автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы и модели автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия»

На правах рукописи ДАРШТ ЯКОВ АДОЛЬФОВИЧ

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА

05.13.12- «Системы автоматизированного проектирования»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ковров 2005

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия»

Официальные оппоненты: Жигалов Илья Евгеньевич, доктор технических наук, профессор Спиридонов Евгений Константинович, доктор технических наук, профессор Чекмазов Владимир Ильич, доктор технических наук, профессор

Ведушая организация Кафедра «Гидравлики и гидравлических

машин» Аэрокосмического факультета Пермского ГТУ (г.Пермь)

Защита состоится « 29 » июня 2005 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.025.01, ауд. 211/1.

ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет» по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»

Автореферат разослан мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук проф /> А

Р.И. Макаров

Общая характеристика работы

Актуальность. Машиностроительная гидравлика - это современная наукоемкая отрасль машиностроения. Гидравлические приводы являются неотъемлемым элементом высокоэффективной техники в силу большой удельной мощности, высокого быстродействия, малых габаритов, экономичности и сочетаемости с микропроцессорной техникой управления. Успешные отечественные предприятия - производители машиностроительной гидравлики - имеют современное компьютерное оснащение и связывают свой прогресс с использованием в процессе проектирования современных технологий САПР и новых компьютерных программ, позволяющих выполнять различные виды моделирования. Но очевидно, что эффективное использование современных технологий САПР для проектирования сложной гидравлической техники возможно лишь при наличии системы комплексного моделирования этой техники, учитывающей специфику машиностроительной гидравлики. Предпосылкой для выполнения работы в этом направлении является сформировавшаяся в различных отраслях машиностроения тенденция создания элементов комплексного модельного сопровождения жизненного цикла изделий. Вместе с тем анализ состояния дел в отечественной машиностроительной гидравлике показал, что моделирование элементов гидроприводов в процессе их проектирования не является отработанной типовой процедурой. Соответственно и автоматизация проектирования носит ограниченный характер.

Причинами такого положения являются:

• недостаточность развития методик, ориентированных на имитационное моделирование элементов гидропривода;

• в целом, недостаточность развития методик, ориентированных на алгоритмическое моделирование элементов гидроприводов;

• отсутствие концепции комплексного использования программ САПР для расчетов элементов гидропривода;

• сложность картины рабочих процессов гидроустройств из-за многофакторности этих процессов, недостаточная изученность, в ряде случаев, этих процессов из-за сложности их экспериментального исследования;

• многообразие конструкций элементов, используемых в гидроприводе, что затрудняет разработку обобщенных методик;

В силу этих причин разработчики элементов гидроприводов ориентируются на частные аналитические методики и расчеты первого приближения, а использование современных программных продуктов носит единичный характер. Результатом такого подхода являются невысокая точность расчетов и, соответственно, необходимость включения в процесс проектиро-

вания, в каждом частном случае, большого объема сложных и дорогостоящих экспериментов, а также большие сроки проектирования.

Из изложенного следует, что в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема разработки ориентированных на современные программные средства методов автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода. Таких методов, которые обобщили бы применительно к элементам гидропривода известные в машиностроительной гидравлике расчетные методики, но на новой вычислительной базе, и тем обеспечили бы повышение автоматизации и эффективности проектирования.

В научном плане это необходимо для создания единой методической основы - основы для обобщения известных методических разработок в области расчета и моделирования элементов гидропривода, а также для создания новых исследовательских методик.

Цель работы - теоретическое обоснование и разработка системы моделирования для автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода. Системы, предназначенной в едином ключе и комплексно выполнять моделирование элементов в процессе их проектирования.

Объектом исследования в работе являются основные элементы гидростатического привода (дроссели, клапаны напорные, клапаны поточные, распределители, гидроусилители, насосы, гидромоторы и др.) и в целом гидроприводы различного назначения. Предметом разработки являются математические модели элементов гидроприводов, библиотеки их имитационных моделей, алгоритмы комплексного использования разнородных моделей гидроустройств в процессе их проектирования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка, на основе анализа групп задач по расчетам элементов гидропривода и анализа современных тенденций в методологии проектирования, концепции и общих подходов к вопросу моделирования элементов гидропривода. Выявление, обобщение и развитие существующих методов и моделей для их использования в автоматизированном проектировании элементов гидропривода;

- обоснование и разработка, на основе существующей гидравлической модели потока, современных данных по свойствам рабочих жидкостей гидросистем и обобщений результатов исследований, выполненных с использованием гидромеханической модели потока - уточненной гидравлической модели потока жидкости;

- анализ рабочих процессов элементов гидропривода методами механики, гидравлики, теории гидропривода, методами цифрового моделирования с целью разработки или уточнения их математических моделей;

- разработка, на основе анализа конструктивных схем и рабочих процессов элементов гидропривода, системы имитационных моделей и методик имитационного моделирования элементов гидропривода для применения их в процедурах автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода;

- разработка методики идентификации имитационных моделей гидроустройств на основе общей методологии идентификации;

- экспериментальное подтверждение адекватности моделирования;

Методы исследования. Для разработки методов автоматизированного

анализа и синтеза элементов гидропривода, модельных и других методик, а также для проведения других необходимых исследований в работе использовались: теория автоматизированного проектирования, методы математического и цифрового моделирования, аналитические методы гидравлики, гидромеханики, механики, теории автоматического управления, и др.

Также проводились экспериментальные исследования с использованием стандартной измерительной аппаратуры и оборудования.

Научная новизна.

1. На основе принципов автоматизированного проектирования, гидравлики, гидромеханики, теории гидромашин и гидропривода, теории автоматического управления, информатики, теории моделирования развит общий подход к решению научно-технической проблемы комплексного моделирования элементов гидропривода, включающий обоснование:

• методологии моделирования элементов гидропривода, учитывающей: круг задач и методик машиностроительной гидравлики; принципы САПР и общую тенденцию в области проектирования технических устройств, заключающуюся в модельном сопровождении жизненного цикла изделий; перенос центра тяжести в проектировании элементов гидропривода с экспериментальных работ на моделирование; необходимость комплексного подхода к решению задач расчета;

• общей системы моделей гидроустройств;

• системы имитационных моделей гидроустройств;

• гидравлической однокоординатной модели потока жидкости.

