автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Методическое и программное обеспечение автоматизированного выбора конструктивных параметров гасителей колебаний давления для гидросистем сельхозмашин

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА,ЦЕЛЬ и ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Влияние колебаний расхода и давления в рабочих жидкостях гидросистем на работу сельхозмашин.

1.2.Причины возникновения и характер колебательных процессов в рабочих жидкостях гидросистем сельхозмашин.

1.3.Режимы течения рабочих жидкостей в гидросистемах сельхозмашин.

1.4.Существующие методы гашения колебаний давления и расхода в гидросистемах.

1.5.Цель и задачи исследования.

Глава 2. МОДЕЛЬ ИССЛЕДУЕМОГО УЧАСТКА ГИДРОСИСТЕМЫ.

2.1. Введение.

2.2. Спектральный анализ колебаний давления на исследуемом участке гидросистемы.

2.3. Модель краевых условий исследуемого участка гидросистемы.

2.4. Собственные частоты колебаний давления столба рабочей жидкости на исследуемом участке гидросистемы.

2.5. Выводы.

Глава 3. ПРОВОДИМОСТЬ И МЕСТО УСТАНОВКИ ГАСИТЕЛЯ В

ГИДРОСИСТЕМЕ.

3.1. Введение.

3.2. Критерии эффективности работы гасителя.

3.3. Проводимость и место установки гасителя в гидросистеме

3.4. Выводы.

Глава 4. АНАЛИЗ РАБОТЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГАСИТЕЛЕЙ. .8S

4.1.Введени е.

4.2.Передаточная матрица гасителя с эластичным разделителем как элемента с распределёнными параметрами.

4.3.Передаточная матрица гасителя без эластичного разделителя как элемента с распределёнными параметрами.

4.4.Передаточные матрицы поршневых резонансных гасителей как элементов с сосредоточенными параметрами

4.5.Частотные интервалы применимости моделей поршневых резонансных гасителей.

4.6.Электрическая аналогия поршневых резонансных гасителей. . III

4.7.Собственная частота поршневых резонансных гасителей.

4.8.Выбор конструктивных параметров поршневых резонансных гасителей.

4.9.Вывод ы.

Глава 5.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ

СПРОЕКТИРОВАННЫХ ГАСИТЕЛЕЙ.

5.1.Введени е.

5.2.Выбор параметров генератора периодических колебаний давления.

5.3.Описание экспериментального стенда.

5.4.Экспериментальная проверка методики проведения спектрального анализа колебаний давления.

5.5.Экспериментальная проверка методики определения краевых характеристик исследуемого участка гидросистемы.

5.б.Экспериментальная проверка работоспособности поршневых резонансных гасителей.

5.7.Испытание гасителя колебаний давления в гидросистеме зерноуборочного комбайна Д0Н-1500.

5.8.Вывод ы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ,ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Б "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г.г. и на период до 1990 года" в отрасли тракторного и сельскохозяйственного машиностроения планируется обеспечить дальнейший рост производства мощных тракторов типа К-701Д-150 и других , а также всего комплекса сельхозмашин и орудий к ним.

Вместе с тем в материалах 26 съезда КПСС отмечено , что одной из важнейших задач коммунистического строительства является зна -чительное повышение качества и надежности выпускаемой продукции.

Многие из поставляемых сельскому хозяйству трактороЕ, зерновых комбайнов и других сельхозмашин оснащены объемными гидро -приводами рулевого управления , гидро трансмиссиями и гидравлическими навесными системами. Применение гидроприводов объемного типа для управления работой сельскохозяйственных агрегатов и приведения в действие отдельных узлов тракторов обусловлено тем ,что они позволяют снизить материалоемкость машин, повысить производительность труда .осуществить автоматизацию в пределах агрегата , обеспечить передачу энергии на расстояние без применения сложных передаточных устройств , а также обеспечить легкость в управлении.Рост мощности сельскохозяйственных машин приводит к росту номинальных давлений и расходов в гидросистемах , а следовательно , приводит к росту .динамической напряженности как в гидросистеме так и в сельхозмашине в целом, что отрицательно сказывается на качестве их работы и надежности. Одной из осноеных причин возникновения динамической напряженности яеляются колебательные явления в рабочей жидкости гидросистемы ( колебания расхода и давления ) . Одним из эффективных способов подавления колебаний расхода и давления является использование гасителей,устройств,поглощающих или перераспределяющих колебательную энергию рабочей жидкости.

