной классификации принципиально всегда может быть построена ОГМ распределительного типа с лю5ым из способов реализации вершин графа. Такая ОГМ будет обладать как преимуществами, так и недостатками определяемыми техническими свойствами, присущими тем или иным конструктивным признакам построения, которые и предопределяют эффективность применения ОГМ в конкретных эксплуатационных условиях.

Важно, что основываясь на данной классификации, для решения конкретной задачи всегда может быть выявлен оптимальный набор признаков, наиболее эффективно обеспечивающий требования ТЗ.

Введенные новые понятия и полученные обобщенные уравнения расхода и производительности создали основу для разработки полной классификации регулируемых ОГМ групп классов {C,D}, Щ^} и систе мы алгоритмов пропорционального управления потоками жидкости посредством НД.

Классификация регулируемых ОГМ на первом уровне деления образует два подмножества: группа классов А (здесь МР подачи не воздействует на рабочий цикл насоса) состоит из четырех классов А={А1иА2иА3иА4}; группа классов Б (здесь МР воздействует на характер протекания рабочего цикла и форму индикаторной диаграммы при изменении величины подачи) также состоит из четырех классов Б^Б^БгиБзБд}, каждый из которых своим характерным образом преобразует рабочий цикл ОГМ (форму индикаторной диаграммы).

Классификация иллюстрирована большим числом новых технических решений ОГМ, доказывающих возможность конструктивной реализации выявленных возможностей построения ОГМ{С,0) и ОГМ{Е,Р}, способов и механизмов их регулирования [47...57]. На полноту клас-

сификаций косвенно указывает то, что постоянно появляющиеся изобретения конкретных вариантов выполнения ОГМ четко укладываются в выявленные классы и подклассы и не выходят за их рамки.

Проведенный анализ позволил осуществить и общую качественную оценку условий формирования механизма класса «объемная гидромашина» [20,25,261.

В целом результаты данной главы образуют объективную научную основу для разработки методов синтеза и новых технических решений ОГМ с заданными функциональными свойствами и обобщенного теоретического и экспериментального исследования рабочих процессов и характеристик ОГМ.

Глава 4 посвящена созданию системы многопоточных ФНА про-порциоанального дозирования [2,5,8,22,33,34,36,38,44, 50, 54].

В известном к началу работы СДА задатчик «е» суммарной подачи всех Р потоков воздействовал на величину со общего вала насосных секций, а задание бинарных отношений между расходами Р потоков выполнялось регулированием объемных постоянных секций г|;, т.е. О] = ( еш„аиб) • (Л| • Ч] наиб), где Юнаиб и ^ „аиб - наибольшие значения угловой скорости вала и объемной постоянной \-\л секции СДА.

Для практического обеспечения программирования движения Р поточной гидросистемы, в которой объемы О,, П2, • •• , Ц>, отсчитываемые от начала технологического цикла, определяют ее конфигурацию, СДА рационально выполнять как механизм с Р+1 перенастраиваемыми задатчиками (звеньями), из которых Р используется для задания соотношений между величинами средних расходов или перемещений в Р гидролиниях - т|1<21наиб. лгОгнаиб. ЛрОрнаиб (или соответственно Л^1иаиб, Т|2^2иаи5, ••• . Лр^рнаиб) , Э (р+1)-Й ЗЭДЭТЧИК - ДЛЯ ИЗМв-нения величины суммарной подачи Ю0 дозирующих секций СДА, т.е., по существу, скорости движения системы по траектории, задаваемой Р задатчиками в его Р обобщенных координатах.

Поскольку ши =П«Г =■■ то Для примене-

ния СДА в гидроприводе необходимо и достаточно обеспечить осуществление процесса пропорционального управления Е00 в диапазоне 0 < I < 1. Рассмотрим формулу объемной производительности СДА за период технологического цикла, считая, что настройка бинарных отношений подач СДА выполняется перед началом этого цикла

= =еГ„5>, • Здесь Ц = еТц^СЭ; наиб определяет перемещение Ко выходного звена ФДГМ за Тц. В общем случае имеем я, С) = £„„», ¡Ф)г?, № , па.,(/) = ¿п, (,) .

о I

Способы построения СДА определяются возможностями наложения управляющих воздействий на механизмы регулирования отдельной И секции СДА и его СКС: Ц = [(ег|,) Тц] О, наиб! ^ = [(еЛ|)х С)^аиб]Тц; П) = (еТцМпА наиб); ^ = (ео, наиб)х(П)Тц); п, = (еО,х наибг|)) Тц. Например, для последнего выражения, учитывая, что на„б = ^ «аив-с^ наиб, где о^ наиб - наибольшая скорость вращения вала приводного НД, или наибольшая приведенная частота повторения рабочих циклов Ц наиб = 2л^„аиб| где г,наиб - наибольшее число срабатываний привода в секунду) для прямодействующих НД, множитель (е01нац6т^) может быть записан в следующих тождественных выражениях: (ес^ наи6)-(т], и, наиб);

(ес^ наиб) ' наиб); (еш) наиб^О наиб I (©^ наибЛО наиб! (еЧ| наибЛ]) Ц наиб •

При всех способах наложения управляющих воздействий пропорциональное дозирование реализуется, когда управление СДА выполняется посредством результирующего РВ, полученного или предварительным перемножением установок задатчиков «е» и - «одно-параметрические СДА», или в результате того, что каждая ]-ая секция по существу выполняет перемножение установок задатчиков «е» и «г];», пропорциональных величинам РВ, определяющих суммарную подачу агрегата РС(е) и соотношение подач РО(г)Д т.е. ~ П,, где ^ = РО,„ • РС (величина РС - общая для всех секций с точностью до постоянного коэффициента) - «двухпараметрические СДА»

В однопараметрических СДА РВ поступает по одному каналу в виде П; = к/ег^) = РС^ • РС, что требует наличия у секции всего одного выходного регулирующего элемента МР - (ВРЭ,), изменяющего или состояние механизма регулирования средней подачей дозирующей секции агрегата или эффективную долю процесса дозирования секцией агрегата в отрезке времени Тц

В двухпараметрических СДА управление реализуется только при выполнении секций СДА с двумя ВРЭ, каждый их которых при изменении своего состояния должен иметь возможность изменять посредст вом МР среднюю подачу секций от наибольшей до нулевой. При этом один из ВРЭ связывается с задатчиком «е», а другой - с задатчиком «т^». При наличии двух ВРЭ в секции СДА может использоваться два различных механизма изменения подачи или один механизм, выпол ненный по пропорциональной схеме.

Проведенный системный анализ дал возможность сформировать СДА как новый класс функциональных ОГМ пропорционального управления Р - поточными гидросистемами. Это позволило:

• выявить базирующиеся на ОГМ с механическим приводным механизмом структуры и технические решения СДА, не требующие ва-

риаторов или регулируемых двигателеи для управления суммарной подачей СДА и впервые обеспечивающие ее изменение от наибольшего до нулевого значения, что открыло возможность применения СДА в высокоэффективных гидроприводах нового типа и ФДГМ; а также позволило существенно расширить применимость СДА в современных АСУ ТП;

* впервые разработать структуры и технические решения СДА с функциональными свойствами и характеристиками позволяющими:

* разносить дозирующие секции СДА по производственной линии или приводимой машине без потери точности пропорционального управ ления движением гидросистемы (гидроприводного механизма) и без применения замкнутых систем дистанционного управления соотноше нием компонентов и суммарной подачи СДА;

* изменять соотношения дозируемых компонентов, сохраняя величину ранее заданной суммарной подачи (применение таких типов СДА особенно рационально в периодических технологических процессах, или для обеспечения постоянства результирующего перемещения гидравлического приводного механизма, поскольку при этом отпадает необходимость в использовании сложного микропроцессорного управления, осуществляющего пересчет и перезадание дозирующих секций для сохранения суммарной, например цикловой подачи СДА);

* компоновать в СДА гидромашины классов не обладающие. возможностью регулирования величины объемной постоянной, например, героторные, шестеренчатые, винтовые, коловратные и т.п., а также - одновременно использовать в составе СДА гидромашины классов и что существенно расширяет возможности применения СДА в технологических процессах (!);

* сформировать полную систему алгоритмов пропорционального дискретного управления и создать ряд новых технических решений. дискретно управляемых СДА, в том числе обеспечивающих существенное повышение точности пропорционального дозирования при переменных нагрузках на дозирующие секции СДА;

* сформировать (на основе разработанных новых технических решений) полное множество СДА с гидравлической синхронизацией насосных дозирующих секций, т.е. гидроприводных СДА;

* выявить пути обеспечения требуемых адаптационных свойств СДА (как по результирующей нагрузке по всем Р потокам, так и по на грузке отдельных дозирующих секций), что дает возможность необходимым образом самопроизвольно, без внешних автоматизированных систем управления осуществлять сложные виды траекторий движения и функциональных характеристик технологического производственного процесса или машин, приводимых посредством ФДГМ;

* предложить новые технические и конструктивные решения, позволяющие перейти к созданию наиболее эффективных систем пропорционального приведения и управления машин-автоматов, манипуляторов, приводов строительно-дорожных машин и других сложных ОПУ для обеспечения предельно высоких энергетических, эксплуатационных и других технических характеристик.

Раздел В. Создание НД с рабочими процессами, повышающими точность дозирования, синтез дозирующихФНА, инвариантных к основным возмущающим воздействиям.

В главе 5 анализируются пути минимизации погрешностей дозирования жидкостей НД типовой структуры; вводятся критерии оценки гидромашинного дозирования; выявляются факторы, вызывающие ошибки цикловой подачи; проводится сравнительный анализ погрешностей изготовления привода и гидроблока насоса при различных МР подачи; изучается влияние на оценочные критерии деформаций элементов рабочей камеры, сжимаемости жидкости, утечек и перетечек через герметизирующие элементы, в том числе с учетом влияния типа МР и ряда гидродинамических факторов на режим неустановившегося течения жидкости в щелевых уплотнениях, кинематических и динамических свойств клапанных распределителей, условий гидродинамического взаимодействия элементов РК в НД с нулевым вредным объемом рабочей камеры [7, 13, 18, 31, 35, 36, 38, 43, 44, 46, 57]. Показывается, что:

1) Функциональные свойства НД как измерительной и энергосиловой машины необходимо и достаточно характеризовать предложенным комплексом критериев: классом точности при стабилизации основных рабочих параметров; устойчивостью точности по основным ВВ со стороны как привода, так и гидравлических магистралей; цикловой и временной стабильностью цикловой подачи. Эти критерии не могут быть достоверно получены методами теории подобия по результатам испытаний на эталонной жидкости. Поэтому задача о создании (или выборе НД) может быть сведена к получению возможно более низкого по стоимости НД, который при работе на минимально требуемой подаче, т.е. при "Пминтреб.. мог бы перекачивать и дозировать жидкость требуемый по условиям эксплуатации отрезок времени, обеспечивая заданную точность дозирования при действии имеющих место ВВ.

2) в насосах-дозаторах ФДГМ предпочтительно применение механизмов изменения подачи, снижающих ошибки объема циклопой подачи, а в технологических дозаторах - снижающих ошибки массы в объеме цикловой подачи;

3) для сравнительного анализа регулируемых НД рационально использовать введенное в работе понятие «идеальный дозировочный

насос», определяемый как насос, для которого введенные критерии оценки процесса дозирования Тн иэг(г)) = О, У;, = <», Сп = да, С, = ю для полного диапазона регулирования 0 < л < 1;

4) отклонение (ухудшение) характеристик реального НД от идеального возникает за счет параллельного действия следующих факторов: ошибок расчета кинематической цепи НД; погрешностей изготовления и сборки; утечек и перетечек жидкости в рабочем цикле через герметизирующие элементы рабочей камеры; деформаций элементов конструкции НД в рабочем цикле и самой дозируемой жидкости; несин-фазности работы распределительных органов; отклонения эффективного объема рабочих камер от заданного по шкале; ошибок измерения (задания) частоты повторения рабочих циклов или их эффективного числа, а также за счет действия ряда динамических и гидродинамических факторов, влияющих на стабильность рабочего цикла НД в целом и работу его уплотнений и распределителей;

5) разработанная на основе теории точности механизмов с учетом рабочих процессов в ОГМ методика определения погрешностей изготовления Нд сделала возможным проведение сравнительного анализа НД с различными МР и выявление технических решений, позволяющих наиболее простыми средствами повышать класс точности НД типовой структуры;

6) Критерий (качество герметизации РК при рабочем ДР и вязкости) и критерий (относительная величина объема утечки от действия единичного обобщенного воздействия) позволяют сравнивать НД и осуществлять выбор НД с наивысшей устойчивостью точности по времени эксплуатации и основным возмущающим воздействиям.