2. На основе анализа структур элементов гидропривода разработана система имитационных моделей гидроустройств, в том числе:

• выделены элементарные модельные структуры - базовые элементы;

• разработана общая схема формирования моделей;

• разработана библиотека шаблонов и базовых моделей гидроаппаратов и гидромашин;

• разработаны производные модели гидроаппаратов и гидромашин и модели конкретных конструкций;

• разработана схема моделирования элементов гидропривода на маршруте их проектирования;

3. На основе разработанной системы моделей элементов гидропривода и принципов автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода усовершенствованы существующие методики расчета гидроаппаратов, гидромашин и гидроприводов, а также разработаны следующие оригинальные методики и модели:

• методика расчета сил, действующих со стороны потока жидкости на элементы конструкций гидроустройств, и модельная методика определения этих сил по типовой экспериментальной расходно-перепадной характеристике устройства;

• модель гидромашины, учитывающей процесс переноса жидкости "из полости в полость", модель рабочей камеры гидромашины, модельная методика исследования нагрузок на органе регулирования гидромашины; методика расчета силового взаимодействия торцевого распределителя и блока цилиндров аксиально-поршневой гидромашины;

• модельная методика анализа, синтеза и идентификации гидроустройств.

4. В процессе выполнения исследований с использованием разработанных моделей объяснен ряд явлений, и в частности:

• влияние, из-за содержания в рабочей жидкости нерастворенного газа, противодавления на статические характеристики гидроаппаратов, а также влияние давления в полости всасывания аксиально-поршневого насоса на нагрузки на его органе регулирования подачи;

• для аксиально-поршневых гидромашин, при работе в области высоких давлений, возрастание с ростом давления коэффициента прижима распределителя к блоку цилиндров.

Практическая ценность и внедрение.

1. В рамках предложенной автоматизации анализа и синтеза элементов гидропривода разработана библиотека унифицированных моделей основных типов элементов гидропривода, использование которых обеспечивает:

- комплексное, корректное и оперативное выполнение основных типов моделирования, в том числе статических, динамических и энергетических характеристик элементов гидроприводов и приводов в целом;

- удешевление процесса проектирования гидроустройств за счет замены части экспериментальных исследований - модельными;

2. Разработана методология, позволяющая унифицировать процесс разработки моделей элементов гидроприводов и модельных методик исследований.

3. Разработан расчетный комплекс элементов гидропривода, который внедрен на предприятиях ОАО "СКБ ПА" и ОАО ЧКЭМЗ" (г. Ковров), и используется при проектировании гидроприводов и их элементов. Например, он использован при отработке конструкторской документации гидрообъемных передач механизмов поворота гусеничных машин. Для конкретных устройств и гидромашин с применением имитационных моделей исследованы: индикаторные диаграммы гидромашин с ходовой частью типа "^аиег", моменты на их органах регулирования подачи, динамические и статические характеристики клапанов и распределителей производства ОАО "СКБ ПАИ и ОАО "КЭМЗ" г. Ковров; функционирование рулевого агрегата транспортного средства; энергетические характеристики гидропривода платформы экскаватора. Разработанные методики используются в учебном процессе КГТА.

4. Работа позволяет дополнить существующие комплексы и программы проектирования устройств машиностроительной гидравлики.

Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе, рекомендаций и выводов основывается на корректном применении в исследованиях теоретических положений фундаментальных наук (математики, аналитической механики, теории автоматического управления и др.) и подтверждается сравнением результатов моделирования с результатами авторских экспериментов, а также с результатами экспериментальных исследований, опубликованных в технической литературе.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты работы докладывались и обсуждались:

- на международной научно-технической конференции "Гидромашиностроение. Прошлое и будущее"; 4-6 октября 2004 года. - Москва, МТУ им. Н.Э. Баумана.

- на международной конференции САПР и ГИС ЭКСПО, 4-6 декабря 2001года.- Москва: Русская промышленная компания;

- на всероссийском научно-практическом семинаре 20-21 марта 2001 года "Автоматизация технической подготовки машиностроительных предприятий: опыт создания и внедрения комплексных систем". - Ковров: КЭМЗ;

- на Российской научно-технической конференции. 2-4 июня 2002 года "Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании". - Ковров: КГТА;

- на ежегодных научно-технических конференциях Ковровской государственной технологической академии (в период 1988-2004 гг.);

Б

- на научно-технических семинарах кафедры гидропневмоавтоматики и гидропривода КГТА.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 34 печатные работы, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, 17 статей в журналах, входящих в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем учитываемого текстового материала - 426 страниц, 318 рисунков.

На защиту выносится:

1. Обоснование концепции системы автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода, включающее:

• обоснование методологии моделирования элементов гидропривода, учитывающей: круг задач и методик машиностроительной гидравлики; принципы САПР и общую тенденцию в области проектирования технических устройств, заключающуюся в модельном сопровождении жизненного цикла изделий; перенос центра тяжести в проектировании элементов гидропривода с экспериментальных работ на моделирование; необходимость комплексного подхода к решению задач расчета;

• обоснование общей системы моделей гидроустройств;

• обоснование системы имитационных моделей гидроустройств;

• обоснование гидравлической однокоординатной модели потока.

2. Разработанная система имитационных моделей гидроустройств, в том числе:

• базовые элементы моделей гидроустройств;

• общая схема формирования моделей;

• библиотека шаблонов и базовых моделей гидроаппаратов и гидромашин;

• производные модели гидроаппаратов и гидромашин и модели конкретных конструкций;

• схема моделирования и модельных исследований элементов гидропривода на маршруте их проектирования;

3. Разработанные модельные методики типовых расчетов гидроаппаратов, гидромашин и гидроприводов, а также следующие оригинальные методики и модели:

• методика расчета сил, действующих со стороны потока жидкости на элементы конструкций гидроаппаратов и модельная методика определения по типовой экспериментальной расходно-перепадной характеристике гидро-

аппарата сил, действующих со стороны потока жидкости на запорно-регулирующий элемент этого аппарата;

• модель гидромашины, учитывающей процесс переноса жидкости "из полости в полость", модель рабочей камеры гидромашины, модельная методика исследования нагрузок на органе регулирования гидромашины; методика расчета силового взаимодействия торцевого распределителя и блока цилиндров аксиально-поршневой гидромашины;

• модельная методика исследования характеристик гидросистем в целом;

• модельная методика анализа, синтеза и идентификации гидроустройств.

4. Результаты исследований, выполненные с использованием разработанного комплекса моделей, в частности:

• устанавливающие влияние, из-за содержания в рабочей жидкости нерастворенного газа, противодавления на статические характеристики гидроаппаратов; влияние давления в полости всасывания аксиально-поршневого насоса на нагрузки на его органе регулирования подачи;

• устанавливающие для аксиально-поршневых гидромашин, при работе в области высоких давлений, возрастание с ростом давления коэффициента прижима распределителя к блоку цилиндров;

Содержание работы

Введение содержит общие сведения о проблеме расчетов элементов гидропривода. Обоснована актуальность повышения качества проектных работ за счет разработки методов и моделей автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода, актуальность разработки системы имитационных моделей гидроэлементов. Системы, предназначенной для комплексного моделирования элементов гидроприводов и гидроприводов в целом. Формулируются цель и задачи диссертационной работы и дается авторская характеристика выполненной работы.

