автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Элементная база и синтез на ее основе гидроблоков управления при проектировании машин и механизмов с автоматизированным циклом работы

, у '¡¡~ 2 9 2

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПИНЧУК Владимир Владимирович

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА Н СИНТЕЗ НА ЕЕ OCHOSE ГИДРОБЛОНОЗ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ ЦИКЛОН РАБОТЫ

05.02.03 — Системы приводов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ми и с к 19 9 1

Работа выполнена в Белорусском политехническом институте и Головном специальном конструкгорско-технологическом бюро гидроаппаратуры.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кнслов Н.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шевченко B.C.,

кандидат технических наук, доцент Горошко В.Ф.

Ведущее предприятие- ВНИИГидропривод

Защита состоится м8" февраля 1991 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 056.02.С6 по присуждению - ученой степени кандидата технических наук при Белорусском ордона Трудового Красного Знамени политехническом Институте по адресу: 220027, г.Минск, Ленинский проспект, 65, Белорусский политехнический институт.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " ? " 199^ г.

Ученый секретарь специализированного совета

©Белорусский политехнический институт, 1991

ОБЩАЯ ХАРАгаИгаСТША РАЮГИ

А' к т~ у а л ь н о с т ь г Ъ и и. -Основные направления, йкономйческого.и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года предусматривают коренное улучшение качества выпускаемой продукции й осуществление мероприятий по созданию машин, оборудования и приборов На основе унифицированных блочных, блочно-модульных и базовых конструкций. Поставленные задачи наиболее актуальны для гедроблоков управления (ГУ) приводов различных машин и механизмов. Задача усложняется тем, что вследствие известных преимуществ Гидропривод получил широкое развитие и внедрение в различных областях техники. При этом постоянное его совершенствование привело к появлению большого разнообразия кбнструкТйатйс и схемных Исполнений гидроприводов.

Применяемые в насТорДее время Ыетоды монтажа гидроаппаратов в ГУ основываются преимущественно на технических требованиях, Предъяйляемш: К каждому изделию. Здесь все составные, части проектируемого ГУ рассматриваются как оригинальные, присущие только данной конструкции, предопределенные ее особенностями и функциональным назначением. СлояИвшйеся взгляды на агрегатно-модульное конструирование ГУ носят несистематизированный характер. До настоящего времени еще не разработаны методические осноТзы агрегат-но-модульного конструирования ГУ и войрэсы совместимости модульных составных частей, что ограничиваем потеЯцУ.алънйа возможности Их применения как одного из приоритетных Направлений в конструирования ГУ. В связй с Этим актуальным являются разработка и соэ-данив элементной базы, включающей в себя усовершенствованную гидроаппаратуру, а также сопутствующие устройства, при помощи которых аппаратура может быть скомпонована в гидроблоки управления.

Содержание диссертации является частью проводимого в ГСКТБ ГА цикла рабо* во рввению научно-технических проблем, направленных на повышение технического уровня и конкурентоспособности гидрооборудования, а также создание и .освоение приоритетных видов техники новых поколений. В работе обобщены результаты исследований, выполненные автором и проведенные при его участии по семи плановым НИР (№№ гос.регистрации 79068354,01624003594 и др.)

Цель работы. Научно обосновать и создать систему экономичных унифицированных элементов, обеспечивающих возможность выполнения ГУ приводов машин и механизмов методом агрегатирования, предложить методику синтеза оптимальных конструкций ГУ на основе созданных элементов.

Задачи исследования. Использование системного подхода и принципов рациональной ограничительной унификации (сужение неоправданно широкой номенклатуры составных частей и подчинение их присоединительных размеров некоторому размерному модулю) для агрегатно-ыодульного конструирования ГУ позволят сократить сроки разработки и освоения изделий, уменьшить их себестоимость, обосновать требования к организации специализированных производств и дальнейшему углублению межотраслевой кооперации. В этой связи основные задачи исследований по теме диссертации сформулированы следующим образом:

1. Разработать и исследовать способ монтажа гидроаппаратов, обеспечивающий оптшальные параметры ГУ.

2. Обосновать закономерности построения принципиальных гидросхем (ПС) приводов на основе их анализа и классификации и решить • задачу создания системы элементов для агрегатно-ыодульного конструирования ГУ.

3. Исследовать и разработать конструкции модульных элементов, позволящих создавать ГУ методом агрегатирования.

4. Разработать методику синтеза ГУ с минимальными затратами на их создание при оптимальных параметрах системы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы экспериментальные и теоретические методы . Эксперименты проводились в условиях эксплуатадии и на стендах. В основу теоретических исследований положены методы математического описания, принятые в теории графов, что позволило основное внимание уделить изучению закономерностей построения.принципиальных гедросхем приводов. При определении оптимального способа монтажа и оптимизации размеров элементной базы применены методы исследования параметров для многокритериальной оптимизации структурно-сложных систем. Для выполнения расчетных исследований привлекались средства вычислительной техники.