7) по введенному в работе коэффициенту избытка РК и величине обобщенного силового воздействия анализируются деформационные факторы, что позволяет учитывать вызываемые ими погрешности как систематические или минимизировать их использованием предложенного набора приемов проектирования;

8) оценку погрешностей, вызываемых запаздыванием клапанов, следует проводить по величине безразмерного параметра А, характеризующего отношение объема жидкости между клапаном и седлом в мертвой точке вытеснителя к объему РК. Доказано, что даже при Ан« = АВ]( в НД с рабочими циклами по типу Д. 1 ,Д.7, Д. 13... [46, 53] данные погрешности существенно меньше, чем в НД с МР длины хода вытеснителя (Э = уаг) в рабочем диапазоне НД 0,5 <1,0 (при ус ловии применения разработанной на базе уравнения Лагранжа второго рода новой динамической модели клапанной системы НД, учитывающей изменение собственной частоты и коэффициента затухания с изменением жесткости напорной характеристики и высоты подъема.

клапана над седлом и обеспечивающей минимизацию парамэтра А при наиболее благоприятных условиях демпфирования затвора клапана при его посадке на седло);

9) объем утечки через щелевое уплотнение вытеснителя при заданном Рнаг может быть сведен к нулю при неустановившемся движении жидкости в щелевом уплотнении с переменной по циклу длине уплот-

ди

1 дР д2и. дР

ди

нительной щели. Действительно, из — =---+ у—— = 0; — = о

81 рдХ ду1 ду дх

(и -скорость вдоль оси Ох, Р - давление в щели, р - плотность жидкости, у - кинематический коэффициент вязкости) при осреднении скорости по высоте зазора для случая трансформирования рабочего цикла по величине цикловой подачи получим уравнение объема утечки в такте нагнетания

где число Эйлера Еи=-

АР

■. Дальнейшее упрощение, допустимое

0,5рц2

для тихоходных НД, позволяет определить относительную погрешность дозирования от утечек:

„ Ей 1 ДР5г

где - критерий качества герметизации щелевым уплот-

а 6 уравнением при заданных рабочих давлениях и динамических условиях течения жидкости в процессе движения поршня. Откуда следует, что при значении критерия Вг, определяемом из условия

погрешности от утечек равны нулю. Это во

многом решает проблему создания эталонных НД.

Учет неустановившихся процессов при переменной длине щели также показал, что применение МР, обеспечивающих рабочие циклы по типу Д.1, Д. 13, .... дает дополнительные преимущества в повыше-

нии герметичности рабочей камеры перед рабочими циклами по типу Д.2 и, тем более, - чем по типу Д.7;

10) разработанный способ экспериментального определения перетечек через клапана НД, впервые позволил достоверно с высокой ранее недостижимой точностью оценивать их герметичность как на этапе изготовления, так и в условиях эксплуатации [Авт.св. 26]!

11) устойчивое и высоконапорное дозирование криогенных и газонасыщенных жидкостей возможно только разработанными НД с нулевым вредным объемом РК и/или с предкамерой, позволившими достигнуть предельно возможной стабильности и точности дозирования. Для этих типов НД выполнено исследование гидродинамического взаимодействия нагнетательного клапана и торца поршня при неустановившемся изотермическом течении вязкой несжимаемой жидкости в переменном торцевом зазоре, что позволило выбирать конструктивные параметры насоса и клапана, минимизирующие погрешность цикловой подачи при условии недопущения кавитационных процессов.

В целом проведенный в главе анализ, разработанные расчетные зависимости, методики, рекомендации, новые способы дозирования [авт св. 21,22,25,33], технические и конструктивные решения могут служить теоретической и практической основой для рабочего проектирования НД и секций СДА основных характерных типов, обеспечивая максимально возможное для них приближение к «идеальным» НД.

Глава 6 посвящена разработке системы способов, новых рабочих циклов, структурных и технических решений дозирующих ФНА, направленных на качественное повышение класса точности гидромашинного дозирования [13, 31, 43,44, 57, авт.св. 20...34 и др.].

В результате показано:

1) широко выпускаемые в России и за рубежом НД весьма далеки от практически идеальных, что существенно ограничивает примэнение НД в современных гидросистемах. До результатов данной работы отсутствовали методы и технические решения, обеспечивающие создание эталонных НД, обладающих гарантированной точностью во всем допустимом диапазоне изменения Рвых и Рвк;

2) для технологических и приводных гидросистем программного управления практически идеальным следует считать НД, обеспечивающий регулирование подачи от МАХ до 0 и сохранение (при варьировании в рабочем диапазоне значений Рвых и Р„) постоянства подаваемой в гидросистему (или забираемой из нее) за рабочий цикл дозы жидкости. При этом величина дозы жидкости с заданной гарантированной точностью должна соответствовать показанию шкалы задатчи-ка, перемещение которого линейно связано с величиной циклозой подачи, а сам задатчик должен быть разгружен в силовом отношении;

3) предложенные новые типы МР цикловой подачи существенно снижают, а в ряде технических решений вообще устраняют влияние ошибок изготовления и сборки приводного механизма и силового вытеснителя НД на точность насосного дозирования, что впервые открыло возможность применения для целей высокоточного дотирования нерегулируемых насосов общепромышленного назначения(!);

4) разработанные ФМР обеспечивают высокоточное дозирование при применении пневматических и гидравлических приводов силового вытеснителя РК, а также при использовании дискретных систем управления их движением;

5) разработанные способы коррекции шкалы задатчика НД существенно повышают класс точности НД и СДА в процессе их эксплуатации на конкретных жидкостях и рабочих режимах по температуре и давлениям, а предложенные новые способы учета действительной подачи и новые типы активных и суммирующих шкальных устройств позволяют существенно расширить функциональные свойства НД;

6) разработанный новый способ диагностики НД по виду индикаторной диаграммы на режиме нулевой подачи (использующий специальный ФМР) впервые позволил в условиях эксплуатации определять действительную герметичность и стабильность работы от цикла к циклу клапанных узлов НД и существенно повысить среднюю эксплуатационную точность дозирования за счет своевременного (по факту износа клапанов) восстановительного ремонта НД;

7) способ повышения точности дозирования по а.с. № 302495, позволяющий повышать точность дозирования НД традиционного исполнения непосредственно в условиях эксплуатации применяется повсеместно, как в России, так и за рубежом;

8) разработанные структуры, рабочие циклы и методы расчета НД с различными приводными механизмами и системами непрерывного и дискретного управления позволяют существенно снизить чувствительность процесса дозирования к основным ВВ и обеспечить сколь угодное приближение их характеристик к характеристикам идеальных дозаторов. В результате открывается возможность осуществления высоконапорного дозирования с характеристиками, существенно превышающими достижимую для известных в мировой практике НД и технологических СДА, и создается научно-техническая основа проектирования нового поколения дозирующих ФНА. Ряд разработок способов и устройств защищен авторскими свидетельствами и патентами РФ, Англии, США, Японии, Франции, Австрии, Италии.

Созданные технические решения использованы в новых типах НД и СДА Саратовского завода нефтяного машиностроения, Свесского насосного завода (Украина), а также в разработанных при непосредственном участии автора специальных многофункциональных На ти-

пов: МНПР, МНВ, МПД, МНМ, МНПМ, МНМВ-2г, МН-2, МН-4, МН-7, МН-8, МН-9, МН-15, МПВ-2а, предназначенных для решения специальных задач создания новой техники. Ряд этих насосов использовался в системах космических станций «САЛЮТ», «МИР» и в настоящее время применяется в системах жизнеобеспечения «МКС».

Раздел Г. Анализ и синтез многофункциональных НА со слож-нымивнешнимихарактеристиками, исследование рабочихцик-лов и процессов в ФНА.

Глава 7 посвящена анализу и синтезу ФНА с типовыми элементарными (жесткими, упругими и дроссельными) звеньями в ФМР [4, 6, 10... 12,14,28,30,32,38, 41, 42, 43, 57]. С учетом результатов исследований, изложенных в главах приложений 9(П) и 10(П), показано, что:

1) ОГМ «распределительного» типа со свободно клапанным распределением жидкости обладают наибольшими возможностями подключения ФМР и ФИМ для создания необходимых функциональных связей между подачей и параметрами нагружения со стороны ОПУ. Для обеспечения более широких возможностей функционирования ФНА включение ФМР рационально осуществлять на участках гидрокинематической цепи фНа, наиболее приближенных к рабочей камере;

2) выявленный набор ориентированных элементарных ФЗ (№1...№8), представляет минимальную элементную базу, необходимую и достаточную для придания насосу требуемых функциональных характеристик по величине давлений на его входе или/и выходе посредством установленных в работе правил и способов компоновки элементарных звеньев в гидравлический двух-, трех- или четырехполюсник, образующий ФМР, включаемый в структуру насоса разработанной системой способов. Эффективность прямого метода построения и синтеза ФНА по статическим характеристикам ФЗ подтверждают экспериментально исследованные ФНА с гидравлическими ФМР, содержащими дроссельные, упругие и жесткие звенья. Разработанный метод построения ФНА впервые позволил перейти от эвристического подхода к созданию ФНА к научно обоснованной методологии построения и синтеза ФНА с заранее заданными функциональными свойствами;

3) из анализа структурных графов выявлена возможность построения ФМР «дифференциального» типа, которые при выполнении определенных правил параллельного и последовательного включения в гидрокинематическую цепь насоса дроссельных и упругих ФЗ дают возможность регулирования подачи от 0 до МАХ при технически просто реализуемом перенастраивании напорно-расходных характеристик «жесткого» типа и относительно малых потерях энергии в рабочих циклах, например:

4) энергетику рабочих процессов в ФНА наиболее полно характеризует только предложенный комплекс критериев - т^ , г|нагла. и йнаг (коэффициент относительного нагружения), учитывающих потери на трение в уплотнениях и подвижных звеньях приводного механизма насоса. Выявлено, что применение ФМР, дающих более высокий индикаторный КПД - г)с , не всегда приводит к повышению общего КПД насосного агрегата (!), и что выбор ФМР из числа вариантов, полученных при их синтезе по заданной характеристике насоса, следует осуществлять пользуясь критериями Т|„аг.да. и 5наг I

5) наиболее достоверно неравномерность мгновенной подачи для регулируемых насосов оценивается критериями, характеризующими отклонение неравномерности подачи от имеющей место на режиме 100% - ной подачи - з', а'отк, Хл. х«в.