В первой главе на основе анализа литературы по методам расчетов элементов гидропривода и анализа тенденций в проектировании техники сформулирована концепция автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода.

В разделах 1.1-1.3 на основе теории автоматизированного проектирования, изложенной в трудах И.П. Норенкова и др. ведущих ученых в области САПР, сформулированы: концептуальная основа автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода, основные принципы имитационного

моделирования, охарактеризована система моделей комплекса. Рассмотрен также круг задач по расчету элементов гидропривода и компьютерные программы для их решения.

Исходными моментами концепции приняты.

1. Перенос центра тяжести в проектировании элементов гидропривода с экспериментальных работ на моделирование. При этом часть задач, которые в существующих методиках решаются в процессе экспериментов, возложены на расчеты в программах, осуществляющих ЗБ-моделирование. К таким задачам относятся задачи расчета коэффициентов для однокоординат-ных и имитационных моделей, а также задача проверки точности расчетов однокоординатных моделей.

2. Положение о том, что проектирование является элементом жизненного цикла изделия и сопровождается соответствующей системой цифровых моделей.

3. Положение о том, что комплекс для автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода формируется по правилам формирования информационной среды. Он представляет собой совокупность программ, соответствующих кругу задач предметной области - программ, разработанных специализирующимися на изготовлении программных продуктов фирмами и апробированных широкой практикой инженерных расчетов. В комплекс входят специальные приложения в виде моделей и модельных методик, разработанных с использованием этих программных продуктов.

4. Система моделей и модельных методик формируется на основе теорий предметной области, т.е. гидравлики, гидромеханики, теорий гидропривода и его элементов, а также теории и практики моделирования.

определен в диссертационной работе на основе анализа данных литературы. Задачи расчета элементов гидропривода рассматривались в работах таких ученых, как Башта Т.М., Гамынин Н.С., Голубев А.И., Данилов Ю.А., Дубровский О.Н., Кондаков Л.А., Лещенко В.А., Матвеев И.Б., Орлов Ю.М., Попов Д.Н., Прокофьев В.Н., Ситников Б.Т., Сахно Ю.А., Темнов В.К, Чупраков Ю. И. и многих других. Проведенный анализ литературы позволил сформировать следующий круг задач для их решения средствами комплекса: а) выполнение типовых расчетов по тематике: гидродинамика потоков в гидроустройствах; динамика гидравлических механизмов; анализ напряженно-деформированного состояния элементов конструкций гидроустройств; управление, регулирование, имитационное моделирование гидравлических устройств, машин, приводов, систем; б) разработка новых методик расчетов.

для автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода составлен на основе анализа круга задач,

и

приведенных выше, и включает следующие программы уровня САПР: "Inventor" - для выполнения трехмерного твердотельного моделирования. "FLOW-3D" - для моделирования 3-х мерных течений жидкости в сложных геометрических границах. "NASTRAN"- для анализа кинематики и динамики механических устройств, для выполнения относительно простых прочностных расчетов. Программа позволяет импортировать в нее модели, выполненные в "MATLAB+Simulink" и 3D - модели для выполнения связанного моделирования. "MARC" - для выполнения трехмерного моделирования напряженно-деформированного состояния элементов с учетом контакта, неоднородности материалов и др. "MATLAB+Simulink" - используется для выполнения имитационного моделирования. "LabWIEW" - для компьютерного управления процессом испытаний, измерений и регистрации исследуемых параметров. Конфигурация комплекса программ не является жесткой и может видоизменяться.

Анализ отечественных компьютерных программ для имитационного моделирования позволил выделить те из них, которые используются или могут быть использованы непосредственно для моделирования элементов гидропривода: "SIMHYID", "ПА-9", "СИАМ", программный комплекс "Моделирование в технических системах", *МДС", "Экспресс - Радиус", "МАРС" и некоторых других. Известная зарубежная программа для моделирования гидроприводов из готовых подмоделей элементов - "DSH plus", a программы имитационного моделирования динамических систем, которые возможно применить и для моделирования отдельных элементов: Vis Sin (фирмы Visual Sobutionst Incorperated) и Matlab/Simulink (фирмы Math Works). Фактическим стандартом в области имитационного моделирования стала программа Matlab/Simulink, она и включена в состав комплекса.

Система математических моделей. Вопросы моделирования в связи с автоматизированным проектированием рассматривались в работах таких ученых, как В.П. Быков, Г.Г. Казеенов, В.В. Климов, В.И. Кузовлев, Ю.Г. Краснощекое П.С., В.В. Морозов, Н.Н. Моисеев, Нестеров, И.П. Норенков, А.Г. Ракович, А.Т. Соколов, В.А Трудоношин, П.Н. Шкатов, В.В. Федоров, и др. С учетом подходов, разработанных в трудах этих ученых, в данной работе принято деление математических моделей на модели неалгоритмические, представляемые алгебро-диференциальными системами уравнений, и модели машинные, обычно цифровые, и в частности алгоритмические. Система алгоритмических моделей в соответствии с основными положениями автоматизированного проектирования (Н.П.Норенков,) широко используется для анализа процессов технических устройств на микро-, макроуровнях. Макромодели делятся на подуровни фунционально-логический и системный. Макромодели, разработанные для имитации функционирования техни-

ческих устройств, называются имитационными. Имитационные модели могут также делиться по уровням. Вся система моделей конкретного устройства формируется вокруг его конструкторской ЗР-модели. ЗБ-модель импортируется в программы гидродинамических и прочностных расчетов. 3Б-модели могут дополняться одномерными моделями. Информация, полученная в результате модельных исследований с использованием одно- и трехмерных моделей, является базовой для разработки имитационных моделей устройств. ЗО-моделирование является для имитационных моделей аналогом экспериментального исследования: результаты ЗО-моделирования, после обобщения, вводятся в имитационную модель.

Имитационные модели разрабатываются как специальное приложение программы ММаЬ^шиКпк и являются наиболее универсальным, простым, оперативным, гибким и распространенным средством проектирования. Эти модели позволяют задачи управления, регулирования, кинематики и динамики, энергетики и др. гидравлических механизмов решать с единых методических позиций. Совокупность имитационных моделей сводится в библиотеку моделей. Разработка этой библиотеки - центральный для данной диссертационной работы вопрос.