г

Положения, выносимые на защиту

1. Из экспериментально-теоретически* разработок-обобщенные закономерности для выбора оптимальной формы расположения гидроал-паратов при блочных методах монтажа гидроблоков управления и оценки монтажа на основе функциональных блоков, принципы и математические модели блочного монтата., построения гидросхем приводов на основе структурных схем гидроблоков управления приводов машин, соединительно-монтажных модулей, гидроаппаратов, обоснование рациональных условий и границ эффективного применения элементной базы для агрегатно-модульного конструирования гидроблоков управления.

2. Из научно-методических разработок-научные положения,аналитические закономерности и методы определения параметров элементной базы для агрегатно-модульного конструирования гидроблоков управления; методика синтеза гидроблоков управления и методические рекомендации по их проектированию.

3. Из научно-технических разработок-принципиально новые конструктивные решения элементов, обеспечивающие агрегатно-модульное конструирование гидроблоков управления; результаты опытно-промышленной проверки и внедрения элементной базы для агрегатно-модульного конструирования гидроблоков управления.

Научная новизна. На основе совокупности выполненных исследований принципов построения гидросхем приводов и способов блочного Монтажа гидроблоков управления, установлены закономерности влияния формы установочного корпуса на параметры ГУ, соединения коммуникационных каналов с магистральными унифицированного модуля. Предложена модель взаимосвязи массы, площади наружной поверхности, объема гидроблока управления И гидравлических потерь давления в нем, выполнен анализ модели и на основе полученных зависимостей установлены рациональные соотношения для проектирования элементной базы агрегатно-модульного конструирования ГУ. Разработан общий методический подход к решению задачи по созданию оптимальных конструкций ГУ на основе предложенной элементной базы.

Практическая ценность. Разработанные, и изложенные в диссертации принципы построения элементной базы для агрегатно-модульного конструирования ГУ служат научной базой при -создании конструкций гидроаппаратов, узлов реверса, соединительно-монтажных модулей и блоков замыкающих. На этой основе созданы и внедрены в

серийное производство унифицированные функциональные блоки BÈ. Экономическая оффективность от щщуска блоков а а 1986-4988 гг. составила свыше 1,6 млн.рублей..« имеет, значительную динцмину роста в связи р ежегодным расширением потребительского рын»а-Новизну исследований и'технических цредяодеадй подтвервдают четыре изобретения.

Методические принципы построения ГУ доведены до инженерных методик конструирования. Разработана методика синтеза. ГУ на основе блоков БФ, позволяющая создавать оптимальные конструкции, учитывающая стоимостные показатели, массу и технические требования со стороны машины. Различными заводами и организациями приняты для практического применения разработанные методические рекомендации по использованию блоков БФ, в том числе МоскоескимСКБ АЛ и СС освоено автоматизированное, проектирование.на основе блоков с использованием;средств САПР. Блоки Б4 экспонировались в 1988 г. на международных - выставках ЭДО-7 (Италия) и ШКАНБйШ-88 (Франция).

Апробация работц. Материалы диссертации докладывались на всесотаной и республиканской конференциях, научно-технических советах, в том числе lia 43 - 44-ой .НТК Белорусского политехнического института /г.Минск 1907-88 гг. f\ всесоюзной НТК "Агрегатно-модульное построение техники" /Иркутск 1987 г./» республиканской НТК "Создание, внедрение и использование ресурсосберегающей техники и технологии" /Минск, 1984 г./.

Публикация результатов. Do материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 авторских свидетельства.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах, включает 27 рисунков, 9 таблиц, 7 приложений и список использованной литературы (108 наименований, из них 44 на иностранных языках).

Автор благодарен и выражает признательность работникам ГСЗСГБ ГА и ШШГидродривода за содействие в проведении исследований и реализации их результатов.

СОДЕРЖАНИЕ-РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены методы монтажа гидроблоков управления, схемные решения гидроприводов машин,особенности конструкций элементов систем агрегатно-модульного конструирования гидроблоков управления, сформулированы задачи исследования.

Вопросам создания системы агрегатно-модульного конструирования посвящены работы Л.Г.Красневского, Ф.А.Наумчука, А.Я.Оксенен-ко, Р.А.Филатова и других ученых. Гидроблоки управления машин и механизмов построены, как правило, на основе серийно изготавливаемой гидроаппаратуры, скомпонованной в единый узел в соответствии с принципиальной гидравлической схемой привода.

Исследования, проведенные во ВНИИГидроприводе, Харьковском' филиале ВНИИЛитмаше и Краматорском НИИПТмаше, позволили выявить и сформулировать основные принципы построения гидравлических схем • приводов машин..

Результаты анализа, полученные в Харьковском филиале ВНИИЛит-ыаш, показали, что работа исполнительных механизмов гидроприводов машин может быть оценена циклограммами, каждая из которых характеризует перемещение в зависимости от времени.

ВНИИГидроприводом проведена работа tío аналйзу гидросхем станочного оборудования (126 моделей станков). В результате было установлено следующее: I. Структурный контур, реализующий элемент цикла работы машины, является базовым элементом при построении гидросистемы. Группа структурных контуров составляет'гидросистему, а общая идея построения гидросистемы состоит б том, что все их . разнообразие сводится к разнообразию.и количеству контуров, определяемых элементами рабочего цикла ГидрофицированноЙ Машины. 2. Изучение, анализ и классификация *,идравлических приводов машин позволяет выявить и сгруппировать отдельные типовые элементы схем (структурные контуры), общие ДЛЯ приводов различных машин независимо от их целевого назначения. Это может служить основой создания отдельных унифицированных функциональных, блоков, позволяющих выполнять ГУ приводов машин методом агрегатирования. Аналогичный результат получен также в Краматорском НИИПТмаше.