6) для эффективной оценки условий совместной работы ФНЛ с его магистралями, снабженными колпаками, следует использовать критерий объемной неравномерности подачи ау, характеризующий интегральное по циклу, наибольшее возмущающее динамическое воздействие ФНА на подключенную к нему гидросистему. Полученные зависимости сту от г) позволяют определять максимальные величины пульсации давления для однопоточных ФНА, а также выбирать компоновки многопоточных ФНА, минимизирующие обобщенное динамическое воздействие на ОПУ;

зо

7) разработанная методика гидрокинематического расчета кслпаков ФНА, учитывающая характерный тип колпака, изменение характеристик колпака от г|„ гидравлические характеристики магистралей, задаваемый конкретными зависимостями су(л) тип ФНА, диапазон регулирования средней подачи, позволяет определять пульсации давления в магистралях в зависимости от величин критериев подобия, характеризующих динамическую систему «ФНА-колпак-магистраль»; выявлять наиболее тяжелые режимы работы установки; осуществлять выбор параметров, обеспечивая работу насосной установки при допустимых пульсациях давления на входе и выходе ФНА;

8) теоретический анализ различных характеристик ФНА с ФЗ № 5 и ФЗ № 6 и их экспериментальное исследование доказали их практическую работоспособность в широком диапазоне параметров, возможность обеспечения строго линейных регулировочных характеристик т](РВ), повышенную жесткость характеристике - Р„,вх по отношению к аналогичным характеристикам наиболее часто применяемых НД клас-совА-1 и А-2, высокий КПД, а также - достаточное для практики проектирования соответствие расчетных зависимостей г|(РВ), ^(л), лнаг(л) экспериментальным, что позволило разработать методики и практические рекомендации по конструированию ФНА этого типа;

9) анализ рабочих процессов ФНА с дроссельными и упругими ФЗ позволил получить критериальные соотношения, характеризующие регулировочные, напорные и энергетические характеристики этого типа ФнА, достоверность которых подтверждена экспериментально;

10) использование ФЗ №1, встроенного в РК, дает более надежное и экономичное, чем при байпасировании, регулирование подачи, и особенно рациональное в ФНА, работающих при малых расходах на загрязненных жидкостях. Это положительное свойство использовано по рекомендации автора при разработке микронасоса типа РЦНА (ЗАО НПО «ГИДРОМАШ»);

11) использование ФЗ №2 в РК обеспечивает надежную работу ФНА в режиме источника давления (что практически недостижимо в случае применения обычных предохранительных клапанов при перекачивании загрязненных и коагулирующих жидкостях), одновременно защищая ФНА, магистрали и ОПУ от статических и динамических забросов давления, имеющих место при традиционном использовании предохранительных клапанов. ФНА этого нового типа использованы при проектировании нового поколения микронасосов (для наземных комплексов и гидросистем космических станций);

12) теоретическое и экспериментальное исследование ФНА с упругими ФЗ выявило особенности термодинамических процессов в них и позволило компенсировать необратимость процесса «сжатие-

расширение» в газовом Ф3(№ 3 + № 4) на характеристику О-Р ФНА, а также разработать новый способ экспериментального определения характеристик О-Р по форме индикаторной диаграммы на режиме г|=0, позволяющий настраивать ФНА на требуемую функцию О-Р без использования сложных стендов.

Глава 8 посвящена созданию и исследованию многофункциональных НА со сложнымихарактеристикамидействия, а также способам их построения, анализу, синтезу, методам теоретического и экспериментального исследования на электронных моделях и специальных натурных стендах, позволяющих выявлять и учитывать динамические свойства как функциональных звеньев ФМР, так и гидравлических магистралей, подключенных к входу и/или выходу ФНА [1, 2, 4, 6, 12, 14, 15... 17, 18, 19, 23, 24, 29, 37, 38, 39 ].

В результате (с учетом результатов исследования, изложенных в главах приложений 11 (П) и 12(П)) показано, что:

1) новые способы организации рабочего процесса объемного НА впервые позволяют осуществлять построение и разработку различных по свойствам многофункциональных насосных агрегатов.

Пример 1. МФНА рекуперативно-циркуляционного типа (структура приведена ниже) для систем опреснения морской воды в 6... 8 раз снижает энергопотребление. При модернизации структуры дополнительно обеспечивается процесс объемного дозирования, необходимая адаптация гидросистемы к изменяющейся нагрузке и загрязненности мембранного блока, защита НА и устройств гидросистемы по предельным давлениям нагнетания, всасывания или/и по перепаду давления на заданных элементах гидросистемы и т.п.

I Р,

Оц

кк

Оц

Осб

Пример 2. МФНА с нижесказанной структурой синтезирован для высокоэффективной перфузии крови и работы в качестве искусственного сердца и позволяет за счет ФМР, воздействующего как на такт всасывания, так и на такт нагнетания, осуществлять перекачивание крови практически при полном отсутствии повреждений (разрывов) капилярного русла и повреждения форменных элементог, крови (по результатам испытаний в институте им. Вишневского, гемолиз крови был в несколько раз ниже, чем у лучших зарубежных аналогов) при одновременном обеспечении безопасности процесса перфузии за счет придания ФНА адаптивных по давлению входа и выхода свойств, приближающих его рабочий процесс к естественному сердцу;

2) разработанные ФДГМ для специальных технологических прямо-действующих насосов позволяют: минимизировать неравномерность давления в тактах всасывания и нагнетания (и тем самым создать наилучшие условия для перекачивания биологически активных, детонирующих, высоковязких и других специальных жидкостей); обеспечить максимально возможную для конкретной гидросистемы всасывающую способность или/и быстроходность насосного агрегата, а также существенно улучшить виброшумовые характеристики объемных поршневых насосов (!);

3) внешние характеристики и адаптационные свойства ФНА при наличии в ФМР упругих, дроссельных и инерционных звеньев существенно зависят от статических и динамических характеристик подключенных к нему магистралей, и, следовательно, фНа и подключенные к его входу и выходу гидросистемы необходимо рассматривать как еди-

! РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 1 БИБЛИОТЕКА 1

« 550 мт г

ный гидравлический механизм, содержащий взаимно влияющие друг на друга ФЗ, включенные во ФНА, магистрали и ОПУ;

4) рассмотрение насосной установки как ФНА с ФЗ звеньями в ФМР и магистралях позволяет перейти к «расчетному» графу, содержащему узлы давления — «камеры» и соединяющие их ребра в виде узлов «связей», и тем самым получить расчетную модель обобщенного гидравлического функционального механизма, включающего все учитываемые ФЗ, определяющие его статические и динамические свойства.

Характерные узлы «камер» и «связей», разработанные в виде типовой элементной базы для специализированной АВМ [19,23,28,29,39], позволили по структурному графу ФНА и подключенных к нему магистралей осуществлять моделирование гидросистемы путем набора её электронной модели простым соединением входов и выходов указанных узлов (в соответствии со структурным графом) и проводить ее исследование в реальном режиме времени, минуя стадии априорного осознания физических процессов в ФНА и гидросистеме и составления систем уравнений, описывающих рабочий процесс ФНА с учетом всех изменений в рабочем цикле структур и параметров динамических подсистем в тактах всасывания и нагнетания и условий перехода с одной системы на последующую (в зависимости от сложности ФМР изменение структуры и параметров динамических подсистем в рабочем цикле ФНА может происходить от 3 до 10 раз);

5) использование разработанного способа структурного моделирования ФНА на АВМ существенно ускоряет процесс программирования АВМ и исследования рабочих процессов и характеристик многофункциональной насосной установки, позволяет осуществлять на модели выбор типа и рабочих параметров ФЗ, входящих в ФМР и магистрали, а также осуществлять диагностику эксплуатируемой гидросистемы по ограниченному числу информационных сигналов от датчиков в случае появления отказов в её работе;

6) проведенные экспериментальные исследования ряда ФНА на электронных структурированных моделях доказали достоверность результатов исследования, получаемых при использовании этого метода исследования и разработанной элементной базы моделей ФЗ. Показали широкие возможности и практическую ценность такого подхода при разработке ФНА на конкретные всасывающие и/или нагнетательные характеристики и рабочие параметры. Применение метода существенно сократило время доработки ряда изделий на требования ТЗ за счет выявления на этапе проектирования воздействия на рабочие характеристики ФНА сложных динамических процессов, протекающих в ФМР и гидросистеме в целом;

7) применение метода структурного моделирования (апробированного при программировании АВМ), а также разработанных в работе прямых электронных моделей ОГМ особенно рационально как на этапе выбора рациональной структуры ФМР и типов его ФЗ (для получения заданного вида характеристик Q - РДтак и на этапе осознания исследователем особенностей функционирования гидросистемы, что существенно упрощает задачи программирования для уточненного исследования динамики гидросистемы с ФНА на ЦВМ;

8) проведенный анализ математических моделей ФНА, содержащих в ФМР инерционные звенья, позволил выявить их влияние на отклонение характеристик Q-Pj, полученных методом синтеза по статическим характеристикам элементарных ФЗ, и определить границы применимости указанного синтеза по допустимой точности реализации этих характеристик. Выявлено, что введение в ФМР инерционных звеньев придает ФНА ряд новых, имеющих практическое приложение функциональных свойств, например, возможность повышения подачи ФНА с уменьшением частоты его рабочих циклов в определенных диапазонах изменения соотношений рабочих параметров;

9) действие гидравлических ФМР на рабочий цикл ФНА создает сложный спектр возмущающих воздействий на всасывающую и нагнетательную магистрали ФНА, что требует экспериментального определения интегральных динамических характеристик трубопроводов при таких типах нагружения. В этой связи повышение точности ргсчетов характеристик Q - Pj может быть достигнуто даже в относительно тихоходных насосах только при экспериментальном определении уточненных динамических характеристик магистралей, см. [15, 17, 27]. (В насосах с золотниковым типом распределителя практически всегда необходимо, как показано Орловым Ю.М., учитывать волновые про цессы в гидравлических каналах насоса и гидросистемы);

10) регулирование средней подачи ФНА приводит к изменению динамических свойств магистралей НА - собственной частоты колебаний и коэффициента затухания, причем в существенно разной зависимости для напорной и всасывающей гидролиний. Это требует проведения динамического расчета систем «колпак-трубопровод» во всем диапазоне регулирования по предложенной методике [1], учитывающей тип колпака, способ регулирования и факторы, влияющие на измэнение потенциальной и кинетической энергии подсистем в процессе переносного и относительного колебательных движений жидкости в магистралях ФНА;

11) при работе ФНА с нежесткими характеристиками в процессе выполнения каждого рабочего цикла имеет место скачкообразное изменение динамических свойств системы «ФНА-ФМР-гидролиния» при

смене тактов всасывания и нагнетания. Это явление при определенных соотношениях рабочих параметров ФНА и гидросистемы приводит к параметрическому возбуждению систем «колпак-трубопровод». Полученные расчетные зависимости позволяют определить характер периодического изменения собственной частоты и коэффициента затухания колебательных систем, связанный с изменением рабочих тактов, и выбрать соотношения рабочих параметров, стабилизирующие рабочий процесс насосной установки;

12) для ФНА с жесткими характеристиками предложена методика динамического расчета неравномерности давления в его «коротких» магистралях, учитывающая способ регулирования подачи, особенности рабочего цикла ФНА и тип используемого колпака;

13) при использовании ФНА с нежесткими характеристиками в зависимости от чувствительности средней подачи к изменению давления существенно могут меняться динамические свойства клапанов и происходит взаимное влияние рабочего процесса ФНА и переходного процесса клапанной системы, что требует учета этого фактора как на закон мгновенной подачи ФНА, так и на закон движения и условия посадки клапана на седло, по предложенной уточненной динамической модели клапанной системы;

14) разработанная методология проектирования ФНА предоставляет разработчику широкие возможности создания ОГМ на самые сложные технические требования, что, в частности, подтверждается успэшным созданием НА принципиально новых типов, позволивших обеспечить надежное и высокоэффективное функционирование технически сложных систем жизнеобеспечения космических объектов, одновременно позволив существенно снизить массу и габариты технологического оборудования за счет ставшего возможным упрощения гидросистем, отказа от целых комплексов внешних устройств защиты и средств автоматизации технологическими процессами. В целом применение ФНА позволило реализовать такие рабочие и эксплуатационные характеристики, которые были недостижимы при использовании НА традиционных типов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ИТОГИ 1. Существенное и качественно новое повышение эффективности современных технологических и приводных гидросистем возможно только при использовании в качестве входного и ведущего звена гидросистемы одно- или многопоточного многофункционального объемного насосного агрегата (ФНА) с характеристиками действия, максимально полно обеспечивающими необходимые адаптационные свойства, программное и комбинированное управление ведомыми звенья-

ми ОПУ, минимизацию потерь энергии при обеспечении заданных характеристик действия.

2. Впервые получен полный классификатор ОГМ, основанный на признаках энергопреобразования, функционального взаимодействия, вида движения рабочих органов, топологии деталей машин как таковых и сочетающий в себе основные параметры ОГМ, особенности организации рабочих циклов в машинах объемного принципа действия. Классификатор включает полные классификации однопоточных ОГМ, регулируемых ОГМ и ФИП, базирующихся на ОГМ.