Вопросам конструирования и использования гасителей до настоящего времени большое внимание уделялось в авиационной промышленности (Куйбышевский авиационный институт),в компрессоростроении и при передаче газа на расстояние (Московский институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина).Использование гасителей в отрасли тракторного и сельскохозяйственного машиностроения с автоматизацией процесса их проектирования представляется достаточно актуальным.

Целью настоящей работы является гашение вибраций в системах гидроприводов сельхозмашин.

Достижение указанной цели в работе обеспечивается путем решения научно(Гзадачи, состоящей в согласовании конструктивных параметров выбранного типа гасителей с заданными динамическими характеристиками исследуемой гидросистемы сельхозмашины,

Научная новизна предлагаемой работы состоит в получении функциональных зависимостей,связывающих динамические характеристики исследуемой гидросистемы сельхозмашины с конструктивными параметрами выбранного типа гасителей.

Практическая ценность предлагаемой работы состоит в разработке методики определения конструктивных параметров выбранного типа гасителей и места их установки на исследуемом участке гидросистемы по заданным динамическим характеристикам рассматриваемой гидросистемы и ее программной реализации.

Предлагаемая методика реализована на Владимирском тракторном заводе при анализе динамических характеристик гидросистемы трактора Т25А, на Московском заводе тракторных гидроагрегатов на стенде,моделирущем гидросистему трактора, прхг анализ е раб о ты, указанной гидросистемы с различными навесными орудиями, в Подмосковном филиале НАТИ при гашении вибраций в гидросистеме зерноуборочного комбайна Д0Н-1500.

Диссертационная работа состоит из введения,пяти глав,основных результатов выводов и рекомецдаций,списка литературы и приложения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЖОМЕЦЩИИ

Для подавления частот колебаний давления, совпадающих с собствен-[ыми частотами гидравлических и механических систем сельхозмашин, южно использовать поршневые резонансные гасители.

В условиях работы, характерных для гидросистем сельхозмашин, сказанные гасители могут рассматриваться как линейные элементы с юсредоточенными параметрами.

Поршневой резонансный гаситель, с точки зрения электрической лалогии, можно представить в виде последовательного резонансного :онтура, в котором роль емкости выполняет упругий поршень, роль ндуктивности - инерционные свойства указанного поршня, роль актив-:ого сопротивления - необратимое рассеяние колебательной энергии оршня при его вязком трении о корпус гасителя. . Эффект гашения колебаний давления в поршневых резонансных гаси-елях достигается за счет возбуждения продольных колебаний поршня асителя в околорезонансном реяшме, при этом физически реализуемые езонансные частоты указанных гасителей лежат в интервале 0 50, Гц. Методику проведения спектрального анализа колебаний давления ожно рассматривать как способ проведения экспресс-оценки спект-ального состояния в произвольной точке гидросистемы при минималь-ых технических средствах (датчик давления, осциллограф). . Методика определения краевых характеристик исследу емого участка вдросистемы есть модификация известного метода пробных нагрузок, ля случая полигармонических колебаний давления при неизвестной агрузке. Совместное применение указанных выше методик позволяет построить астотно-зависимую модель краевых характеристик исследуемого участа, гидросистемы, которая задается параметрами эквивалентного ис->чника колебаний давления и нагрузки, а также определить спектр собственных частот колебаний давления в столбе рабочей жидкости, заключенном на исследуемом участке гидросистемы.

8. Методика определения проводимости и места установки гасителя позволяет рассчитывать проводимость гасителя и место его установки на исследуемом участке гидросистемы по требуемой эффективности работы гасителя на указанном участке; независимо от его конструктивный особенностей.

9. Методика определения конструктивных параметров гасителя позволяет в рамках конструктивных решений поршневых резонансных гасителей определять конструктивные параметры указанных гасителей, которые обеспечивают заданные значения проводимости гасителей в околорезонансном режиме и ширину частотного интервала гашения.