В Настоящее время, принципы конструирования гидроблоков управления разделились по способу монтаЖа на.следующие виды: щитовой монтаж; система продольного монтажа"; система на основе унифицированных функциональных блоков вертикального монтажа <башенный.мон-

таж) и чисто блочный монтаж. Наиболее экономичным является блочный монтаж, требованию возможности агрегатирования наиболее полно удовлетворяют системы продольного и вертикального монтажа.

На основании проведенного анализа конструктивных и схемных исполнений ГУ в соответствии с целью исследования поставлены задачи по выявлению типовых элементов схем, определению оптимального способа монтажа и разработке на их основе системы элементов, позволяющей реализовать агрегатно-модульное конструирование ГУ.

Во второй главе приводятся результаты теоретического исследования способов блочного монтажа ГУ, а также построения принципиальных гидросхем приводов и их решения на основе" предложенных конструктивных схем элементов гидроблокос управления.

Основными критериями эффективности ГУ являются его объемУ", размер полной поверхности Б и гидравлические потери давления Др . В результате исследования комплексного показателя, включающего в себя параметры V, 5 и йр , установлено, что применение блочного вертикального монтажа на основе многогранных призм может обеспечить по- сравнению с системой продольного монтажа его улучшение больше чем на 50 %. Математическая модель, позволяющая определить оптимальную форму для блочного способа монтажа представлена уравнением, характеризующим связь между числом граней установочного корпуса для гидроаппаратов с показателями V, 5 и Ар гидроблока управления:

Ч(ь!-1)/7-*1 тЦа/г+ШН/зни ' (

где й и В - размеры грани корпуса; ^- число гидроаппаратов в схеме; К=Ш-1)/п + 1] -число корпусов; П - число граней установочного корпуса; коэффициенты важности критериев.

Численные исследования на ЭШ показали, что наиболее экономичной будет конструкция ГУ в случае расположения гидроаппаратов на корпусе в виде прямоугольной призмы, каждая грань которой является установочной площадкой для одного аппарата. Способы монтажа в свою очередь оказывают влияние на конструктивное исполнение гидроаппаратов. В существующих конструкциях гидроал-

паратов наиболее полную реализацию находит стремление получить наивысшие показатели по отдельным гидроаппаратам без учета их совместного использования. В результате для объединения по гидросхе-мо аппаратов в ГУ приходится создавать в каждом конкретном случае оригинальные конструкции..

Анализ и классификация принципиальных гидросхем приводов позволил установить две основные группы функциональных схем (структурных контуров):

группа управления реверсом. В этой группе исполнительные органы совершают возвратно-поступательные или вращательные движения без замедлений и ускорений. Схемы первой группы характеризуются применением только гидрораспределителей (за исключением аппаратов, предохраняющих насос от перегрузки и поломки);

группа управления сложными движениями. В этой группе исполнительные органы могут совершать при необходимости движения с замедлениями и ускоренияяи. Она характеризуется применением распределителей в сочетании с контрольно-регулирующей гидроаппаратурой.

В свою очередь, при суммировании в конкретную ПС отдельных контуров необходимо минимизировать количество гидроаппаратов в схеме, исключая их дублиройание. Совокупность гидроаппаратов,предохраняющих насос от Перегрузки и поломки, названа элементной схемой подготовки и предохранения. При конструктивном решении привода следует выделить схему подготовки и предохранения в виде самостоятельного узЛа. Она содержит, как правило, до четырех аппаратов. При рассмотрении группы контуров управления реверсом с учетом выделения из нее элементной схемы подготовки и предохранения становится очевидным, что оставшиеся распределительные гидроаппараты также необходимо выделить в виде самостоятельного конструктивного узла. В группе управления сложными движениями при выделении элементных схем подготовки и предохранения оставшиеся аппараты соединяются в схему уже на основе распределительных аппаратов в различном сочетании с контрольно-регулирующими. Совокупность таких аппаратов была названа элементной схемой сложных движений. Как правило, элементная схема сложных движений содержит один распределительный аппарат и до 2-х двухходовых. При конструктивном решении в виде самостоятельного узла также и схемы сложных движений задача построения конструкции конкретного ГУ сведется лишь к определению номенклатуры и количества узлов и

соединению их между собой.

Число вариантов соединения гидроаппаратов вычисляется цо формуле

в = (2)

где В - число исполнений модуля, т - число гидроаппаратов в схеме, £ - число исполнений рисунка расположения присоединительных отверстий при установке гидроаппарата в прямом и обратном положениях.