3. На базе проведенной систематизации получено пригодное для ОГМ всех классов обобщенное уравнение средней подачи, позволившее выявить принципиально возможные способы регулирования средней подачи объемных гидромашин и создать научную основу дальнейшего, выполненного вработе обобщенного исследования типовых рабочих процессов, методов построения и синтеза регулируемых одно- и многопоточных насосных агрегатов с наперед заданными функциональными свойствами.

4. Выполнен обобщенный анализ принципа действия многопоточных гид ромаш и н н ых агрега товпропорциональногодозирования -

СДА, получены основные закономерности пропорционального управления Р потоками жидкостей посредством ОГМ; определены принципиально возможные способы построения и алгоритмы дискретного и непрерывного управления СДА; осуществлена систематизация СДА как целостного нового класса многопоточных многофункциональных гидромашин, выявлены и разработаны новые типы СДА, существенно расширяющие возможности их применения в гидросистемах.

5. Создан новый класс голономных гидравлических механизмов

(ФДГМ), основывающийся на применении в качестве ведущих звеньев программно - управляемых одно- или многопоточных дозирующих ФНА. Показано, что ФДГМ может использоваться как новая высокоэффективная элементная база современных приводных и технологических гидросистем, качественно расширяющая возможности их применения и совершенствования.

6. Для обеспечения программного управления одно- и многопоточными гидросистемами и ФДГМ проведено комплексное исследование процесса объемного гидромашинного дозирования, в результате которого разработаны: полная система возможных в принципе способов снижения ошибок объемного дозирования, новые структуры, рабочие процессы и технические решения, впервые дающие возможность создания эталонных насосов-дозаторов, сколь угодно приближающихся к «идеальным». Эти типы НД не имеют аналогов в

мировой практике дозировочного машиностроения и обладают ранее недостижимыми показателями качества дозирования.

7. Разработана методология синтеза ФМР, позволяющая: осуществлять требуемые воздействия на потоки энергии, передаваемые между звеньями насоса и жидкостью в рабочих камерах в тактах всасывания или/и нагнетания, и задавать объемному насосу разнообразные необходимые законы мгновенной подачи и типы внешних всасывающих и нагнетательных характеристик (определяющих функциональные свойства ФНА); осуществлять расчет неравномерности мгновенной подачи и экономичности рабочего цикла и ФНА в целом по предложенным критериям; рассчитывать необходимые объемы демпфирующих колпаков в зависимости от способа регулирования и типа колпака; определять регулировочные и энергетические характеристики насоса с жесткими, дроссельными и упругими элементарными ФЗ и их комбинациями; выполнять коррекцию характеристик гидросистемы в целом с учетом динамических свойств функциональных звеньев и многократной переменности структур динамических систем в рабочих циклах ФНА.

8. На основании анализа возможных структур ФНА выявлены новые способы организации рабочего процесса объемного насосного агрегата, впервые позволившие придавать НА объемного типа свойство многофункциональности и, например, осуществлять:

* процесс объемного дозирования при одновременном изменении подачи по давлению нагнетания, всасывания или перепаду давления на заданном элементе гидросистемы и ограничении предельной нагрузки привода, обеспечивая низкую чувствительность к содержанию газа в жидкости и абсолютному внешнему давлению (изделие МН-9);

* подачу жидкости в систему с защитой по предельному давлению и заданным законом изменения подачи по давлению при одновременным отборе жидкости из системы для осуществления циркуляции жидкости в технологическом контуре высокого давления в режиме рекуперации энергии (агрегаты обратноосмотических опреснителей, снижающие энергопотребление до 8 раз, изделие РПН);

* регулируемую по давлению подачу жидкости однокамерным насосом при обеспечении процесса ее дозирования и существенном повышении равномерности мгновенной подачи (изделие МН-7);

* регулирование цикловой подачи при заданном ограничении пре дельного вакуума в такте всасывания и предельного избыточного давления в такте нагнетания при одновременной защите крови от высокочастотных колебаний давления в рабочем цикле (опытные образцы перфузионных насосов типа МРПН для перекачивания крови);

9. Исследование ряда гидродинамических задач позволило решить проблемы: повышения быстроходности поршневых насосов с клапанным распределением; существенного улучшения виброшумовых и кавитационных характеристик (за счет обеспечения условий хорошо демпфируемого закрытия клапанов путем учета нелинейных динамических свойств клапанной системы); качественного улучшения всасывающей способности при работе на легко разрушаемых, газонасыщенных, легкокипящих, криогенных жидкостях (за счет новых способов организации рабочего процесса объемного насоса).

10. Результаты данной работы использованы при разработке новой техники по ряду постановлений Правительства, в том числе при создании ФНА, предназначенных для работы в экспериментальных комплексах и наземных объектах и системах жизнеобеспечения космических станций «Салют-3», «Салют-4», «Сают-6», Салют-7» «МИР», «МКС»; малошумных судовых насосных агрегатов; безвариаторных синхродозировочных агрегатов для химической промышленности и энергетики; быстроходных поршневых насосов нового поколения в части расчета динамики клапанного распределителя; специальных высокостабильных насосов-дозаторов с предкамерами для дозированной подачи жидкого кислорода и водорода в двигатели; опреснительных систем с целью многократного снижения энергопотребления в их рабочем процессе; серийно выпускаемых аксиально-поршневых регулируемых гидромашин ряда типоразмеров, опытных образцов ФНА для медицинских перфузионных систем и искусственного сердца; принципиально новых технических решений гидроприводов управления машин автоматов, манипуляторов и систем, работающих в режиме слежения и т.п. (см. публикации автора), а также в учебном процессе МАДИ(ГТУ) при подготовке инженеров-конструкторов по специальности «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».

Таким образом, выносимые на защиту научно-технические положения в их совокупности решают комплексную проблемную задачу — получение системного и полного знания о возможных способах построения и синтеза одно- и многопоточных объемных на-сосныхагрегатов с заданными функциональными свойствами (включая разработку новых типов многофункциональных насосных аг регатов); создание основ их применения, исследования и проектирования для технологических и приводных автоматизированных гидросистем с целью придания им посредством раз работанных типов ФНА и базирующихся на нихголономных программируемых и адаптирующихся по нагрузке.гидравличе-ских механизмов ФДГМ качественно новых возможностей совершенствования и повышения эффективности.

СОДЕРЖАНИЕ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ, НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАБОТАХ, АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВАХ И ПАТЕНТАХ

1.Бритвин Л.Н. Методика гидрокинематического расчета демпфирующих колпаков регулируемых поршневых насосов: Учебное пособие/МАДИ(ГТУ). - М., 2003. - С. 54. (Создано впервые по результатам диссертации).

2. Бритвин Л.Н. Основы построения гидроприводных одно-поточных объемных насосных агрегатов: Учебное посо-бие/МАДИ(ГТУ).- М., 2002. - С. 52. (Создано впервые по результатам диссертации).

3. Бритвин Л.Н. Перспективы повышения эффективности гидросистем путем их выполнения как голономных гидравлических механизмов. - Сб. научных трудов 3-его международного совещания по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте/И МАШ РАН. - М., 2002. -С. 318...326.

4. Pumping Equipment of Autonomous Inhabited Systems./ Бритвин Л.Н., Ошмарин И.Д..Васильев В.Н. и др.:. Доклад на 20th intersociety Conference on Environmental Systems. Williamsburg, Virginia, USA, July 9-12, 1990. - C.19.

5. Бритвин Л.Н. О возможности построения резонансных гидроприводов цикловых машин-автоматов на базе дозирующих гидромашин.- В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 14. - М.: Машиностроение, 1988. -С. 291...295.

6. Бритвин Л.Н., Прудовский А.Б. Синтез пневмопульсатор-ного привода объемного насоса по заданному закону давления в магистрали. - Сб. научных трудов МАДИ «Методы расчета и проектирования гидропневмоприводов». - М., 1988. -С. 103...108.

7. Бритвин Л.Н., Рогунов М.А. Учет влияния приведенной массы жидкости на динамические характеристики самодействующего клапанного распределителя. Сб. научных трудов МАДИ «Методы расчета и проектирования гидропневмоприводов». - М., 1988. -С.78...83.

8. Бритвин Л.Н. Способы гашения ошибок движения цикловых гидроприводов, управляемых посредством программируемых насосов-дозаторов. - В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 13. - М.: Машиностроение, 1987. С. 28...35.

9. Бритвин Л.Н., Драгунов В.Н. Экспериментальное изучение рабочих процессов и характеристик поршневых насосных установок: Методические указания к лабораторным работам/ МАДИ. - М., 1987. - С.24: (Создано впервые по результатам диссертации).

10. Бритвин Л.Н., Любин Я.Л., Рогунов" М.А. Поршневой насос с новым механизмом предохранения от перегрузок. -Экспресс-информация о работах НИИ и КБ отрасли «Насосо-строение». №3. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1984. - С. 12.

11. Бритвин Л.Н. Системы пропорционального дозирования в АСУ ТП: Тезисы докладов отраслевого семинара «Изобретение и технический прогресс». - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - С.11...12.

12. Бритвин Л.Н., Климов М.М. Пневматические приводы перфузионных насосов и искусственного сердца с синхронизированными системами управления: Тезисы 3-го научно-технического семинара по медицинской технике «Пневматические системы управления биологическими процессами».-М., 1987. - С. 81...82.

13. Бритвин Л.Н. Влияние утечек на точность дозирования объемными насосами с различными механизмами изменения подачи. - Сб. научных трудов МАДИ «Анализ и синтез элементов и систем гидропневмоавтоматики». - М., 1980. - С. 103...108.

14. Бритвин Л.Н., Рогунов М.А., Циплаков СМ. Разработка и исследование малонапорных поршневых насосов со встроенными в рабочую камеру механизмами ограничения предельного давления. - В кн: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 12. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 160...168.

15. Бритвин Л.Н., Ким Т.В., Рогунов М.А. Новые методы и системы для экспериментального определения приближенных динамических характеристик трубопроводов. Депонировано в ЦИНТИхимнефтемаше, № 1295, 23.07.85. - М. - С. 23.

16. Бритвин Л.Н., Ким Т.В., Рогунов М.А. Датчик знакопеременного расхода жидкости для исследования рабочих процессов поршневых насосов. Депонировано в ЦИНТИхимнеф-темаше, № 1124, 11.01.85. - М. - С.12.

17. Бритвин Л.Н., Рогунов МА Исследование влияния трубопроводов на внешнюю характеристику поршневого насоса с дроссельным механизмом предохранения от перегрузок. -Сб. научных трудов МАДИ «Расчет и проектирование гидросистем. - М., 1985. - С.79...85.

18. Бритвин Л.Н. Критерии оценки потерь энергии в объемных насосах с функциональными гидравлическими механизмами регулирования подачи. - Сб. научных трудов МАДИ «Гидравлические приводы и элементы гидропенвмоавтомати-ки». - М;, 1984. - С. 65...70.

19. Арциховский-Кузнецов А.Б., Бритвин Л.Н. Структурное моделирование привода гидросистем. - Сб.: «Электроника и автоматика на автомобильном транспорте и дорожном строительстве»// Труды МАДИ. - М., 1983. - С. 98...100.

20. Бритвин Л.Н. Систематизация конструктивных решений объемных гидромашин. - В кн.: Приводы и системы управления. Вып.10. - М.: Машиностроение, 1984. - С. 263...279.

21. Бритвин Л.Н., Моренко В.И. О новом подходе к решению проблем термодинамического анализа двигателя Стир-линга. - Межвузовский сб. научных трудов «Конструирование, технология, экономические исследования в автомобилестроении». - М., 1987. -С. 20...24.

22. Бритвин Л.Н. Дозирующие .гидросистемы машин-автоматов и манипуляторов с программным заданием закона движения. - Сб. научных трудов МАДИ «Методы анализа гидро- и пневмосистем». - М., 1983. - С. 33...37.

23. Бритвин Л.Н., Полякова В.Н. Применение АВМ для автоматизации определения индикаторного КПД функционального насосного агрегата. - Сб. научных трудов МАДИ «Методы анализа гидро- и пневмосистем». - М., 1983. - С.109...113.