Имитационные модели в библиотеке комплекса разделены, в соответствии с теорией моделирования динамических систем, на два основных типа: функциональные (экспериментальные) и теоретические. Функциональные построены на обобщении результатов экспериментов и/или расчетов в 3Б-моделях и используются как подмодели более крупных структур. Они простые и быстродействующие. Теоретические модели подробно описывают физические процессы. Такие модели универсальны и используются для модельных экспериментов как на уровне отдельных устройств, так и в крупных структурах.

Разработана система имитационного моделирования элементов гидропривода как моделирование фунционально-логического уровня:

- имитационное моделирование гидроустройств выполняется как динамическое моделирование с учетом основных законов сохранения;

- имитационные модели выполняются в форме блочно - структурных схем. Блоки схем гидросистем набираются из модельных блоков гидроустройств как из модулей. Блоки-модули гидроустройств собираются из простейших базовых элементов;

- система моделей многоуровневая. Два основных уровня моделей: экспериментальных моделей и теоретических. Подуровень модели может быть связан с количеством последовательных и параллельных вложений, отражающих все более тонкие структуры моделируемого объекта. Модели разных уровней структурно взаимозаменяемы;

- для выполнения энергетических расчетов имитационные модели гидросистем дополняются соответствующими расчетными блоками;

- совокупность имитационных моделей образует библиотеку. Модели библиотеки делятся на модельные шаблоны устройств (т.е. модели большой степени обобщенности) и модели конкретных устройств. Модели-шаблоны являются базовыми для моделей конкретных устройств;

- комплекс специальных расчетных методик строится на базе моделей комплекса. Это и методики моделирования, и методики обработки и обобщения результатов натурных и модельных экспериментов.

Конструктивным принципом системы имитационных моделей принято построение моделей конкретных устройств на моделях базовых элементов:

- базовые элементы гидроустройств классифицируются по энергетическому признаку: диссипаторы энергии, интеграторы потенциальных переменных и интеграторы потоковых переменных;

- модели элементов гидропривода также разделены по энергетическому принципу: на модели гидроаппаратов и модели гидромашин. К группе гидроаппаратов относятся все гидроаппараты, вспомогательные элементы, гидроарматура и т.п., то есть все устройства, на которых энергия преимущественно рассеивается, к гидромашинам - гидронасосы, моторы, гидроцилиндры, аккумуляторы и другие гидромеханические преобразователи энергии;

- систематизация имитационных моделей внутри группы гидроустройств и группы гидромашин проводится на основе классификации гидромашин и гидроаппаратов и с ориентацией на принятую систему базовых элементов;

- на основе моделей гидроустройств и гидромашин формируются модели гидроприводов и систем в соответствии с их принципиальными схемами.

Таким образом, модели каждого гидроустройства в предлагаемой системе формируются, с одной стороны, в соответствии с собственной внутри-групповой классификацией, а с другой стороны, формируются как из модулей из базовых элементов (которые могут быть объединены в субблоки и т.д.). Далее модель гидросистемы формируется из моделей гидроустройств также по модульному принципу (рис. 1).

В разделе 1.4 разработана структура двух частей комплекса, укруп-ненно отражающая алгоритм комплексного моделирования: а) гидроаппаратов, б) гидромашин.

На основе анализа возможностей разнородных моделей разработана общая схема комплексного моделирования гидроаппаратов (рис.2) и схема моделирования гидромашин.

Предусматривается использование следующих разнородных моделей в единой связи:

а) для основного режима работы (или ряда основных режимов) гидроаппарата проводится его модельная «проливка» - т.е. имитация гидравлических испытаний с подробным изучением структуры потока жидкости. Модельная «проливка» осуществляется с использованием трехмерной, максимально-подробной, модели жидкости и трехмерной модели гидравлического канала, по которому протекает жидкость

Рис.2. Общая схема моделирования гидроаппаратов

В целом эти модели получаются весьма сложными, и расчет с их помощью каждой режимной точки требует больших затрат машинного времени. Поэтому назначение трехмерной модели целесообразно ограничить получением обобщенных гидравлических коэффициентов (коэффициента расхода ц, коэффициента силы у, действующей со стороны жидкости на затвор гидроаппарата, коэффициента относительных потерь напора вдоль линии тока для основного режима работы гидроаппарата.

Кроме того, трехмерная модель потока используется в исследовательских целях для установления других связей параметров потока между собой.

б) Полученные в трехмерной модели значения коэффициентов используются в упрощенной одномерной гидравлической модели: здесь рассчитываются необходимые для следующего этапа проектирования параметры потока и серии гидравлических коэффициентов для разных режимов и вариантов конструкций. Например, при вариациях таких параметров, как величины входного и выходного давлений, высота подъема затвора, газосодержание в жидкости и др. Достоинство одномерной модели в том, что она позволяет оперативно выполнить большое количество расчетов при проведении всесторонних модельных экспериментов. Ограниченность этих моделей в их неуниверсальности: приемлемая точность расчетов достигается в определенном диапазоне изменения параметров. Одномерные модели используются и

для расчетов, которые по каким-то причинам трудно реализовать в трехмерных моделях, например для расчетов потока механической смеси жидкости и газа.

в) На основе разработанной библиотеки имитационных моделей гидроаппаратов выполняется анализ и синтез этих аппаратов. При этом используются зависимости, полученные в одномерных моделях потока.

Роль эксперимента в данном комплексе состоит в обосновании применяемых методик и моделей.

Проектирование выполняется "в цикле". Синтез элементов гидропривода проводится как в процессе модельного многовариантного анализа, так и с использованием формализованных процедур синтеза, вводимых в состав моделей гидроустройств.

Система разнородных моделей гидромашин в целом аналогична системе для гидроаппаратов, но имеет и свои особенности. При имитационном моделировании гидромашин системный подход реализуется выбором центральной имитационной модели: модели рабочего процесса в отдельном объеме. Так для поршневых гидромашин такой элементарной ячейкой является поршневая камера насоса. Кроме того, для гидромашин широко используются ЗБ-модели для анализа напряженно-деформированного состояния элементов, т.к. в гидромашинах деформации рабочих элементов соизмеримы с зазорами в рабочих парах, что определяющим образом влияет на характеристики жидкостной пленки в этих зазорах. Соответственно, это определяет характеристики и саму работоспособность гидромашин.

В главе рассмотрена общая схема формирования моделей гидроприводов: модель гидропривода формируется из моделей элементов на основе гидравлической схемы этого привода. Методики моделирования и модельных исследований включены в цикл автоматизированного проектирования гидропривода - рис. 3.

Рис.3. Возможная последовательность автоматизированного проектирования элементов гидропривода

Процедуры автоматизированного проектирования гидропривода и его элементов включают в себя системы моделей и формализованные методы анализа и синтеза, которые вводятся в модели элементов/привода как дополнительные процедуры моделирования.