Для 4-х гидроалпаратов элементной схемы подготовки и предохранения, установленных на прямоугольной призме, В=5376.. Преобразовав рисунок расположения присоединительных размеров для всех гвдроалпаратов таким образом, чтобы крепежные отверстия расположились прямоугольником, а отверстия Ьхода и выхода были бы на одинаковом расстоянии от центра пересечения осей симметрии крепешшх отверстий и на оси, проходящей через центр (рис.1),это число уменьшается до 14. Для элементных схем сложных движений при указанном преобразовании конструкций гидроаппаратов число исполнений соединительного корпуса -далее соединительно-монтажного модуля (СШ) составит 17.

У ■ ^ -Ф-

Рис.1. Расположение присоединительных отверстий гидроаппаратов со стороны притычной плоскости (1-4 отверстия подвода и слива;5-8 крепежные отверстия)

В диссертации приведены таблицы элементных схем в виде графов и даны их решения на основе монтажных схем СШ.

Конструктивная схема узла реверса с учетом присоединений СШ, а также необходимости выполнения функциональных требований ПС с различными уровнями давления в магистралях подвода и слива, представлена на рис.2.

Рис.2. Конструктивная схема узла реверса (1-корпус узла;

2-присоединительные отверстия к исполнительным органам машины; 3 и 4- гидрораспределители; 5-сквозные магистральные каналы подвода (Р) и слива (Т); 6-вспомогатель-ные сквозные магистральные каналы для прохода жидкости (X и У)

Выполнение указанного требования в гидравлических схемах достигнуто путем введения дополнительных каналов подвода и слива. Причем выходы каналов подвода размещены на одной оси прямоугольника расположения крепежных отверстий и симметрично относительно его центра, а выходы каналов слива - ан&чогично на-его другой оси. При этом очевидно, что число установленных на корпусе распределителей должно составлять I или 2. Это позволяет обеспечивать любое большее число узлов суммой имеющихся.

Конструктивная схема 0.2.1 определяется структурной схемой расположения сквозных магистральных и коммуникационных каналов. При этом с целью сокращения номенклатурном и количество исполнений СММ по монтажным схемам должно быть 'минимальным.

Количество и расположение сквозных магистральных каналов в СШ принято таким же, как и в узлах реверса с целью обеспечения собираемости ГУ, а также удовлетворения требований элементных схем.

Разработка структурных схем коммуникационных каналов достигнута путем решения множества задач, каждая из которых представляет собой определенную элементную схему. При этом исходные задачи были представлены в виде графов схем, вершинами которых являются сквозные магистральные каналы и гидроаппараты, а ребрами— линии связи между ними. Присваивая вершинам, обозначающим магистральные каналы, например, значения Р,Т- подвод и слив соответственно; Pf,T<- подвод, слив с иными уровнями давления, а вершинам-гидроаппаратам- обозначения различных гидроаппаратов, можно получить расширенное множество исходных задач. Иначе решение каждого графа схемы на СШ означает решение целого класса задач!' Графы схем перечислялись таким образом, чтобы обеспечивалось наиболее полное заполнение граней СШ гидроаппаратами даже при наличии в элементной схеме менее четырех гидроаппаратов. При выполнении работы по сокращению количества исполнений СШ особое значение имеет порядок рассмотрения полученных монтажных схем. Минимальное число исполнений било обеспечено путем синтеза структурной схемы коммуникационных каналов методом вариаций. Суть этого метода заключается в том, что решение графов схем проводится в порядке, при котором выполняется условие, что при-рощение количества коммуникационных каналов А^, появляющихся на структурной схеме СШ, в результате решения каждого последующего графа, стремится к минимуму. С учетом этого условия были построены три исполнения СШ по.монтажным схемам.

На основе высказанных теоретических предпосылок определены конструктивные схемы СШ; Соединительно-монтажный модуль имеет форму параллелепипеда и содержит две горизонтальные параллельные плоскости и четыре присоединительные плоскости >- фасадную йс, тыльную Тс, правую Дс и левую Лс, причем горизонтальные плоскости соединены между собой магистральными каналами питания и слива, расположенными на осях симметрии монтажных плоскостей и равноудаленными от их центра. На каждой плоскости ФС,ТС,ПС, Лс выполнены попарно в двух различных по высоте верхнем В и нижнем Н уровнях четыре перпендикулярных к ней коммуникационных канала, разделяющиеся по расположению на правые Кп и левые Кд, каждый из которых соединен с одним из перпендикулярных по отношению к нему коммуникационных каналов другой присоединительной плоскости. За счет продления коммуникационных каналов до соединения с магистральны-

ми достигнуто установление связей. Причем связи установлены по следующей закономерности:

^{.КпАК„э <Рс(в)~ Кп э ПС(Н) -~КпэТс (в) Л Кп э Тс(н)~ -~Кп-эЛс(&)]

* 2. К/1 Л Кпэ <Рй(Н)-~Кл эПс(&)Л Кп эПс(Н)-**Кп а Те(й) —

— КлЭ(\с(Й)',

Ъ. К/; Л Кл э (рс (И)-*КП ЭПс(В)Л Кп эПс{Н)-~К/, эТс(н)Ь

■ ' КпЭТе(В)^КдВ.1с(Н)

На основе анализа существующих конструкций ГУ, а также конструктивных схем гидроаппаратов, ОМ и узлов реверса были определены конструктивные схемы замыкающих блоков.