24. Бритвин Л.Н., Полякова В.Н. Автоматическое определение полезной работы насосной установки посредством электронных блоков АВМ. - Сб. научных трудов МАДИ «Электроника и автоматика на автомобильном транспорте и в дорожном строительстве». - М., 1983.- С. 74...78.

25. Бритвин Л.Н. Общая систематизация объемных насосов: Тезисы отраслевого семинара «Изобретение и научно-технический прогресс в насосостроении». - М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1990 - С. 3...4.

26. Бритвин Л.Н. Принципы конструирования, основные параметры и расчетные соотношения объемных гидромашин: Методические указания по курсу «Объемные гидромашины и гидропередачи»/МАДИ.- М.,1982. - С.22. (Создано впервые по результатам диссертации).

27. Бритвин Л.Н., Рогунов М.А. Методика экспериментального определения интегральной характеристики трубопровода. - Сб. научных трудов МАДИ «Исследование гидроприводов и систем гидропневмоавтоматики». - М., 1982.- С. 50...54.

28. Бритвин Л.Н., Арциховский-Кузнецов А.Б. Метод структурного моделирования на АВМ объемных насосных устано-

вок. - Сб. научных трудов МАДИ .«Автоматизированные системы управления на автомобильном транспорте». - М., 1981.

- с.109...113.

29. Бритвин Л.Н., Васьковский А.М; Моделирование функционального объемного насоса поршневого типа, выполняющего функции источника в сложной гидросистеме. - Сб. научных трудов МАДИ «Автоматизированные системы управления на автомобильном транспорте». - М., 1980.- С.124...127.

30. Бритвин Л.Н., Циплаков СМ. Синтез поршневого насоса с подключенным в привод упругим звеном в качестве ре гулятора подачи. - Сб. научных трудов МАДИ «Системы гидропневмопривода». - М., 1981. - С. 86...91.

31. Бритвин Л.Н., Зенков И.Ф. Влияние частоты циклов на подачу дозировочного насоса с нулевым вредным объемом. -Сб. научных трудов МАДИ «Системы гидропневмоприводов».

- М., 1980. - С. 72...78.

32. Бритвин Л.Н., Циплаков СМ. Исследование влияния динамических свойств упругого демпфера, подключенного к рабочей камере поршневого насоса на напорно-расходные характеристики. - Сб. научных трудов МАДИ «Системы гид-ро-и пневмоприводов». Вып. 165. - М., 1979. - С 68...73 .

33. Бритвин Л.Н.Применение синхродозировочных гидроагрегатов для программирования движения механизмов с несколькими степенями свободы. В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып.6. - М.: Машиностроение, 1979. -С. 8...16.

34. Бритвин Л.Н. Новые направления в развитии дозировочных насосных агрегатов. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1974.

- С. 73.

35. Бритвин Л.Н. Основы построения объемных насосов-дозаторов, инвариантных относительно рабочего давления. -Сб. научных трудов МАДИ «Проблемы и направления развития гидромашиностроения». - М., 1978. - С 41...44.

36. Бритвин Л.Н. Применение дозирующих насосных агрегатов как средства программирования движения гидравлических механизмов. - В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып.6. - М;:Машиностроение, 1978. - С. 18...22.

37. Бритвин Л.Н., Рогунов М.А. Анализ влияния динамических свойств упругого демпфера рабочей камеры объемного насоса на его характеристики. - Сб. научных трудов МАДИ «Гидропневматические системы управления и гидропередачи самоходных машин». Вып. 110. - М., 1977.- С. 81...87 .

38. Бритнин Л.Н. Функциональные объемные насосные агрегаты и новые методы их построения. - М.: ЦИНТИхимнеф-темаш,1976. - С.91.

39. Бритвин Л.Н. Основы построения прямых электронных моделей регулируемых насосных установок объемного типа. -Экспресс информация о работах НИИ и КБ отрасли.- М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1976. - С. 32.

40. Бритнин Л.Н. Пути создания объемных насосов с регулируемыми внешними характеристиками:- Тезисы докладов на 3-ем научно-техническом семинаре кафедры гидравлики МАДИ: - М., 1972. -С.3...4.

41. Бритвин Л.Н. Общие методы синтеза перенастраиваемых механизмов регулирования подачи поршневых насосов.

- В кн.: Механика машин. Вып. 49// Научные труды АН СССР.

- М.: НАУКА, 1975. -С. 59...70.

42. Бритвин Л.Н., Ошмарин И.Д., Филоненко В.Б. Синтез гидравлических устройств для регулирования подачи поршневого насоса по заданному типу его внешней характеристики. -В кн.: Пневматика и гидравлика. Вып. 2. - М.: Машиностроение, 1975. С.

43. Бритпин Л.Н. Новые методы повышения точности дозирования жидкостей насосными установками объемного типа. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1975. - С.74.

44. Бритвин Л.Н. Новое в развитии гидроприводных насосных агрегатов. - М,: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978. - С. 92.

45. Бритвин Л.Н., Зенков И.Ф. Решение настационарной задачи течения жидкости в щели плунжернрой пары объемной гидромашины. - Сб. научных трудов МАДИ «Гидропневмоавтоматика и гидропривод». Вып. 74. - М., 1974. - С. 116... 125.

46. Бритнин Л.Н. Влияние динамики клапанной системы на подачу поршневых дозировочных насосов.- В кн.: Пневматика и гидравлика (приводы и системы управления). Вып.1. - М.: Машиностроение , 1973. - С. 254...263.

47. Бритвин Л.Н. Классификация насосов объемного типа с регулируемой подачей // Тр. ВНИИГидромаш. Вып. 43. - М.: Энергия, 1972. - С. 108... 146.

48. Бритвин Л.Н., Мясковский Е.Е. Химические регулируемые насосы. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1971.- С. 52.

49. Бритвин Л.Н. Гидравлические механизмы регулирования рабочих характеристик поршневых насосов. - М.: ЦИНТИ-химнефтемааш, 1975. - С.69.

50. Бритоин Л.Н., Семенов М.И. Новые направления в развитии герметичных приводных насосов объемного типа. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1972. - С.64.

51. Бритвин Л.H., Иоффе Б.А. Oбщие принципы конструирования герметичных насосных агрегатов.// Тр. ВHИИГидро-маш. Вып. 42. - М.: ЭHЕРГИЯ, 1971. - С. 152...1б4.

52. Современные японские насосы/Л.H. Бритвин, O^. Кузнецов и др. - Hасосостроение и арматуростроение №2. - М., 1 9бб.-С.

53. Бритвин Л.К, Калишевский В.Л. К вопросу о расчете самодействующих клапанов поршневых насосов // Труды ВHИИГидромаша. Вып.3В.- М.: ГО^ИИ™, 19бВ. С. 1В...29.

54. Бритвин Л.К, Золотарь А.И. Зарубежное химическое машиностроение. Hасосное машиностроение. - М.: ^H^-химнефтемаш. - М., 19бб. - С.132.

55. Бритвин Л.К, Золотарь А.И. Hасосы// Химическое и нефтяное машиностроение. №2 - М., 19б2 - С.

56. Бритвин Л.К Oсновы построения дозирующих гидравлических механизмов и возможности их применения в гидроприводных насосных агрегатах: Тезисы докладов отраслевого семинара «Изобретение и научно-технический прогресс»/ ЦИHТИхимнефтемаш. - М., 199G. - С. 1б...17.

57. Бритвин Л.К Голономные гидравлические механизмы. - Сб. научных трудов МАДИ «Гидромашины гидропривод и гидропневмоавтоматика». - М., 1997.- С. 91...97.

5В - 6g. Бритвин Л.H. Система способов повышения точности объемного насосного дозирования. Построение объемных насосов-дозаторов инвариантных относительно давления нагнетания. Oсновы построения и систематизация гидромашинных агрегатов пропорционального многокомпонентного Hасосостроение и арматуростроение объемного дозирования жидкостей: Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Гидромашиностроение. Hастоящее и будущее», посвященной 100-летию основания московской школы гидромашиностроения. - М., 2GG4. - С. 5.

ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 - 19. Патенты (оформлены в соавторстве): Improvemetsin or relating to Rotory Pumps. Англия. №1152912; Device for controlling the deliveri of a reciprocating pump. США. №3560112; Dispositif peril controllo della por-tata di una pompa a movimento alternative Италия. № В400В9; D.spositif pour la commande du debit d'une pompe volumetrique a mouvement rec-talique altematif. Франция. № 159522В; Устройство для регулирования. Япония. № 23В03/75; Устройство для регулирования производительности объемного насоса. Англия. №1232271; An hudraylic accumulator for controlling the operating volume of a reciprocating pump. Англия. № 12425В9; Dispositif pour la requlation du debit d'une pompe volumetrique.

Франция. № 15714B0; Capasity regulator for in temitten-action displaciment pump. ÜIIIA. № 35243B7; Einrichtung zur Fofderstzomregulirung der Ver-drangerpumpen mit oszillierender Wirkung. ФPГ №17039B7; Устройство для управления насосами-дозаторами. Япония. №700943; Дозировочная установка. Япония. № 3004/73; Control device for metering pumps. OIA. № Зб599б9; Dispositif de commande pompes doseuses. Франция. №20б4735; Control device for metering pumps. Aнглия. №12B051B; Einrichtung zur Steuerung von Dosier-pumpen. ФPГ. №6936946; Einrichyung zur Einstellung der Fordermenge von Dosierpumpen. Aвстрии № 314B41 ; Объемный насос. ГО. № 2212563.

Авторские свидетельства на способы построения ФНА и совершенствования рабочих процессов (без соавторов, если не указано иное):

20. Способ пропорционального дозирования нескольких жидкостей. № 531926;

21. Способ дозирования регулируемым объемным насосом. № №53010B;

22. Способ контроля действительной подачи насоса. № 49544B;

23. Способ регулирования многоцилиндрового объемного насоса. №54754B;

24. Способ дозирования текущей среды. № 576436;

25. Способ настройки дозировочной насосной установки. № 761743;

26. Способ проверки герметичности клапанного узла поршневого насоса. № B42439;

27. Способ осуществления такта всасывания поршневого насоса №901616 (Шапиро М.С.);

28. Способ дозирования подачи жидкости. № 91B503;

29. Способ дозирования жидкости. №1165B94;

30. Способ перекачивания легкоразрушаемых жидкостей. № 1252537;

31. Способ подачи агрессивной жидкости гидроприводным объемным насосным агрегатом. №1252543;

32. Способ автоматического управления ревесивным движением гидродвигателя. №1275124;

33. Способ учета потерь регулируемого насоса. № 302495 (Смирнов И.К, Зюзенко КВ.);

34. Способ повышения долговечности пары трения. № 5бб04б (Mаркин В.В., Игнатьев К.С.).