При проектировании на первом этапе решаются вопрос выбора принципиальной схемы привода, модельного определении основных параметров привода. Решается задача выбора элементов из существующей номенклатуры элементов и вопрос компоновки привода на машине.

На втором этапе выполняется проектирование отдельных элементов. При этом используется система моделей, разработанная в 2, 3 и 4 главах этой работы. На третьем и четвертом этапах выполняется конструирование элементов и разработка конструкторской документации.

Все проектирование осуществляется " в цикле" в автоматизированном режиме на основе алгоритмических моделей, но с привлечением аналитических моделей и с использованием трудноформализируемых приемов. Цикл проектирования в отдельных случаях может быть элементарным, в других -разветвленным. На маршруте проектирования предусмотрено место формирования базовых и производных моделей элементов гидропривода.

Цикл разработки новых базовых моделей гидроустройств применяется в тех случаях, когда выясняется, что проектируемые устройства работают в неисследованном ранее диапазоне параметров.

Разработанные в процессе проектирования новые модели и модельные методики - пополняют библиотеку моделей и методик.

Во второй главе на основе методов гидравлики и гидромеханики разработаны модели потоков жидкости для их использования в цикле автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода в процессе их проектирования, разработаны методики исследования характеристик течения жидкости в каналах гидроппаратов.

В разделах 2.1 и 2.2 рассмотрена 3-х мерная модель питока. В комплексе используется программа Ркда-ЗБ. Используемая во Нстл'-ЗВ модель потока жидкости отражает основные законы сохранения. Уравнения движения для трех компонент скорости жидкости в трех координатных направлениях представляет собой классические уравнения Навье-Стокса (см. работы Емцева, Повха И.Л. и др.). Результаты моделирования, полученные во Р1о№-3Б, обобщаются: рассчитываются основные гидравлические коэффициенты по методикам, которые аналогичны методикам их экспериментального определения. Пример расчета, выполненный с использованием 3-х мерной модели потока, приведен на рис. 4.

В разделе 2.3 уточнена гидравлическая (одномерная) модель потока Известно, что расчетные методики анализа и синтеза элементов гидропривода в основе своей опираются на гидравлические модели потока Поэтому с расширением возможностей этих моделей расширяется и круг расчетных методик, что и способствует сокращению экспериментальных работ в процессе создания новой техники

В одномерных моделях потока используются экспериментальные данные по исследованию этих потоков Однако экспериментально можно получить далеко не все характеристики В частности, в литературе нет сведений о характеристиках осредненной диссипации энергии потока, дросселирующего через зазоры с резко переменой конфигурацией Но от характера диссипации зависит картина распределения давления в потоке, что определяет интегральное силовое воздействие потока жидкости на чувствительные элементы устройств гидроавтоматики и, соответственно, характеристики этих устройств в целом

В настоящее время, в связи с появлением программ типа Flow-3D, информация по характеру диссипации м б получена расчетным путем, обобщена и, соответственно, использована в однокоординатных моделях, которые таким образом м б усовершенствованы Что и предпринято в данной работе При этом учтен и тот факт, что реальная рабочая жидкость гидросистем включает и небольшое количество воздуха, что заметно сказывается на свойствах жидкости, особенно при низких давлениях

ооо** — *— +— ■* — + + '— -'

-2 8 -О Ь -8 Ар

гсъеЛ е/Й > сн

Рис 4 Пример слайда, штюстрирующий течение жидкости через клапан (с картиной давления и скорости потока), полученный при ЗГ>моделировании

Основная часть 2-ой главы посвящена стационарной модели турбулентного потока в каналах гидроаппаратов. В основу математической одномерной модели для стационарного потока наряду с уравнениями Бернулли, неразрывности потока, зависимости площади -/(£) сечения потока по длине канала, положены: описание плотности рабочей жидкости (р) как плотности механической смеси (р^) жидкости (рж) и газа, а также описание потерь напора - Д/дотерь- А^потерь - функция, связанная с безразмерной характеристикой Q(L), которая определяется в процессе модельного эксперимента в 3D-модели потока. С(Ц- функция: отношение функции интеграла диссипации энергии по пути движения потока к интегралу той же диссипации, определенному для всего исследуемого участка потока. Система уравнений имеет вид:

2 2 "U р у »р

- уравнение Бернулли: Р1 н—-—- = Р +—-—+Л^потерь,

2 2

- уравнение неразрывности потока: öi' Р i ~Q" Р <

- зависимость относительной плотности газожидкостной смеси от дав- Рем 1

ления: р = —-—,

Рж 1+

Р

- уравнение потерь: Раакрь = С,-{РХ- Р2)',

- уравнение для площади сечения канала: f=f(L)

Укрупненная структурная схема модели одномерного потока представлена на рис. 5. Достоинство модели состоит в том, что она позволяет рассчитывать эпюры давления жидкости, действующей на запорно-регулирующие элементы гидроаппаратов, и, значит, выполнять соответствующие модельные исследования. На рис. 5 приведена одна из эпюр, рассчитанная с использованием одномерной модели потока (для клапана обратного тока - рис. 4).

На графике координата времени в секундах соответствует линейной координате потока в миллиметрах вдоль образующей конусной поверхности клапана в направлении к оси клапана. Интегрирование этого давления по поверхности клапана дает значение силы действия потока жидкости на клапан. Характеристика этой силы вводится впоследствии в имитационную модель клапана, что и позволяет повысить точность модельных исследований в процессе анализа и синтеза гидроаппарата. Эффективность методики подтверждена сравнением результатов экспериментальных и модельных исследований характеристик, в частности, для приведенного на рис.4 клапана. Расхождение результатов расчетов статических характеристик гидроаппаратов, выполненных с использованием разработанной выше методики, с экспериментальными данными не превышает 3%.

В процессе модельных исследований было установлено, что причиной изменения статической характеристики клапана с увеличением противодавления (давления на выходе клапана) является изменение эпюры давления под действием этого противодавления из-за наличия газовой фракции в жидкости. С этим связано и влияние противодавления на величину коэффициентов расхода дросселей.

Разработанная одномерная модель позволяет устанавливать связь: формы кромок запорно-регулирующего элемента, направления движения жидкости через зазор, величины открытия зазора, величины давления входа и противодавления, газосодержания в жидкости и др. на эпюру давления. Соответственно, для различного сочетания этих факторов, рассчитываются силы действия жидкости на запорно-регулирующие элементы напорных и поточных клапанов, распределителей и др.: эта модель предназначена для модельных исследований потоков в гидроаппаратах любых типов. Результаты обобщения модельных исследований вводятся, как указывалось выше, в имитационные модели этих гидроаппаратов в виде коэффициентов и функций.