В третьей главе приведены результаты теоретического исследования взаимного влияния габаритных размеров и диаметров отверстий в полученных конструктивных схемах элементов ГУ. На основе выполненных исследований обоснованы габаритные и присоединительные размеры соединительно-монтажных модулей,блоков присоединительных (БП), блоков распределителей (ЕР), замыкающих блоков (ВЗ). Установлены в них потери давления от расхода рабочей жидкости.

Оптимальные параметры ГУ будут получены, если в каждом из элементов Габаритные размеры <7х'6ХС а диаметры отверстий

для прохода жидкости тах . Из анализа конструктивных схем' элементов ГУ установлено, что по условию собираемости ГУ размеры узлов реверса-, гидроаппаратов И замыкающих блоков полностью определяются размерами СИМ.. Математическая модель, позволяющая определить оптимальные размеры СШ, характеризуется уравнением, устанавливающим связь между габаритными размерами СМЫ и размерами отверстий сквозных магистральных и коммуникационных каналов соответственно:

где Су-С^- коэффициенты важности критериев, характеризующих объем V , размер наружной поверхности £ гидроблока управления

Х=(С1

^

■топ, (4)

и гидравлические потери давления Ар в горизонтальных и вертикальных каналах соответственно; 0,8 - габаритные размеры СЩ;

ак - размер грани куба, значения V, 5 и Д^Р которого приняты в качестве нормирующих множителей.

Численные исследования зависимости (4) на ЭВМ для различных значений С^-С4 позволили получить семейство кривых {(8/а) . Путем выбора оптимальных значений X по графикам %={П>/а) была построена диаграмма изменения оптимальных значений о/а в зависимости от коэффициентов С^- С^ (рис.3).

важности критериев (1-С,=Сг=0,05; 2-0,01;3-0,15;4-0,2; 5-0,25; 6-0,3; 7-0,35; 8-С,= С2=0,4)

Полученная диаграмма показывает, что с увеличением важности критериев V и 5 оптимальные .значения отношений В/о и, соответственно, имеет тенденцию к уменьшению. Здесь с1г диаметр горизонтальных коммуникационных каналов в СШ, с/ -соответственно вертикальных (сквозных магистральных). Оптимальные значения уменьшаются также при увеличении соотношения рг гидравлических потерь в вертикальных и горизонтальных каналах СММ. Проектирование СШ, БП.ЕР.БЗ с учетом полученных результатов исследований предложено выполнять в следующей последовательности:

I. Исходя из требующейся пропускной способности СШ задаются диаметром с/г горизонтального отверстия. 2. С учетом одновременно работающих согласно ПС исполнительных гидромеханизмов принимают соотношение С3/Сд . 3. Задаться величиной коэффициентов

С^ и С,определяющих степень важности V и S гидроблока по отношению к Ар в нем. 4. По диаграмме на рис.3 с учетом заданных Сз/С^ и СрС2 определяют значение Sfa .5. Исходя из соотношения di/olg =1)5 ё/а находят диаметр сверления c/g 6. С учетом полученных значений de и dg выполняют проектирование (Ш. 7. По условию собираемости ГУ проводят проектирование БП.БР.БЗ.

На основе разработанных в главах 2 и 3 диссертации решений и рекомендаций были спроектированы и изготовлены на опытном производстве ГСКТБ ГА CUM (а.с.№1059255),ЕР (а.с.№ 960472), БП и БЗ (а.с.№ 1087710). При этом была определена их масса и установлена зависимость потерь давления от расхода &p(Q). Исследование расходных характеристик hp(Q) образцов СШ,БР,ЕЛ,БЗ проводились на специальном стенде в гидролаборатории ГСШ'Б ГА. Данное, полученные в ходе испытаний, представлены в виде графиков. Графики строились по полученным значениям Ар не менее чем в 10 точках значений Q

На основе анализа графиков расходных характеристик СШ,БР, БП,БЗ установлены значения номинальных расходов. Полученные результаты позволяют уже на стадии проектирования ГУ определять основные их параметры, а также стратегию ведения разработки с целью выявления оптимального варианта исполнения гидропривода. Эти рекомендации использованы Гомельским ПО "Гидроавтоматика" при подготовке и .освоении серийного производства блоков типа БФ.

Четвертая глава посвыцена разработке методики синтеза ГУ на основе системы унифицированных функциональных блоков типа Ей, исследованиям системы в промышленных условиях.

Блочно-модульный метод агрегатирования ГУ является одним из наиболее перспективных. В его основу положен принцип использования функциональных унифицированных узлов, что позволяет значительно сократить сроки разработки и внедрения гидросистем управления. Построение конструкции ГУ на основе блоков БФ начинается с составления на основе ПС схемы соединения привода с использованием разработанной схемы соединений блоков в виде аппликаций. При этом основная доля трудоемкости разработки ГУ идет на обоснование гидравлической схемы соединений вследствие множества альтернативных вариантов. Задача оптимизации ГУ сформирована в диссертации следующим образом: имеется 77 блоков

с номерами 1 - , п\ . Стоимость блока ¿ равна t¿ ,

состав S¿ • Под составом здесь понимается номенклатура и количество входящих в блок гидроаппаратов или исполнение для БЗ и СЪМ. Конструктору требуется при заданной ПС определить значение S - номенклатуру и количество входящих в ГУ гидроаппаратов, а также порядок Их соединения, выбрать вариант ГУ минимальной стоимости с обеспечением заданных требований. Использовав булевы переменные X¿ =1, если блок i используется в ГУ И <£¿ =0 -если нет, математическую модель задачи можно представить в следующем виде:

{(е) = -rntn

; ar¿ =OVl; ¿rП , (5)

где ¡J - коэффициент повторяемости.