35 - 130. Aвторские свидетельства на новые технические решения (без соавторов, если нз указано иное): Устройство для перекачивания крови. № 325016; Система управления гидроприводом. № 5337614; 1\/1ногокомпонентная дозировочная установка. № 514114; Pеверсивный гидромотор объемного типа. № 514967; Устройство для

получения сложных движений рабочего органа. № 489871 (Тимошук Н.И., Цуханова Е.А.); Дискретный реверсивный гидропривод. № 569762; Гидроприводная дозировочная насосная установка. № 549593; Гидропривод. № 573615; Гидроприводной мембранный насос-дозатор. № 589460; Гидромотор. № 669078; Функциональный объемный насосный агрегат. № 1126716; Функциональный объемный насосный агрегат. № 1126717; Плунжерный насос. № 136174; Гидропривод манипулятора. № 817331; Гидравлический привод. № 1015133; Гидравлический привод возвратно-поступательного программного движения. № 1015132; Манипулятор периодического действия. № 1129068; Гидропривод манипулятора. № 1137256; Гидравлический привод манипулятора. № 1346857; Гидроприводной герметичный объемный насос-дозатор. № 1239400; Шприцевой дозатор. № 1165893; Объемная машина. № 1078127; Гидроприводной дозирующий диафрагменный насос. № 1099121; Насос регулируемой подачи. № 133755; Поршневой насос регулируемой подачи. № 133754; Погружной инерционный насос. № 981682; Поршневой насос. № 981673; Погружной инерционный насос. № 1021814; Гидроприводной объемный насос. № 1020634; Гидромеханическое устройство. № 964261; Насос для особых рабочих сред. № 918505; Регулируемый поршневой дозирующий насос. № 918502; Регулируемый поршневой насос. № 885612; Объемный гидроприводный насос-дозатор. № 931951; Электрогидралическая следящая система. № 926379 (Белевитин Б.В.); Дозровочная насосная установка. № 771358; Поршневой регулируемый насос. № 714047;Перфузионная насосная установка. № 714046 (Климов М.М., Смирнов Л.С); Дозировочный насосный агрегат. № 667684; Устройство для программного управления гидравлическим механизмом. №717416; Гидроприводной дозирующий насос. № 885599; Устройство регулирования насоса. № 729378; Роторный насос. 649881; Дозировочная насосная установка. № 727871; Аксиально-поршневая гидромашина. № 568737 (Кабаков М.Г., Ляндон М.Ю. и др.); Регулируемый поршневой насос. № 590483; Объемный дозировочный насос № 562672; Гидроприводной дозирующий насос. № 885600; Устройство регулирования. № 562672; Сервопривод. № 544777; Клапан для управления потоком рабочей среды. № 536354; Дозировочная насосная установка. № 530107; Поршневой дозирующий насос. № 530958; Объемный поршневой насос с устройством для регулирования подачи. № 566955; Поршневой насос переменной производительности. № 136180; Героторный насос. № 136189; Гидромеханический дифференциальный привод №124265; Шестеренный регулируемый насос. № 515886; Устройство для перекачивания крови. № 386632; Роторно-мембранный насос с продуктовым трактом, герметизированным мембраной. №469002; Объемный насос-дозатор. № 486145; Объемный регулируемый насос. № 517702; Дозировочный насосный агрегат

№ 1163034; Устройство для регулирования подачи объемного насоса. № 517704; Объемная дозировочная установка. № 520456; Дозировочная насосная установка. № 523187; Объемный перфузионный насос. № 514113 (Смирнов Л.С.); Дозировочная насосная установка. № 357368; Винтовой насос.№ 561809; Дозировочная установка № 561003; Регулируемый мембранный гидроприводной насос. № 651144; Объемный дозировочный насос. № 352575; Пневматический насос. № 1015125; Насос-дозатор с герметичными гидроблоками. № 309620; Дозировочный агрегат. № 303452; Поршневой насос с регулированием производительности. № 301458; Поршневой насос-дозатор. №301457 (Складнев Г.В.); Насос поршневого типа. № 294955; Устройство управления дозировочными насосами. №273988; Дозировочный поршневой насос. № 268904; Герметичный гидроблок. № 261175; Поршневой регулируемый насос. № 260411; Устройство для регулирования подачи насоса поршневого типа. № 248497; Клапан с электромагнитным управлением. № 210590; Объемный насос-дозатор. № 204138; Самовсасывающий насос. № 201041; Высокооборотный приводной поршневой насос. № 193924; Устройство изменения величины хода поршня насоса. № 134985; Регулируемый насос двойного действия. № 300657; Механизм регулирования производительности поршневого или диафрагменного насоса. № 192629; Мебранный гидроприводной насос. № 170842; Агрегат для дозирования жидких веществ. № 770178; Устройство для пропорционального дозирования жидкостей. № 166152; Устройство управления перепускным клапаном поршневого насоса. № 165647; Прямодействующий гидроприводной диафрагменный насос. № 191353; Плунжерный насос для перекачки густых масс. № 29946.

131...186. Авт. свидетельства на регулируемые ОГМ и гидроприводы (в соавторстве): № - 1940, В2150, В3005, 124265,129947,147096, 163074, 182994, 183080, 217954, 232757, 260410, 262625, 294022, 297800, 300585, 325410, 344161, 362623, 418189, 449174, 486145, 489868, 489871, 495448, 496822, 500689, 502553, 514119, 520456, 521399, 530107, 530108, 901615, 870933, 919678, 989140, 1010317, 1012081, 1099121, 117447, 1126716, 1129408, 1223915, 1223916, 1222279, 1252543, 1268808, 1291099, 1388051, 1435814, 1476185, 1489780, 1512613, 1528950, 1616679.

Подписано в печать 26.07.2004г. Формат 60 х 64/16 Печать офсетная Усл.печ.л. 2,В Уч.-изд. л. 2,5 Тираж 110 экз._Заказ 395_

Ротапринт МАДИ(ГТУ). 125319, Москва, Ленинградский просп., 64

04- 1 58 2 4

В связи с разнообразием научных и технических вопросов, рассматриваемых в диссертации и ее завышенным объемом работы, обусловленным желанием автора более полно информировать специалистов гидромашиностроителей о новых возможностях построения и применения ФНА, в списке литературы не указаны конкретные публикации российских и зарубежных специалистов в областях: систематики, гидромеханики, теории машин и механизмов, объемных гидромашин, гидропривода и гидропневмоавтоматики, труды которых несомненно содействовали выполнению данной работы и к которым автор относится с глубоким уважением. Наибольшее положительное влияние на решение задач диссертации оказали - Артоболевский И.И., Башта Т.М., Берг Г., Белевитин Б.В., Бенович

B.C., Бирюков Б.Н., Богданович Л.Б., Болтянский А.Д., Бочаров Ю.А., Борисова Н.А., Брейтшпехер У.О., Бруевич Н.Г., Вишенский И.И., Владиславлев А.С., Герц Е.В., Гийон н., Гогричиани Г.В., Гуревич А.Л., Давыдов И.В., Данилов Ю.А., Докукин А.В., Доллежаль Н.А., Дьячков Б.И., Ермаков В.В., Ермаков

C.А., Жуковский Н.Е., Зайченко И.З., Зенков И.Ф., Зимин А.И., Инбер П.И., Иткин Г.П., Крейнин Г.В., Калишевский JI.H., Каштанов JT.H., Кириловский .Ю.Л.Дирпичев М.В., Коваль П.В., Кожевников С.Н., Кондаков Л.А., Коробочкин Б.Л., Кочин Н.Е., Кукалевский И.И., Кулагин А.В., Лейбензон Л.С., Ливитский Н.И., Лещенко В.А., Ловчев С.В., Локшин М.А., Любин Я.Л., Любшцев А.А., Лямаев Б.Ф., Ляховский Л.К., Михайлов В.А., Михеев В.А., Мишке В.В., Могендович Е.М., Мышлевский Л.М., Навроцкий К.Л., НащокинВ.В., Некрасов Б.Б., Нехай С.М., Никитин О.Ф., Ополченцев A.M., Осипов А.Ф., Ошмарин И.Д., Пасынков P.M., Понамаренко Ю.Ф., Попов Д.Н., Попов К.Н., Прокофьев В.Н., Раздолин М.Ф.,Рац Л.Е., Рогов А.Я., Рогунов М.А., Рождественский С.Н., Самсонов Н.М., Свешников В.К., Сергеев В.А., Седов Л.И., Синев А.В., Скрицкий В.Я., Смирнов И.Н., Смирнов Л.С., Соколов М.В., Сосонкин В.Л., Сторожев М.В., Субботин М.И., Сырицин Т.А., Тесленко А.И., Тимошук Л.Л., Торко Л.М., Уемов А.И., Урмаев А.С., Усаковский В.М., Успенский Б.А., Фейфец Л.С., Филоненко В.Б., Фотин Б.С., Френкнль М.И., Фролов К.В., Хаймович Е.М., Худяков П.К., Циплаков С.М., Цуханова Е.А., Чарный И.А., Чибисов В.Н., Чиняев И.А., Шапкин И.Ф., Шумаков В.И., Шумилов И.С., Щербаков В.Ф., Юдин Е.М., которым автор благодарен за «науку», успехи в работе, а также, в ряде случаев, - конкретную помощь.

Диссертация состоит из двух томов. Том 1 содержит машинописный текст 12 глав диссертации с приложением на 450 страницах. Том 2 содержит графический материал по всем

главам диссертации (размещенный на 200 стр.), основные итоги и выводы по диссертации, список из 268 публикаций автора по теме данной работы и дополнительные материалы.

Вводимые понятия, основные сокращения

ОГМ - объемная приводная гидромашина.

ФИП - функциональный источник гидропитания одно- и многопоточных гидросистем, обладающий с заданной точностью характеристиками Q - R, (Rj -рабочий параметр, например R, = Р( , где Pj - давление в заданном узле гидросистемы) или другими интегральными или временными характеристиками действия, придающими гидросистеме требуемые функциональные свойства. ФИП - ведущее (входное) звено гидросистемы.

ФНА - функциональный объемный насосный агрегат, обладающий свойствами ФИП за счет прямых, косвенных или комбинированных способов придания ему требуемых характеристик. ФНА - частный случай ФИП.

МФНА - многофункциональный объемный насосный агрегат.

НА - объемный насосный агрегат преимущественно с типовой структурой и типовыми характеристиками Q - Р,.

MP - механизм регулирования, изменяющий величину цикловой подачи НА или ФНА без воздействия на характер протекания рабочего цикла насоса, который при изменении подачи остается аналогичным циклу нерегулируемых НА. Гидравлический MP - механизм регулирования цикловой подачи, воздействующий на характер протекания рабочего процесса (форму индикаторной диаграммы) при изменении его настойки.

ФМР - функциональный механизм регулирования цикловой подачи, состоящий из одного или совокупности функциональных звеньев, включенных в энерго-силовую кинематическую цепь объемного насоса и воздействующих на характер протекания его рабочего цикла и временные и/или интегральные характеристики действия по меньшей мере по величине одного параметра R(.

ФЗ - функциональное элементарное звено ФМР,

ВРЭ - выходной регулирующий элемент - выходное звено MP или ФМР, сообщенное с по меньшей мере одним задатчиком конструктивного или параметрического состояния этих механизмов.

ИМ - исполнительный механизм - задатчик внешней системы автоматического управления, воздействующий на ВРЭ.

ФИМ - функциональный исполнительный механизм, изменяющий состояние ВРЭ в заданной функциональной зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра Ri гидросистемы или приводимого объекта техники.

НД - насос-дозатор - объемный (содержащий или не содержащий MP цикловой подачи) насос, обеспечивающий жесткую характеристику Q - Рн с известной, обычно высокой, точностью, достаточной для обеспечения необходимого функционирования гидросистемы. НД - частный случай ФНА дозирующего типа.

СДА - синхродозировочный насосный агрегат, позволяющий задавать требуемые соотношения между расходами двух и более потоков жидкости и сохранять эти соотношения при общем регулировании производительности агрегата (одновременном изменении величин указанных потоков жидкости). СДА - частный случай

Р-поточного ФНА дозирующего типа.

ФДГМ - функциональный дозирующий гидравлический механизм (например, силовой гидропривод) с одной или Р степенями подвижности, обеспечивающий требуемый заданный закон движения соответственно одного или Р выходных звеньев, за счет программного регулирования одно- или Р - поточного дозирующего ФНА по параметру состояния ФНА или параметру приводимой гидросистемы, зависящему от результата действия ФНА. При этом Р-поточный дозирующий ФНА с программным перезаданием соотношений Р потоков в технологическом его цикле многофункциональный СДА.

ОПУ - объект приведения и управления, кинематически или гидравлически связанный с входом или/и выходом ФИП или в частном случае с ФНА. ОПУ - внешняя нагрузка, определяющая требования к характеристкам ФНА. Если гидросистема, связывающая ФНА с приводимым и управляемым объектом техники, рассматривается как единый комплекс, то под ОПУ понимается только указанный объект техники.

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом технологической (производственной) или приводной гидросистем.

САР - система автоматического регулирования, обычно воздействующая посредством ИМ на ВРЭ насосного агрегата.

РК, ГПК - соответственно рабочая и гидроприводная (промежуточная) камеры объемного насоса.

ВВ, РВ - возмущающее воздействие, регулирующее воздействие.