10. Разработанный комплекс прикладных программ FILTR позволяет при проектировании поршневых резонансных гасителей с использованием методик, упомянутых выше,значительно сократить трудоемкость вшол-нения расчетов, повысить производительность труда и снизить затраты на выполнение указанных расчетов.

11. Принятая структура взаимодействия программ HAG-^ , HAG-2, HAG5, HAG 4 , входящих в состав FILTR . позволяет использовать их неза> висимо друг от друта, что существенно расширяет диапазон применимости указанных программ.

12. Методика определения параметров и режимов работы генератора периодических импульсов давления, реализованная в программе APR , позволяет для конкретной гидросистемы рассчитывать давление на выходе указанного генератора по известному закону перекрытия его рабочего окна, а также рассчитывать закон перекрытия рабочего экна генератора по заданным колебаниям давления на его выходе.

ЕЗ. Экспериментальные данные по оценке эффективности введения порпневых резонансных гасителей в гидросистему на примере гасителя

Зез эластичного разделителя, в пределах погрешности совпадают 3 результатами расчета, основанными на использовании математической модели указанного гасителя, что косвенно подтверждает адекватность упомянутой модели реальному физическому объекту. 14. Экспериментальная проверка разработанных методик подтверждает их работоспособность.

1. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления.-М.:Недра, 1982.224 с.

2. Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машиностроителя, т.З-М.:Машиностроение, 1980. 560 с,

3. Арефьев В.А., Ильичев И.И., Эдер В.А. Акустические исследования трансмиссий тракторов и вопросы стандартизации шума. -Тракторы и сельхозмашины, 1980, В 4, с. 14-15.

4. Артюхов А.В., Брудков Л.И. Особенности частотных испытаний гидравлических насосов. В сб.: Вибрационная прочность и надежность двигателей „ и систем летательных аппаратов. КуАИ, Куйбышев, 1982, вып. 9, с. 13-18.

5. Артюхов А.В., Ефимов Ю.А., Шорин В.П. Влияние взаимного углового смещения роторов аксиально-плунжерных насосов на пульсадаонное состояние гидросистем. Авиационная промышленность. 1982, is 5, с.32-34.

6. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измеренеия электрических величин.-- М.: Высшая школа, 1982. 223 с.

7. Балакин В.А. Основы прочности поверхностного слоя. Г1У, Гомель, 1974. - 242 с.

8. Барышев В.Н. Повышение надежности и долговечности гидросистем тракторов и дорожно-строительных машин в эксплуатации. Челябинск, :Южно-Уральское кн. издательство, 1973. - III с.

9. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.

10. Бубнов В.А., Ханин А.Д. О влиянии инерционных свойств стенки ia распространение импульса давления в гидравлической линии. В сб.: 'идроаэромеханика и теория упругости, ДГУ, Днепропетровск, 1983, зып. 30, с. 40-49.

11. Гидравлическое оборудование для тракторов, сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин. Каталог В/О "Трактороэкспорт".

12. М.: Внешторгиздат, 1981, 53 с.

13. Гимадиев А.Г., Шахматов Е.В. Расчет частотных характеристик гасителей колебаний в виде акустического RL фильтра низких час-гот. - ИВУЗ, Машиностроение, 1983, с. 88-92.

14. Гимадиев А.Г., Шахматов Е.В. Расчет частотных характеристик гасителя колебании в виде параллельного резонатора. В сб.: Виб1. Uрационная прочность двигателеи и систем летательных аппаратов, ЕСуАИ, Куйбышев, 1983, вып. 10, с. 13-16.

15. Гладких П.А. Исследование колебаний магистральных трубопроводов. Изв. АН СССР, сер. Машиностроение, 1958, Г* 4, с. 31-38.

16. Гладких П.А., Хачатурян С.А. Вибрации в труборпроводах и методы ях устранения. М.: Машгиз, 1959. - 215 с.

17. Гладких П.А. Устранение пульсаций давления в газопроводах. -Ъстехиздат, 1962. 232 с.

18. Гладких П.А., Хачатурян С.А. Предупреждение и устранение коле-5аний нагнетательных установок. М.: Машиностроение, 1964. - 275 с.

19. Гликман Б.Ф. Нестационарные течения в пневмогидравлических цепях. М.: Машиностроение, 1979. - 253 с.