В разделе 2.4 для расчетов эпюр давлений (и гидростатических сил) в переменных по профилю зазорах гидромашин на основе известного уравнения для ламинарного течения жидкости в зазорах разработана однокоорди-натная имитационная модель потока жидкости. Эта модель использована при разработке новой методики для типового этапа синтеза гидромашины: методики комплексного модельного исследования силового взаимодействия торцевого распределителя и блока цилиндров аксиально-поршневого насоса высокого давления. На основе твердотельной модели распределителя проводится модельное исследование его деформации под действием высокого давления (с использованием, например, программы "КА8ТКА№') и определяется форма зазора между блоком цилиндров и распределителем. Рассчи-

тывается поток жидкости в зазоре. Далее анализируется эпюра давления, отжимающая распределитель от блока цилиндров, рассчитывается результирующий прижим блока к распределителю, и по результатам анализа корректируется конструкция.

На основе разработанных моделей проведено модельное исследование гидромашины с ходовой частью типа "2АиЕ11" и рабочим объемом V—112см*/об. Установлено, что деформация распределителя при изменении давления с 2МПа до 45МПа существенно изменяет баланс прижимающих и отжимающих сил (в отдельных случаях с 3 % до 30%), что не учитывалось использовавшимися ранее методиками.

Разработанные во 2-й главе модели потоков жидкости позволяют совершенствовать имеющиеся и разрабатывать новые методики расчетов элементов гидроприводов.

В третьей главе разработаны математические и имитационные модели гидроаппаратов. Основное внимание уделено разработке обобщенных структурных схем (модельных шаблонов) гидроаппаратов. Имитационные модели формируются как многослойные структуры с большим количеством последовательных вложений, что обеспечивает и автоматизацию технологии формирования модели, и одновременно позволяет выполнять моделирование устройств с любой степенью подробности. В главе разработан комплекс методик моделирования гидроаппаратов и проиллюстрированы его возможности для автоматизированного анализа и синтеза гидроаппаратов.

В разделе 3.1 приведены общие моменты моделирования гидроаппаратов любых типов: на основе энергетического подхода выделены базовые гидроэлементы, не разложимые на более простые: из моделей базовых элементов формируется гидравлическая часть модели любого гидроустройства. Базовых моделей три типа: гидроемкости, гидроиндуктивности и гидросопротивления. К базовым элементам отнесены, как это принято в гидравлике, свойства рабочих жидкостей: упругость, плотность и вязкость.

Гидроемкость характеризуется параметром - СГ=!7Е(Р), в который входят объем камеры - Ги функция объемного модуля упругости жидкости в зависимости от давления - Е=Е(Р). Расход сжатия жидкости в камере свяЛ ¥ & тт зан с давлением зависимостью - Ц^ - ————. Причем реальная жидкость рассматривается как механическая смесь жидкости и воздуха. Соответствующая структурная схема гидроемкости имеет вид:

Рис. 6. Структурная схема модели щдроемкосги

Многочисленные исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, показали корректность использования этой модели.

В разделе рассмотрены модели дросселей различного типа (клапанных, золотниковых, типа "сопло-заслонка", дроссельной шайбы и др.) на основе известных математических моделей вида:

Разработаны модели высокой степени подробности, в них учитываются: перекрытия -е, зазоры - 8, форма кромок и врезок, число Рейнольдса - Яв и др. (рис. 7), что позволяет реализовать для целей моделировании результаты практически любых известных исследований дросселей и тем повысить точность расчетов.

Рйс.7. Укрупненная структурная схема модели золотникового дросселя

В разделе также рассмотрена методика проектирования дроссельных устройств на примере пропорционального распределителя манипулятора лесной машины с синтезом требуемой расходной характеристики

В разделе 3.2 разработаны имитационные модели основных типов распределителей Модели формируются в соответствии с гидравлической схемой распределителя из моделей дросселей и моделей междроссельных объемов. Наибольшее распространение имеют 2-х и 4-х дроссельные распределители На рис. 8,а приведена модель 2-х дроссельного распределителя в варианте гидропотенциометра "сопло-заслонка" и модельная характеристика потенциометра Р=Р(х), а на рис. 8,6 приведена модель 4-х дроссельного золотникового распределителя, состоящая из двух моделей 2-х дроссельных распределителей Приведены характеристики расходная (0=^) (х), в двух вариантах, с отрицательным и с положительным перекрытиями) и перепадная -Р=Р(х) Аналогично формируются модели любой схемы и конструкции

Рис 8 Укрупненные модели распределителей и типовые модельные характеристики

Методики моделирования и модельные исследования конкретных распределителей разработаны на примере пропорционального электрогидравлического распределителя ДУ-6 и манипуляторного, пропорционального распределителя ДУ-16 с открытым центром (производства ОАО "СКБ ПА" г. Ковров). Приведена методика использования моделей для синтеза распределителей с требуемыми статическими и динамическими характеристиками.

В разделе 3.3 и 3.4 на. основе анализа конструктивных схем основных типов напорных и поточных клапанов разработаны их модельные шаблоны. Шаблоны разработаны выделением базовых гидравлических элементов-блоков: объемов- V, дросселей - Д механических частей -Ми их взаимосвязей.

Разработанные шаблоны основных типов гидроаппаратов представлены в виде укрупненных структурных схем на рис 9.

При моделировании конкретных конструкций шаблоны дополняются расчетными блоками, отражающими специфику устройства Например, характеристикой, отражающей форму конкретного затвора и его взаимодействие с потоком жидкости Методики моделирования и модельных исследований конкретных клапанов рассмотрены в разделе применительно к разработкам предприятия ОАО "СКВ ПА", г Ковров

На рис 10 представлены примеры модельных характеристик клапанов а - статическая и переходная характеристики редукционного клапана, б -переходные - предохранительного клапана непрямого действия {Р\,Ръ ЛРщ, давления клапана основного, управления и потери давления на дросселе), в -

В разделе 3.5 рассмотрена методика использования имитационных моделей для анализа и синтеза гидроустройств, а также методика идентификации моделей. Возможности совместного использования в цикле автоматизированного проектирования элементов гидропривода разработанных моделей гидроустройств и формализованных методик анализа и синтеза проиллюстрированы на примере анализа и синтеза клапана.

Суть методики состоит в следующем: на основе модельного шаблона исследуемого гидроаппарата разрабатывается схема модельного эксперимента, в котором в процессе моделирования сравниваются экспериментальная или желаемая и модельная характеристики исследуемого аппарата. При этом отрицательная обратная связь автоматически минимизирует расхождение между этими характеристиками за счет автоматического формирования параметра, вид которого заранее не известен.

Схема модельного исследования коэффициента сил на основе экспериментальной расходно-перепадной характеристики клапана приведена на рис. 11.