ВН, ВхН - выходная, входная внешние нагрузки ФИП.

ВК, НК, ПК - всасывающий, нагнетательный, перепускной клапана.

ПЭ, ГЭ, МЭ - подводимая, гидравлическая, механическая энергии.

Д1Д2ДЗ.-номера характерных рабочих циклов (индикаторных диаграмм) ФНА.

Содержание

Том 1.

Вводимые понятия,.

Введение

Раздел

Концепция функционального объемного насосного агрегата (ФНА), разработка основ его применения в подобных по функциональным свойствам приводных и технологических гидросистемах

Глава 1. Применение ФНА в адаптирующихся и программируемых по нагрузке одно- и многопоточных гидросистемах

1.1. ФНА как энергосиловое и управляющее звено гидросистемы, определяющее ее характеристики действия.

1.2. Классификация гидромашинных ФИП гидросистем. Прямые и косвенные методы задания внешних характеристик ФНА.

1.3. Применение ФНА с нежесткими Q - Ri характеристиками для построения адаптирующихся по нагрузке гидросистем

1.4. Применение дозирующих ФНА с жесткими Q - Rj характеристиками в программируемых гидросистемах.

1.5. Краткие итоги и выводы по главе

Глава 2. Создание нового класса функциональных дозирующих гидравлических механизмов движения - ФДГМ

2.1. Основы построения ФДГМ с одной степенью подвижности на базе однопоточных дозирующих ФНА

2.1.1. Принцип построения ФДГМ.

2.1.2. Общие методы задания уравнения перемещения ФДГМ.

2.1.3. Алгоритмы формирования тарированных потоков жидкости в

ФДГМ при наличии дополнительного источника давления.

2.1.4. Основы программирования передаточной функции ФДГМ с приводными дозирующими ФНА.

2.2. Синтез ФДГМ с двумя и более степенями подвижности

2.2.1. Синтез структур Р-поточного ФДГМ, как голономного механизма с одной степенью свободы

2.2.2. Основы программирования траектории движения ФДГМ в пространстве его обобщенных координат.

2.2.3. Создание ФДГМ с регулируемой скоростью движения по заданной траектории движения.

2.2.4. Создание ФДГМ с СДА, определяющими только координаты позиционирования выходных звеньев.

2.3. Принципы построения адаптирующихся по нагрузке ФДГМ на базе ФНА с нежесткими и жесткими Q - R, характеристиками

2.3.1 Постановка задачи

2.3.2. Способы построения ФДГМ, адаптирующиеся к внешней нагрузке.

2.4. Анализ точности движения ФДГМ

2.4.1. Факторы, вызывающие погрешности программного движения.

2.4.2. Критерии оценки точности ФДГМ.

2.5. Способы повышения точности ФДГМ, не зависящие от точности дозирования ФНА

2.5.1. Рекомендации по повышению точности ФДГМ типовой структуры.

2.5.2. Структуры, обеспечивающие повышение устойчивости точности ФДГМ

2.5.3. Структуры ФДГМ, обеспечивающие стабилизацию точности программного движения.

2.6. Краткие итоги и выводы по главе 2.

Раздел Б

Систематизация регулируемых одно- и многопоточных объемных насосных агрегатов, получение полного знания о возможных путях их построения

Глава 3. Разработка и систематизация общих принципов построения однопоточных ФНА объемного типа

3.1. Функциональная схема насосного агрегата и объемного насоса. Общая классификация

3.2. Классификация нерегулируемых насосов безраспределительного типа. Обобщенное уравнение подачи.

3.3. Классификация нерегулируемых насосов распределительного типа. Обобщенное уравнение подачи.

3.4. Обобщенное уравнение производительности однопоточного насосного агрегата. Общие принципы регулирования подачи и производительности.

3.5. Классификация регулируемых насосных агрегатов с механизмами регулирования, не воздействующими на рабочий цикл насоса группа классов А).

3.6. Классификация регулируемых насосных агрегатов с механизмами регулирования, воздействующими на рабочий цикл насоса группа классов Б).

3.7. Обобщенная качественная оценка условий формирования механизма класса - объемная гидромашина.

3.8. Краткие итоги и выводы по главе 3.

Глава 4. Создание системы многопоточных ФНА для пропорционального дозирования жидкостей как целостного нового класса машин

4.1. Постановка задачи, требования к Р-поточным синхродозировочным насосным агрегатам (СДА).

4.2. Разработка полной системы способов пропорционального гидромашинного дозирования Р-потоков жидкости.

Классификация СДА

4.3. Основы построения полного множества однопараметрических

СДА, разработка типовых технических решений

4.4. Основы построения полного множества двухпараметрических

СДА, разработка типовых технических решений.

4.5. Основы построения и создание класса СДА с гидравлической синхронизирующей кинематической связью его однопоточных дозирующих секций.

4.6. Разработка полной системы способов построения СДА с дискретным управлением процессом пропорционального дозирования

4.6.1. Система алгоритмов дискретного пропорционального управления секциями СДА

4.6.2. Разработка способов повышения точности дискретного пропорционального дозирования и соответствующих им технических решений СДА.

4.7. Краткие итоги и выводы по главе 4.

Раздел В

Создание насосов-дозаторов с повышенной точностью дозирования. Синтез дозирующих ФНА, инвариантных к основным возмущающим воздействиям

Глава 5. Выявление возможностей минимизации погрешностей дозирования жидкостей регулируемыми объемными насосами типовой структуры

5.1. Постановка задачи.

5.2. Вводимые критерии оценки гидромашинного объемного дозирования жидкостей

5.3. Факторы, вызывающие ошибки цикловой подачи НД.

5.4. Погрешности изготовления элементов НД, определяющих эффективный объем рабочей камеры

5.4.1. Постановка задачи. Действующие факторы.

5.4.2. Определение погрешности перемещения вытеснителя.

5.4.3. Определение погрешности площади вытеснителя при наличии эластичных уплотнений.

5.4.4. Сравнительный анализ погрешностей изготовления НД с различными типами механизмов регулирования подачи.

5.5. Анализ влияние утечек и перетечек через герметизирующие элементы рабочей камеры на погрешность цикловой подачи

5.5.1. Постановка задачи. Критерии оценки герметичности.

5.5.2. Сравнительная оценка влияния утечек через уплотнение вытеснителя на относительную ошибку цикловой подачи.

5.5.3. Сравнительная оценка влияния перетек через клапана РК на относительную ошибку цикловой подачи.

5.5.4. Сравнительная оценка влияния утечек на точность дозирования секциями СДА с различными типами рабочих циклов в РК.

5.5.5. Влияние утечек через герметизирующие элементы РК на устойчивость точности насоса-дозатора.

5.6. Анализ влияния деформаций элементов рабочей камеры и сжимаемости жидкости на погрешность цикловой подачи.

5.7. Анализ погрешностей цикловой подачи, вызываемых несинфазностью работы распределителя.

5.7.1. Постановка задачи и ее решение для типовых самодействующих клапанов.

5.7.2. Решение задачи для самоочищающихся манжетных клапанов.

5.8. Влияние ряда гидродинамических факторов на погрешности цикловой подачи насосов-дозаторов.

5.8.1. Влияние гидродинамических факторов на течение жидкости в щелевом уплотнении НД и погрешность цикловой подачи.

5.8.2. Влияние на погрешность подачи гидродинамического взаимодействия торцев рабочей камеры в НД с нулевым вредным объемом.

5.9. Краткие итоги и выводы по главе 5.

Глава 6. Разработка полной системы способов повышения точности объемного дозирования жидкостей и соответствующих ей структурных, технических и конструктивных решений дозирующих ФНА

6.1. Систематизация способов повышения точности гидромашинного дозирования дозирования.

6.1.1 Особенности оценки процесса дозирования в приводных и технологических гидросистемах

6.1.2. Способы повышения точности гидромашинного дозирования. Классификация

6.1.3. Способы построения насосов-дозаторов, инвариантных по отношению к давлению нагнетания.

6.2. Способы уменьшения ошибок цикловой подачи, связанных с погрешностями изготовления НД

6.2.1. Классификация способов снижения ошибок изготовления.

6.2.2. Уменьшение погрешностей перемещения и положения вытеснителя.

Ф 6.2.3. Определение отношения s/d для насосов классов А), минимизирующего погрешность цикловой подачи.

6.2.4. Выбор рациональных эффективных диаметров вытеснителей.

6.2.5. Гидравлические ФМР, компенсирующие ошибки перемещения и положения вытеснителя НД.

6.2.6. Гидравлические ФМР, компенсирующие ошибки изготовления приводного механизма и рабочих органов НД.

6.2.7. Способы снижения погрешностей дозирования от несинфазности работы распределителей.

6.3. Способы коррекции подачи посредством шкалы НД

6.3.1. Выверка шкалы при сборке и по результатам тарировки.

6.3.2. Способы повышения точности дозирования смещением нулевой

6.3.3. отметки шкалы. Рациональные типы шкал.

6.3.4. Синтез шкальных механизмов, автоматически учитывающих изменение подачи при вариации нагрузки.

6.4. Способы повышения герметичности и стабильности работы распределителей насосов-дозаторов

6.4.1. Способы снижения утечек и повышения стабильности герметизации самодействующих клапанных распределителей.

6.4.2. Улучшение стабильности работы самодействующих весовых клапанов.

6.4.3. Повышение относительной герметичности и стабильности работы клапанов микродозаторов.

6.4.4. Применение принудительной синхронизации работы распределителя.

6.5. Способы и механизмы стабилизации такта всасывания

6.5.1. Постановка задачи. Общие рекомендации.

6.5.2. Стабилизация процесса всасывания средствами гидросистемы.

6.5.3. Механизмы удаления воздуха из РК насоса-дозатора.

6.5.4. Способы снижения затрат напора на ускорение жидкости в начале такта всасывания

6.5.5. Способы стабилизации параметров дозируемой жидкости за счет использования части такта нагнетания.

6.5.6. Способ стабилизации такта всасывания применением активных подпорных камер, работающих в противофазе сРК.

6.5.7. Решение задачи стабилизации свойств гидроприводной жидкости в диафрагменных НД.

6.6. Способы и механизмы повышения жесткости нагнетательных характеристик НД

6.6.1. Повышение герметичности гидроблока НД.

6.6.2. Силовая разгрузка кинематической цепи, связывающей механизм регулирования подачи со шкалой НД.

6.6.3. Повешение объемной жесткости гидроблока НД.

6.6.4. Оценка чувствительности подачи НД к изменению давления яа выходе и входе РК и способы ее снижения

6.6.5. Построение НД дискретного управления, нечувствительных к изменению давления нагнетания и всасывания.

6.7. Способы и механизмы стабилизации процесса вытеснения жидкости из РК насоса-дозатора

6.7.1. Принципы стабилизации процесса вытеснения.

6.7.2. Стабилизация перепада давления на дозирующей гидромашине.

6.7.3. Предварительное нагружение НД в конце такта всасывания.

6.7.4. Предварительное нагружение НД в начале такта нагнетания.

6.7.5. Предварительное нагружение и стабилизация рабочего цикла НД с гидравлическим приводом диафрагменно-поршневого гидроблока.

6.7.6. Стабилизация процесса вытеснения прямодействующих гидроприводных НД с приводом от реверсивного гидроцилиндра.

6.8. Способы и механизмы компенсации нежесткости нагнетательных характеристик НД

6.8.1. Компенсация объемных потерь цикловой подачи управляемым добавлением подачи.

6.8.2. Компенсации нежесткости нагнетательной характеристики управляемым отбором подачи.

6.9. Краткие итоги и выводы по главе 6.

Раздел Г

Анализ и синтез функциональных насосных агрегатов со сложными внешними характеристиками, разработка их технических и конструктивных решений

Глава 7. Синтез ФНА по статическим характеристикам элементарных функциональных звеньев и результаты их исследования

7.1. Прямой метод построения ФНА. Основные положения.

7.2. Элементарные гидравлические функциональные звенья. Способы включения ФМР в гидрокинематическую цепь насоса.

7.3. Построение гидравлических ФМР с двумя и более элементарными гидравлическими ФЗ. Типы напорно-расходных характеристик.