20. Гутер Р.С., Овчанский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970.- 432 с.

21. Жуков С.В., Гончаров В.А. Уровни низкочастотных колебаний на рабочих местах операторов самоходных .сельхозмашин. Тракторы и сельхозмашины, 1982, !) 6, с. 22-27.

22. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах.- Избранные сочинении, т. 2, ОГИЗ, 1948. 422 с.

23. Зайченко И.З., Мишлевский Л.М. Пластинчатые насосы и гидромоторы.- М.: Машиностроение, 1970. 250 с.

24. Инзель Л.И. Основы глушения шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1949. - 196 с.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. - 832 с.

26. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. -И.: Машиностроение, 1976. 240 с.

27. Кутьков Г.М., Кожуханцев А.Н., Фалеев Е.Н. Исследование влияния колебания остова гусеничного трактора класса 3-4. Тракторы я сельхозмашины, 1983, й 10, с. 6-7.

28. Лурье А.Б. Динамика регулирования навесных сельскохозяйственных агрегатов. Л.: Машиностроение, 1969. - 282 с.

29. Ш. Пановко Л.С, Введение в теорию механических колебаний. М.: 1аука, 1971. - 315 с.1.. Поливаев О.Н., Павленко С.Т., Кочетков Н.В. Исследование резонансных колебании в трансмиссии колесного трактора. Тракторы и сельхозмашины, 1979, В 7, с. II-12.

30. Попов Д.Н. Нестационарные гидро-механические процессы. М.: Машиностроение, 1982. - 239 с.

31. Рахмилевич 3.3., Мислицкий Е.Н., Хачатурян С.А. Компрессорные установки в химической промышленности. М.: Химия, 1977. - 279 с.

32. Ржевкин С.И. Курс лекций по теории звука. М.: МГУ, I960. -335 с.

33. Снижение динамических нагрузок в трансмиссиях колесных тракторов. / Харитончик Е.М., Павленко С.Т., Кочетков Н.В. и др. -Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1976, гё 3, с. 53.

34. Свербилов В.Я., Анисимкин Ю.С. К оценке работоспособности газовых регуляторов давления многоцелевого назначения. ИВУЗ, Авиационная техника, 1981, J3 3, с. 71-73.

35. Феодосьев В.Н. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979. -559 с.

36. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1982. - 279 с.

37. Фролов К.В., Сафронов Ю.Г. К вопросу об исследовании колебаний 5лока цилиндров аксиально-поршневых гидромашин. Машиноведение, 966, $ 6, с. 21-23.

38. Ханин А.Д. К вопросу о взаимовлиянии пульсаций давления жидкости и колебаний стенки трубопровода. В сб.: Математические методы тепломассопереноса, ДГУ, Днепропетровск, 1983, с.; 143-147.

39. Ханин А.Д. О выборе параметров генератора периодических импуль-зов давления. Тезисы докладов зональной конференции "Проектирова-ше и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропневмо-1втоматики", Пенза, 1984, с. 53-54.

40. Ханин А.Д. Шарапов С.И. Передаточная матрица гасителя пуль-)аций давления, выполненного в виде последовательного резонансного сонтура. В сб.: Гидравлические системы металлорежущих станков, зып. 7, М.: Станкин, 1984, с. II7-I26.

41. Ханин А.Д., Баскаев Л.К. Автоматизация выбора основных конструк-?ивных параметров резонансных гасителей пульсаций давления.3 сб.: Гидравлические системы металлорежущих станков, вып. 7, М.: Панкин, с. 21-24.

42. Хачатурян С,А. Волновые процессы в компрессорных установках.- М.: Машиностроение, 1983. 223 с.

43. Хачатурян С.А., Рахмилевич 3.3. Гашение пульсаций давления 'аза в трубопроводах нефтепромысловых компрессоров. М.: ВНИИОЭНГ, .973. - 76 с.

44. Хачатурян С.А.,Суслов Ю.В. Исследование пульсирующего потоказ изогнутых трубах. В кн.: Труды 4-ой Всесоюзной конференции по юмпрессоростроению, Сумы, 1975, с. 200.

45. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трупах. М.: Недра, 1975. - 295 с.

46. Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах.- М.: Машиностроение, 1980. 156 с.