По этому условию рассчитывается величина /(¿} всего ино- ' жества вариантов ТУ и выб!фается тот, у которого она минимальна. Разработку оптимального ГУ предложено начинать с анализа ПС, включающего следующие этапы: построение графа'ПС; определение корневых вершин графа;

выделение в графе узлов реверса с последующим переходом к синтезу элементных структурных схем (ЭСС) и структурной схемы ГУ.

Преобразование ПС в граф проводится с целью повышения удобства работ.. Вершины графа обозначают гидроаппараты, источники давления, фильтры и гидробак.' Вершины также Обозначают выводы ГУ, кроме выводов А и В гидрораспределителей. Гебраыи обозначают линии связи между перечисленными элементами. Корневыми на графе приняты вершины, соединенные ребрами с двумя й более другими вершинами. На графе выделяются также узлы реверса, которыми моделируются гидрораспределители, не имеющие смежных вершин-гидроаппаратов, за исключением гидроаппаратов в модульном исполнений, а также корневых вершин. После построения графа проводится синтез ЭСС, включающих в себя пути на графе между ¿ -ыи корневыми вершйнйми. Для узлов рейёрса одним путем считается также парный пу?ь. Преобразование путей на графе в ЭСС предложено строить на основе общих мультиграфов, Представляющих собой

структурную схему соединения четырех гидроаппаратов при помощи ШМ с использованием всех каналов связи между входами-выходами гидро-'алпаратов между собой или (и) сквозными вертикальными каналами.В табл.1 представлены мультиграфи на базе трех исполнений С2Д1 и двух типов функциональных блоков БП, устанавливаемых на его боковых гранях с двухходовыми гидроалларатами и гидрораспределителя-ыи. Их условное графическое обозначение имеет вид:

ЕЗ ;

Таблица I

Общие ыультиграфы

Синтез каждой ЭСС проводится путем выбора из шести общих мультиграфов необходимого фрагмента и усечения неиспользуемых вершин и ребер, выполняемого после построения схемы соединения всего блока. Под усечением понимается перекрытие каналов СЫМ резьбовыми заглушками. Синтез структурной схемы ГУ осуществляется в два этапа. На первом этапе отдельные ЭСС соединяются между собой с учетом требований по расположению выводов и других ограничений. На втором эг'алв проводится минимизация количества ис-

пользуемых в схеме СММ путем "насыщения" их свободных плоскостей. В результате несколько ЭСС могут быть построены на одном мульти-графе. Предложенная методика позволяет существенно сократить продолжительность этапов синтеза схемы соединения ГУ путем использования средств автоматизации проектирования САПР. При этом целесообразно использовать САПР для этих целей в двух режимах:

• автоматизации изготовления чертежа схемы соединений; автоматизации синтеза структурной схемы На базе предложенного метода, включая минимизацию с учетом всех технических требований.

Экспериментальная .проверка компоновочных возможностей системы блоков Бй-и ее приспособляемость к техническим Требованиям со стороны оборудования выполнялись в сравнении с серийными образцами гидроблоков управления по изложенному методу. На основе ПС произвольным образом отобранных гидроприводов с объемом выпуска от единичных до серийных свыше 1000 шт/год, были спроектированы ГУ. Таким образом было спроектировано и изготовлено на экспериментально-опытном производстве ГСКТБ ГА 34 образца гидроприводов. Испытания гидроприводов проводились по согласованным с потребителями программам испытаний в гидролаборатории ГСКТБ ГА, а также в составе оборудования по циклу его работы. В процессе испытаний определялись следующие показатели: I. Проводилась оцейка ГУ на соответствие его предъявляемым техническим требованиям, в том числе проверялось функционирование по циклу работы машины. В результате делалось заключение о пригодности к эксплуатации в составе оборудования. 2. Выполнялись замеры потребляемой мощности в процессе работы, а также проводилось взвешивание привода. Результаты сравнивались с серийными образцами. 3. Оценивалась оптимальность сборки,- т.е. степень заполнения монтажных плоскостей СШ гидроаппаратами. Все 34 образца соответствовали заданным техническим требованиям и обеспечивали функционирование по циклу работы машин. При испытаниях у всех образцов зафиксировано также уменьшение массы и потребляемой мощности. Оптимальность сборки ГУ оценена путем обработки и анализа статистического материала. В качестве оцениваемой величины принято фактическое и теоретическое число использованных в конструкциях гидроблоков управления СШ, БР,БЗ. Число фактически использованных элементов определялось путем' подсчета по рабочим' чертежам ГУ. Теоретическое число

вычислялось по формуле

где Т^- теоретическое число, Ф- фактическое число, ^ - число не занятых гидроаппаратами или выводами плоскостей СШ. При этом учитывалась только целая часть выражения в квадратных скобках. По результатам составлена группировка из статистического ряда (табл.2).