7.4. Основы синтеза ФМР по заданной напорно-расходной характеристике насоса.

7.5. Критерии оценки экономичности рабочего цикла насоса с подключенным ФМР.

7.6. Особенности синтеза ФМР с учетом экономичности рабочего процесса насосного агрегата

7.7. Исследование ФНА с элементарными жесткими, дроссельными и упругими функциональными звеньями.

7.8. Краткие итоги и выводы по главе 7.

Глава 8. Основы создания многофункциональных насосных агрегатов со сложными характеристиками действия (построение, анализ, синтез, методы экспериментального исследования )

8.1. Дозировочные ФНА с механизмами ограничения предельного давления.

8.2. Способы дозирования, обеспечивающие измерение подачи посредством

ФНА при его работе на нежестких участках характеристики Q - Pj.

8.3. Рекуперативно-циркуляционные ФНА.

8.4. ФНА для искусственной перфузии крови.

8.5. ФНА для работы в качестве искусственного сердца.

8.6. ФНА для биологически активных, высоковязких и др. жидкостей, требующих повышенной равномерности подачи и давления.

8.7. Исследование ФНА со сложными типами ФМР. Методы расчета и экспериментального исследования. Синтез ФНА с учетом инерционных звеньев в ФМР и магистралях.

8.8. Краткие итоги и выводы по главе 8.

Раздел Д (приложение) Результаты исследования рабочих процессов и характеристик и ФНА с типовыми ФМР, основы теоретического и экспериментального исследования функциональных насосных установок и их расчета.

Глава 9 (П). Рабочие процессы и характеристики ФНА с релейно-перепускными и объемными №5 и №6 функциональными звеньями

9.1. Мгновенная подача, неравномерность подачи и регулировочные характеристики.

9.2. Цикловая объемная неравномерность подачи регулируемых насосных агрегатов

9.2.1. Критерий объемной неравномерности подачи - сту.

9.2.2. Расчет av ( ц) для типовых однопоточных ФНА.

9.2.3. Расчет критерия av для многопоточных

9.3. Рабочие циклы и характеристики насосных агрегатов с функциональными звеньями № 5 и №

9.3.1. Конструкции MP, параметры стендов, экспериментальные характеристики и рабочие циклы

9.3.2. Рабочие циклы и характеристики насоса с ФМР -РК(№5 + №3 + .№4)Ат и управляемым по давлению перепускным клапаном - ФЗ №5 и №6.

9.3.3. Оценка экономичности рабочих циклов насоса с

ФЗ №5 и №6.

9.4. Методика гидрокинематического расчета демпфирующих колпаков ФНА

9.4.1. Постановка задачи.

9.4.2. Расчетные соотношения для нагнетательного колпака.

9.4.3. Расчетные соотношения для всасывающего колпака.

9.4.4. Определение расчетных зависимостей Vpa3M(r|) и V Сп) для типовых регулируемых ФНА.

Глава 10 (П). Рабочие процессы и характеристики ФНА с дроссельными и упругими функциональными звеньями

10.1. ФНА с дроссельными характеристиками Q - Pj

10.1.1. Регулировочные и энергетические характеристики насоса с ФМР, содержащим дроссельные звенья

10.1.2. Экспериментальная проверка ФНА с подключенным к рабочей камере Ф3№1.

10.1.3. Теоретическое и экспериментальное исследование насосов с подключенным к рабочей камере Ф3№2.

10.2. ФНА с упругими и жестко-упругими характеристиками Ф 10.2.1. Теоретические рабочие циклы и характеристики.

10.2.2. Влияние теплообмена и необратимости термодинамического цикла сжатие - расширение газа в упругом ФЗ на характеристики Р - ц насоса.

10.2.3. Экспериментальные рабочие циклы и характеристики ФНА с газовым ФЗ.

10.3. ФНА с упруго - дроссельными участками характеристик Q - Pj

10.3.1. Теоретические рабочие циклы и характеристики.

10.3.2. Экспериментальное исследование рабочих циклов и характеристик.

10.4. Насосы с ФМР, обеспечивающими жесткие напорно-расходные характеристики за счет дифференциального включения дроссельных и упругих функциональных звеньев

10.4.1. Регулировочные и энергетические характеристики.

Л 10.4.2. Экспериментальное исследование рабочих циклов и характеристик.

10.4.3. Разработка технических решений ФМР, подключаемых последовательно во всасывающий или нагнетательный патрубок насоса.

Глава 11 (П). Рабочие процессы и характеристики ФНА с учетом инерционных ФЗ в механизме регулирования кьдачи и магистралях ФНА

11.1. ФНА как система, включающая ФЗ магистралей.

11.2. Рабочие процессы и характеристики ФНА, содержащих только инерционные и дроссельные ФЗ в ФМР и магистралях.

11.3. Анализ рабочего процесса ФНА с принудительно управляемым распределителем и ФМР, содержащим дроссельные, упругие и инерционные ФЗ.

11.3.1. Постановка задачи.

11.3.2. Математическая модель ФНА.

11.3.3. Характеристики Q-Pj при

§ =

11.3.4. Построение характеристик ФНА при наличии диссипативных сил.

11.4. Анализ рабочего процесса ФНА с дроссельными и инерционными ФЗ в ФМР и магистралях

11.4.1. Математическая модель системы «насос-ФМР - нагрузка».

11.4.2. Случай нагружения ФНА источником стабилизированного давления и линейным гидравлическим сопротивлением.

11.4.3. Случай нагружения ФНА источником стабилизированного давления и инерционным гидравлическим сопротивлением

11.4.4. Случай комбинированного нагружения ФНА.

11.4.5. Построение расходно-частотных характеристик ФНА с комбинированной нагрузкой.

11.5. Рабочие процессы и характеристики ФНА со свободно клапанным распределителем, содержащих в ФМР дроссельные, упругие и инерционные ФЗ.

11.5.1. Случай нагружения ФНА давлением, независящим от закона мгновенной подачи рабочей камеры.

11.5.2. Случай работы ФНА при наличии в нагружающей магистрали ф инерционных и дроссельных ФЗ (анализ и синтез).

11.5.3. Случай применения в приводе ФНА электродвигателя ограниченной мощности.

Глава 12 (П). Рабочие процессы и Q-Pi характеристики ФНА при совместной работе со сложной гидравлической нагрузкой, содержащей упругие и инерционные ФЗ

12.1. Влияние изменения средней подачи ФНА на динамические свойства нагружающей гидросистемы.

12.2. Влияние нежесткости Q - Pj характеристик ФНА на динамические свойства нагружающей гидросистемы

12.3. Динамический расчет нагружающей магистрали при жестких Q - Pi характеристиках фНА.

12.4. Расчет рабочих процессов при совместной работе обладающего нежесткой Q - Pj характеристикой ФНА с нагружающей магистралью, содержащей упругое ФЗ

12.5. Синтез приводного механизма и ФМР насосного агрегата по заданному закону давления в сложных нагружающих магистралях.

12.6. Особенности динамического расчета клапанного распределителя и ФМР при нежестких Q - Pi характеристиках ФНА и сложной гидравлической нагрузке

12.6.1. Постановка задачи.

12.6.2. Динамические свойства клапанной системы при нежестких характеристиках Q - Pi ФНА.

12.6.3. Уточненная динамическая модель клапанной системы.

12.6.4. Расчет рабочего процесса ФНА с нежесткими Q - Pi характеристиками с учетом динамических свойств клапанной системы насоса.

Результаты работы Бритвина Л.Н. в части расчета клапанных узлов всасывания и нагнетания быстроходных поршневых насосов были использованы при проектировании электронасосных агрегатов типов НКПП-0,3/400, НКПП-0,4/250 и НКПГ-1,2/100, работающих на жидком кислороде, азоте, аргоне и СПГ, что обеспечило их надежную работу в системах, комплектующих воздухоразделительные и газификационные установки, а также в криогенных системах промышленного и научно-исследовательского назначения.

Также, при проектировании криогенных поршневых насосов для жидкого кислорода и водорода типа НКПГ-0,2/20 и НКПГ-0,6/20 для экспериментальной системы обеспечения многофункциональной двигательной установки-'"были использованы результаты работы и рекомендации по повышению точности и стабильности дозирования легкокипящих жидкостей, что обеспечило соответствие характеристик указанных насосов требованиям ТЗ.

Генеральный директор ООО НПФ «Контех-Крио

Главный конструктор ООО НПФ «Контех-Крио

И.Ю. Никитин

В.А. Сенаторов ь 01461

Ректору Московского Автомобильно-Дорожного Института Профессору Приходько В.М. 125829, г. Москва, Ленинградский пр., 64

Акт внедрении и использовании результатов работы на предприятии.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе Бритвина Л.Н., в части создания новых типов многофункциональных объемных насосных агрегатов, принят к освоению для обратноосмотической опреснительной установки с приводом: от ветростанции мощностью 20 Квт.

В настоящее время выполняются проектные работы для выполнения контракта на поставку оборудования для фирмы Lyng Energy S.L. (Испания).

Предложенные технические решения, полученные в результате решения задачи синтеза насосного агрегата со встроенным контуром: рекуперации энергии в рабочем цикле и механизмом изменения соотношения подач между первичной соленой водой и сбрасываемым рассолом, позволяют многократно повысить производительность установки по пресной воде и обеспечить согласование параметров ветродвигателя с параметрами насосного агрегата в широком диапазоне скоростей ветра.

Такой тип ветроопреснительной установки разрабатывается в мировой практике впервые и намечен к патентованию.

В.М. Рыбаулин с: £25;. 2112т ElSKt дС25)Лг2 ДО^хзк^ЗЗВДОДШ. г л A г/3'

АКТ

Втлв^градов И.Ю. 2оМг. внедрения результатов докторской диссертации Бритвина Л.Н.

Результаты исследований Бритвина Л.Н. по созданию новой техники в .области насосных агрегатов объемного типа, выполнявшихся автором в качестве сотрудника ВНИИГИДРОМАШ (в настоящее время - ЗАО «НПО «Гидро-маш»), а в последствии - на договорных началах были использованы при выполнении следующих работ:

1. Поисковые и опытно-конструкторские работы по выбору типа и созданию базовых образцов новых малогабаритных объемных насосов, в т.ч. со специальными функциональными свойствами и характеристиками, для различных вариантов создававшихся впервые систем жизнеобеспечения орбитальных космических комплексов.

В процессе указанных работ были разработаны, изготовлены и испытаны в наземных условиях как автономно, так и в составе систем, в том числе на объектах-имитаторах, опытные образцы объемных насосов следующих типов: МНМ, МНПР, МНПМ, МНПВ, МНМВ, МНПХ.

2. Опытно-конструкторские работы по разработке, а затем - изготовление. и поставка опытно-промышленных партий малогабаритных объемных насосов для бортовых систем жизнеобеспечения отечественных и международной космических станций:

- станция «Салют-3»; система «Прибой» - насосный агрегат МНД-2А;

- станция «Салют-4», «Салют-6» и «Салют-7», система СРВ-К- насосный агрегат МНД-2Б;

- станция «МИР», системы СРВ-К2, СРВ-у и «Электрон»- насосные агрегаты МН-1,1, МН-8, МН-9, МН-15, МН-16, МН-22;

- . международная космическая станция (МКС), системы СРВ-К2; СПК-у и «Электрон-В» - насосные агрегаты МН-1.2, МН-15.1 и МН-22.

3. Опытно-конструкторские работы по созданию опытных образцов поршневых судовых насосных агрегатов с улучшенными виброакустическими характеристиками типа ЭНА и ГНП, в т.ч. за счет использования разработанной автором новой методики динамического расчета клапанных систем. Серийное производство таких агрегатов реализовано на серийных насосных заводах в России, на Украине и в Латвии.

4; Опытно-конструкторские работы по созданию рекуперативного поршневого насоса с ручным приводом для малогабаритной обратноосмоти-ческой опреснительной установки для судовых спасательных средств.

В.А. Никифоров " В.А. Попок --- В.Б. Филоненко

Генеральный конструктор Директор по производству Главный конструктор по специализации