47. Шорин В.П; Конев А.Г. Выбор схемы и расчет параметров устройств акустической коррекции в стендах пульсирующих давлений с генераторами колебаний сиренного типа. Авиационная промышленность, 1982, № 6, с. 12-18.

48. S2. Шорин В.П., Конев А.Г., Санчугов В.Н. Способ и оборудование цля получения высокоамплитудных колебаний жидкости. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по вибрационной технике, Кутаиси, 1981, с. 121.

49. Шорин В.П., Гимадиев А.Г.? Шахматов Е.В. Проектирование гасителей. колебаний для демпфирования пульсаций давления в системах управления ГТД. ИВУЗ, Машиностроение, 1982, & 7, с. 65-68.

50. Шорин В.П;, Гимадиев А.Г., Быстров Н.Д. Об одной схеме выравнивания амплитудно-частотных характеристик акустических каналов зистем измерения давления. ИВУЗ, Авиационная техника, 1981, № 3, з. 22-26.

51. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир, 1982. - 235 с,

52. Энгель В.Ю. Влияние геометрии дросселирующих прорезей на переходные периодические процессы в аксиальных насосах. ИВУЗ, Гор-шй журнал, 1976, й 6, с. IQ8-II2.

53. Яременко В.М. Повышение устойчивости работы гидравлического зледящего привода рулевого управления трактора. Тракторы и сель-созмашины, 1980, JS 4, с. 14-15.

54. А.с. 391346 (СССР) Гидравлический демпфер./Шорин В.П., Санчу-тов В.И., Гимадиев А.Г. Опубл. в Б.И., 1972, J& 2.

55. А.с. 394621 (СССР) Гаситель колебаний жидкости в трубопровоцах, / Шорин В.П., Санчугов В.И., Брудков Л.И. Опубл. в Б.И;, 1972, й 2.

56. А.с. 555255 (СССР) Гаситель колебаний давления для гидравли-геских магистралей./ Брудков Л.И., Климов Н.А., Шорин В.П. Опубл. з Б.И., 1975, JS 3.

57. А.с. 808763 (СССР) Гаситель колебаний давления. / Шорин В.П., Занчугов В.И., Конев А.Г., Артюхов А.В., Шахматов Е.В. Опубл. в З.И., 1981, № 8.

58. А.с. 821760 (СССР) Гаситель колебаний давления. / Ганиев РЖ, Гизамов Х.Н., Копоть Е.И., Легостаева И.А. Опубл. в Б.И., 1981, Ь 14.

59. А.с. 823661 (СССР) Устройство для гашения пульсаций давления. ' Анисимкин Ю.С., Кравченко Ю.М., Шорин В.П. Опубл. в Б.И., 1981, % 15.

60. А.с. 842437 (СССР) Гцдропульсационная установка. / Шорин В.П., :онев А.Г. Опубл. в Б.И., 1981, № 24.

61. А.с. 900I4I (СССР) Демпфирующее устройство для манометрических риборов. / Берестнев Г.Н., Гимадиев А.Г., Шорин В.П. Опубл. в ;.И., 1982, 3.

62. А.с. 903320 (СССР) Гцдравлический демпфер. / Шорин В.П., Гимади-!В А.Г., Санчугов В.Н., Артюхов А.В., Шахматов Е.В. Опубл. в Б.И., 982, $ 7.

63. А.с. 907332 (СССР) Гидравлический демпфер. / Артюхов А.В., Шах-атов Е.В. Опубл. в Б.И., 1982, № 7.

64. А.с. 885848 (СССР) Коллектор осреднения давления в трубопроводе. / Гимадиев А.Г., Барас С.Д., Берестнев Г.И., Шорин В.П., Пахматов Е.В. Опубл. в Б.И., 1981, й 44.

65. А.с. 840833 (СССР) Регулятор давления газа. / Анисимкин Ю.С., Звербилов В.Я., Шорин В.П. Опубл. в Б.Й., 1981, В 23.

66. А.с. 718640 (СССР) Высокочастотный гидравлический пульсаторный 1ривод./ Искович-Лотоцкий Р.Д., Пентюк Б.Н., Ящишин Н.П. Опубл.з Б.И., 1980, J& 8.