Таблица 2

Группировка статистического ряда

Фб -т 0 I

• Тк • 32 2

■ ■ Рк 0,942 0,058

Здеоь Тк- число случаев, имеющих данное значение величины (Ф^-Т); Р - относительная частота или вероятность появления' события, определяемая как Рк~Тк/п \ П - общее число рассматриваемых ГУ.

На основании выполненных исследований сделан вывод, что оптимальная сборка ГУ на основе блоков Б3> достигается в 94,2 % случаев. В 5,8 % случаев требуется введение дополнительного СШ.

В результате выполненных экспериментов образцы гидроприводов станков 1ХМА..., токарных полуавтоматов КТ61У, круглошлифовальных полуавтоматов ЗУ12УА и ЗМ151 были поставлены заводам-изготовителям и в настоящее время эксплуатируются в составе оборудования.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты проведенных исследований положены в основу при разработке рабочей документации унифицированных функциональных блоков типа БФ. Блоки Б$ предназначены для создания конструкций ГУ методом агрегатирования, являются принципиально новыми изделиями, не имеющими отечественных аналогов и по техническим параметрам превышают мировой уровень. В основу конструкций блоков положены три изобретения /А.с.960472,1059285,1087710/. Производство функциональных блоков_Б® осуществляется на Гомельском

ПО "Гидроавтоыатика" с 1985 г.

Теоретические результаты и методика синтеза ГУ, накопленная научная база проектирования были использованы при разработке научно-методического документа отрасли станкостроения "Создание конструкций гидроприводов машин методом агрегатирования". Этот научно-методический материал используется при создании ГУ на основе блоков БФ ВНШГидропривода, ШИИДШ, Московским СКВ АЛ и СС, Московским ОКЕС, Гомельским ГСКГБ ГА и др. Московским СКВ АЛ и СС освоено автоматизированное проектирование на основе блоков БФ с использованием средств САПР. При непосредственном участии автора была разработана и серийно производится станция гидропривода для станков ЗУ12УА и ЗМ15ЭУ на базе блоков БФ.

вывода И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненный комплекс экспериментальных и теоретических исследований служит научной основой для создания конструкций ГУ методом агрегатирования на основе стандартных устройств и дает возможность применить в организации проектирования и производства гидроприводов машин и механизмов новые, более прогрессивные методы.

В результате исследований получены следующие основные научные результаты и практические выводы:

1. На основе анализа способов монтажа гидроблоков управления установлено, что наиболее экономичным является блочный вертикальный монтаж.

2. Численные-исследования математической модели, учитывающей занимаемый системой объем, размер ее полной поверхности и потери давления в каналах, показали, что оптимальной является конструкция гидроблока управления в случае расположения гидроаппаратов на корпусе в виде прямоугольной призмы, каждая грань которой служит установочной площадкой для одного аппарата.

3. Проведенный анализ и классификация гидравлических схем приводов позволили выявить две группы функциональных схем: группу управления реверсом и группу управления сложнши движениями. Каждая из функциональных схем состоит из элементных схем подготовки и предохранения, сложных движений и реверса, являющихся теми элементарными составляющими принципиальных гидросхем,

конструктивное решение которых позволяет реализовать агрегатно-модульное конструирование гидроблоков управления.

4. На основе исследований способов монтажа ГУ., закономерностей построения принципиальных гидросхем приводов, присоединительных размеров гидроаппаратов, а также решения задач по их соединениям между собой разработаны конструктивные схемы гидроаппаратов, узлов реверса, соединительно-монтажных модулей и замыкающих блоков.

5. Решение задач элементных схем в виде монтажных и их синтез методом вариаций позволили установить закономерность связей коммуникационных и магистральных каналов соединительно-монтажных модулей, обеспечивающих сокращение материалоемкости ГУ, трудоемкости и стоимости их изготовления.

6. В результате теоретического исследования взаимного влияния габаритных размеров и диаметров отверстий в соединительно-монтажных модулях, гидроаппаратах, узлах реверса и замыкающих блоках на величину объема ГУ, размера его наружной поверхности и гидравлические потери давления в каналах, обобщен характер изменения оптималыгых размеров в зависимости от коэффициентов важности критериев (объема, площади наружной поверхности и гидравлических потерь давления), что обеспечивает проектирование соединительно-монтажных модулей, гидроаппаратов, узлов реверса и замыкающих блоков.

7. На основе выполненных исследований созданы экспериментальные образцы следующих функциональных блоков Е5: соединительно-монтажных модулей (ШМ), блоков присоединительных (ВП), блоков распределителей (БР), замыкающих блоков (БЗ). Обоснованы их габаритные и присоединительные размеры, установлены зависимости потери давления от расхода рабочей жидкости. Конструкции СШ, БР,БЗ признаны ВНИИГПЭ изобретениями.