Рис. 11. Схема модельного исследования коэффициента сил

Коэффициент сил Х¥—Р/'(Р-/) - это сила, действующая со стороны жидкости на затвор клапана, отнесенная к условной силе, равной давлению на входе в клапан, умноженному на площадь клапана, по которой действует давление (точнее, проекцию площади клапана на плоскость, перпендикулярную оси затвора клапана).

Методика анализа характеристик клапана реализована в виде имитационной модели клапана и состоит в автоматическом сравнении экспериментальной статической расходно-перепадной характеристики клапана, также введенной в структурную схему, с расчетной характеристикой клапана, получаемой в процессе модельного эксперимента. При этом в модели отклонение - расчетного давления клапана от экспериментального минимизируется с любой, наперед заданной, точностью выбором коэффициента К. Ко-

эффициент сил формируется моделью как выражение для коэффициента сил: и учитывается в цепи обратной связи.

Результатом анализа является коэффициент сил для данной формы затвора клапана: в процессе моделирования при линейном изменении входного расхода от нулевого до максимального, вычисляется параметрическая функция зависимости коэффициента сил от относительной величины зазора. Вычисляется также сила действия потока жидкости на затвор клапана. Полученный таким образом коэффициент является, по существу, экспериментальным. При его введении в исходную модель клапана можно проводить различные модельные эксперименты, изменяя конструктивные и режимные параметры гидроаппарата. Сравнение (для сформированных таким образом моделей) результатов модельных исследований с экспериментальными данными показало их практически полное совпадение.

С использованием той же схемы выполняется и синтез гидроаппарата. В этом случае вместо экспериментальной характеристики гидроаппарата вводится желаемая, и в результате модельного эксперимента синтезируется требуемая характеристика коэффициента сил, что по базе данных позволяет выбрать в автоматизированном или ручном режиме соответствующий затвор клапана.

Идентификация модели клапана с использованием схемы (рис. 11) состоит также в сравнении расчетной и экспериментальной характеристики, при этом определяется и качество модели, и при необходимости, по сформулированному критерию, проводится параметрическая оптимизация модели.

Приведенная выше методика широко использовалась в работе для идентификации разработанных имитационных моделей. Эти методики применимы для любых гидроустройств. При этом формируется схема, аналогичная приведенной на рис.11, но на базе имитационной модели соответствующего исследуемого или проектируемого устройства. В схему вводятся формализованные процедуры анализа или синтеза, оперирующие параметрами основной модели, и проводится моделирование.

В четвертой главе на основе теории гидромашин и разработанных в данной диссертации подходов сформированы математические и имитационные модели гидромашин, разработаны обобщенные структурные схемы гидромашин, методики их моделирования и модельных исследований.

Вразделах 4.1 и 4.2, в соответствии с теорией гидромашин и концепцией моделирования (гл. 1), разработана модель обобщенной гидромашины и на ее базе система имитационных моделей гидромашин.

Обобщенная гидромашина включает элементы, общие для всех гидромашин: вытеснитель с механизмом передачи движения вытеснителю, рабочую камеру и узел распределения потока жидкости. Соответственно, и

имитационные модели гидромашин включают модели этих элементов. Основа классификации гидромашин и их моделей - относительное движение элементов. К гидромашинам первой группы относим гидромашины с неподвижной камерой и неподвижным распределителем, гидромашины второй группы имеют подвижную камеру, а третьей группы - имеют и подвижную камеру, и распределитель. Многообразие моделей гидромашин определяется различной комбинацией моделей камер, распределителя и кинематических зависимостей, определяющих закон относительного движения вытеснителя и распределителя. Классификация моделей соответствует классификации гидромашин (рис. 12).

Кроме того, модели гидромашин, как и аппаратов, разделены на модели "экспериментальные" (функциональные) и "теоретические" или модели первого и второго уровня. Модели второго уровня разделены на базовые и производные.

Рис 12. Классификация гидромашин и их имитационных моделей

В разделе 4.3 разработано математическое описание гидромашины и ее имитационная модель первого уровня, в который учитывается изменение плотности рабочей жидкости при ее переходе через гидромашину. Уравнение неразрывности потока учитывает расходы в форме, эквивалентной массовым расходам, что и позволяет укрупнено имитировать процесс переноса жидкости из одной гидролинии привода в другую через машину. Этим подача гидромашины на стороне напора ставится в зависимость от расхода на всасывании и наоборот:

где: Q - расход, £2 - характерный размер гидромашины, г - ее параметр регулирования, - скорость вращения вала гидромашины, - плотность рабочей жидкости, - логическая функция, определяющая характер гидролинии: всасывания или нагнетания, 1 и 2 - индексы параметров, относящиеся к зонам первой и второй гидролинии. Гидравлические модели гидромашин первого уровня компактны, удобны в использовании, быстродей-ствуюгцие, гидравлическая часть модели дополняется механической, вида: М-П-г -Р2)» (М - момент нагрузки на валу гидромашины), просто реализуется любая степень обратимости.

В разделе 4.4 рассмотрена методика имитационного моделирования гидропередач, гидроприводов и гидросистем с использованием моделей гидромашин первого уровня. Гидроприводы включают, кроме моделей гидромашин, модели гидролиний, клапанов, системы подпитки, управления и т.д. Модели гидролиний являются сложными: к гидролинии в общем случае относят ее объем, инерционность потока жидкости и гидравлическое сопротивление, а также, в случае моделирования протяженных трубопроводов, постоянную времени чистого запаздывания передачи импульса.

На рис. 13 приведен пример модели гидропередачи и ее характеристик. Как видно из графиков, система подпитки гидропередачи в приведенном примере не обеспечивает нормального функционирования этой гидропередачи: в гидролиниях возникает разрыв потока жидкости (механической смеси жидкости, воздуха и паров), о чем свидетельствуют колебания плотности и снижен-

\ Рг )

ные обороты гидромотора. Разработанная в главе модель гидромашины имитирует функционирование передачи как в рабочих, так и в пограничных, и в нерабочих режимах. Это и позволяет корректно выполнять модельные, исследования в процессе проектирования. Вместо/(вместе с) моделей 1- уровня в моделях гидросистем могут быть использованы и модели 2- уровня,

В разделе 4.5 рассматриваются базовые модели гидромашин второго уровня. Важнейшим результатом моделирования здесь является определение функции давления в каждой отдельной поршневой камере, отображаемой индикаторной диаграммой (зависимостью давления от времени или от положения поршня).