8. Разработана методика формализованного синтеза ГУ, удовлетворяющих заданным техническим требованиям л обладающих минимальными металлоемкостью, гидравлическими потерями давления и стоимостью.

9. С использованием предложенном методики синтеза ГУ подтверждены широкие компоновочные возможности разработанных блоков путем практического их использования при создании конструкций ГУ различных машин. Установлено, что применение функциональных

блоков позволяет снизить массу ГУ до 15-25 % и уменьшить гидравлические потери давления до 15 %. Установлено также, что любая ПС из стандартной гидроаппаратуры может быть спроектирована на основе блоков БФ. При этом оптимальная сборка ГУ на основе блоков БФ достигается в 94*2 %,случаев, а в 5,8 % случаев требуется введение дополнительного соединительно-монтажного модуля.

10. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана техническая документация унифицированных функциональных блоков типа БФ, серийное производство которых орга-низогано на Гомельском ПО "Гидроавтоматика" с 1985 г. Экономический эффект от внедрения блоков за-1980-1988 г.г. составил свыше 1,5 млн.рублей.

11. На базе блоков БФ разработана техническая документация, станции гидропривода для станков ЗУ12УА и ЗМ153У, которая внедрена в серийное производство На Гомельском ПО "Гидроавтоматика".

12. Разработанные методические рекомендации по использованию блоков БФ приняты рядом заводов и организаций для практического применения. Московское СЯБ АЛ й СС освоило автоматизированное проектирование на основе блоков БФ с использованием средств САПР.

Таким образом, на основе совокупности выполненных Исследований в диссертации решена актуальная зЬдача по разработке и созданию системы агрегатно-модульного конструирования гидроблоков управления приводов машин, что имеет существенное значение для проектирования гидроаппаратуры, создания гидроблоков управления различных А;атйН и оборудования.

Основные публикации, отражающие содержание диссертации: . I. Пинчук В.В, Перспективы и тенденции развития гидропривода торфяных машин.-М.,1986-15 с.-Деп. в ЦШТИ Минтопрома РСФСР 18.03.86, № 8-тп.

2. Пинчук В.В., Кйслов Н.В. Компоновка блоков гидроаппаратуры приводов машин //Механизация и автоматизация процессов добычи и переработки торфа.-1986,-с.116-127.

3. Создание конструкций гидроприводов машин методом агрегатирования. Оксененко А.Я.,0кунев А.Е., Пинчук В.В. й др.41.: ВНЖГЭЫР, 1985-7-7 с.

4. Лейкин И.О., Визизиров И.С.,Пинчук В.В. Блочно-модульный метод построения гидросистем управления деревообрабатывающим оборудованием '//Технология, оборудование, организация и экономика 20 •' .

машиностроительного производетва.-1989.-Серия 4,выпуск 2,с.10-14.

5. Пинчук В.Б. Агрегатирование гидроприводов торфяных машин на основа унифицированных функциональных блоков //Машины и технология торфяного производства.-1987г№ 16-е.80-85.

6. Пинчук В.В., Гераймович М.К., Дорощенко В.И. Агрегатирование гидравлических приводов машин на основе унифицированных функциональных блоков //Республиканская научно-техническая конференция. Создание, внедрение и использование ресурсосберегающей техники н технологии:Тез.докл.-Мн.,1964-е.26-28.

7. Макаров B.C., Гольдшмидт А.И., Рубинфайн Я.Е., Пинчук В.В Агрегатирование гидроаппаратуры и стандартизация присоединительны^ размеров //Всесоюзная научно-техническая конференция. Агрегат но-модульное построение техники (Промышленные работы, работотех-нические комплексы, гибкие производственные системы) ;Тез.докл.-Якутск, 19В7-с,83-Б4.

В. Лейкин И.С., Пинчук В-.В. Оптимизация гидроблоков управления автоматический оборудованием,-U. 1939-15 с,-Деп. в ЕНИИТШР, » II. '

9. Кислов Й.В., Пинчук В.В. Синтез элементных схем соединительно-монтажных модулей, гидроприводов //Конструирование и эксплуатация автомобилей и тракторов.-1990~№ б- с.56-62.

10 А.с. 960472 СССР, ШИЭГ15С 5/00. Устройство для монтажа гидро- и пневмоалларатуры / В.В.Пинчук, М.К.Гераймович, В.И.Дорощенко (CtCP)',6 с.:»л.13. .

11. А.с. 1059265 СССР, Ш3 F 15 С 5/00.. Устройство для монтажа гидро- и пневмоаппаратурр /В.В.Пинчук, С.И.Певзнер, В.В.ДавыдеЙко и др. (СССР)-4 с'.:ил.20.

12. А.с.1087710 СССР, №3 FI6 С 5/00. Блок модулей гидро-и пневмосистем /В.В.Пинчук, М.К.Гераймович, В.И.Дорощенко и др. (СССР)- 2с.:ил.2. . .

13. А.с.1521947 СССР» МКИ3Г I5C 5/00. Гидравлическое рас« пределительное устройство /В.В.Пинчук, Н.В.Кислов, В.И.Дорощенко я М.К.Гераймович (СССР)-4 с.:ил.2.