И- ^ ЕИНН£

|5Е-5

|1ЁС [»--»

Р

01

02

—ад —ИЗ

Наоос

+|0н Ом Р Рполп

Гиарвлини» 1

Он

Оп Р

Рлоол

Гидролинмя2

I»

¡8Е-3 [-»

й

н

01

•

ч Щ

м

п

Гидрототор

*в

В+-

г*В

М и

Нагрузка

. ....

ты.г

0 2 4 6 в 10 О), 1/с ----------- ------ .... __________

10 (, с

Рис. 13. Модегш гидропередачи и ее характеристики (ошсюш^^ ксхливодаойизщдролиний-р(0 и угловая скорость гадромотора- ю(У)всинус-ном режиме управления при назначительном (а) и значительном (б)дефиците под-

питки

От характера этого давления зависят, в конечном счете, все основные характеристики гидромашины: подача насоса (расход мотора), пульсация подачи, объемный к.п.д. гидромашины, нагрузки на механизме управления насоса, другие нагрузки, акустические характеристики, и др. Разработанная структура модели для одной поршневой камеры представлена на рис, 14.

Рис. 14. Укрупненная структурная схема базовой модели "поршневая камера"

Эта структура имеет обобщенный характер и откосится к гидромашинам всех схем. Но так как по комлексу характеристик наилучшими в настоящее время являются гидромашины аксиально-поршневой схемы, то конкретное моделирование, в рамках диссертационной работы, выполнялось именно для этих машин.

Все блоки структурной схемы формируются на основе выше рассмотренных базовых элементов: блок расчета площади окон распределителей входит в модель дросселей, которые вместе с объемом образуют поршневую камеру. Текущее значение объема и поршневая подача жидкости определяются кинематикой гидромашины. В работе для аксиально-поршневой гидромашины приведены все ссютветствующие уравнения, а также полученные нами уточненные зависимости перемещения - х и скорости - V поршня, которые имеют вид:

где: а - угловая координата поршня, у - угол наклона органа регулирования подачи насоса, (3 - угол наклона органа регулирования подачи насоса в плоскости ортогональной плоскости угла у, Я - радиус разноски поршней.

Модель совершенствовалась в процессе многочисленных модельных исследований гидро машин с ходовой частью типа ТаиеГ Возможности разработанной модели иллюстрируют расчетная индикаторная диаграмма аксиально-поршневого насоса с рабочим объемом Г=112см3/об -рис \5,а и подача поршня в напорную линию - рис 15,6 Эти расчеты выполнены с использованием базовой модели Для расчета производных от индикаторной диаграммы характеристик базовую модель дополняют необходимыми расчетными блоками Так выполнено исследование перемещения гидростатической опоры поршня относительно наклонного диска (рис 15,в), исследование мгновенных значений момента сил на органе регулирования подачи насоса от сил давления в поршневой камере (рис 15,г), и др При этом рассчитанные в дополнительных расчетных блоках параметры включались, где это необходимо, в замкнутый контур расчетов Например, учет перемещения поршня с гидростатической опоры относительно наклонного диска влияет на вид индикаторной диаграммы, индикаторная диаграмма - на динамику поршня и т д.

Рис 15 Графики модельных характеристик отдельной поршневой камеры насоса базовая - "а", "б" и производная -"в", V модели (насос с У= 80 скг/об)

В разделе 4.6 на основе модели поршневой камеры разработаны подробные второго уровня модели гидромашины, объединяющие модели всех поршневых камер машины в соответствии с уравнениями:

где Qt - подача одного поршня, индексы 1 и 2 относятся к гидролиниям гидромашины.

Разработанные модели позволяют установить количественные соотношения между внешними, для гидромашины, параметрами и параметрами индикаторной диаграммы - с одной стороны. Параметрами индикаторной диаграммы и конструктивными параметрами гидромашины - с другой стороны.

Выполнены исследования с применением моделей гидромашин: важнейшие характеристики гидронасоса (с ходовой частью типа "/аиег"), рассчитанные с использованием разработанной модели второго уровня, приведены на рис. 16.

Модельная методика важнейшего типового исследования - исследования нагрузок ни органе регулирования подачи насоса - также изложена применительно к насосу с ходовой частью типа "/аиег", а также к насосу с ходовой часть типа "Бетзоп".

Выполненные модельные исследования индикаторных диаграмм позволили объяснить основную гармонику колебаний давления на "верхнем" участке диаграммы (рис. 16). Здесь, кроме заброса давления из-за особенностей рабочего процесса в камере (перекрытий окон распределителя и блока цилиндров и образования в отдельные моменты времени "замкнутого" пространства камер гидромашины и др.), на колебаниях отражается пульсация подачи гидронасоса и мотора в целом. Т.е. имеет место взаимовлияние рабочих процессов в поршневых камерах при их объединении в одной области давления. Отражается также характер нагрузки привода и др. На основе модельных исследований индикаторных диаграмм разработаны конструкции торцевых распределителей этих гидромашин. В частности определены форма, размеры и положения дополнительных дросселирующих прорезей на перемычках распределителя, которые обеспечивают снижение забросов давления в камере, что повышает работоспособность насоса. При этом обеспечиваются приемлемые значения нагрузок на органе регулирова-

ния насоса, требуемый объемный к п.д гидромашины, снижается уровень шума.

Рис 16 Характеристики, рассчитанные с использованием полной модели гидронасоса: подача насоса- 0Н, индикаторная диаграмма- Рид н, график миграции — У-7(Х) центра давления, оказываемого поршневой группой на элементы насоса, пример результатов постпроцессорной обработки результатов исследований моментов -Мцд(Р,в)) на органе регулирования насоса

В разделе 4.7 приведены методики для подробного моделирования и модельных исследований гидросистем в целом. Методики построены на использовании разработанной в диссертационной работе системе моделей

Возможности разработанной системы проиллюстрированы на примере модельных исследований функционирования рулевых агрегатов РА-80, РА-100, РА-125 и РА-160, устанавливаемых в гидроприводах рулевого управления тракторов ВТЗ, МТЗ и др., и на примере исследований гидропривода платформы экскаватора. На рис. 17 приведена принципиальная схема, а на рис. 18 имитационная модель для анализа и синтеза гидропривода платформы экскаватора. При этом энергетические характеристики моделируются и анализируются как производные основных характеристик в дополнительном "блоке расчета энергетических характеристик". В блоке "обратная связь" по заданным критериям формируется модель корректирующей цепочки. Аналогичными блоками для автоматизации проектирования вводятся в модель и любые другие формализованные процедуры анализа и синтеза гидропривода.

Рис. 17. Принципиальная схема гидропривода платформы экскаватора

Рис. 18. Структурная схема имитационной модели привода платформы экскаватора

Основные результаты и выводы по работе.

В заключении работы акцентировано внимание на полученные в процессе выполнения модельных исследований (с помощью разработанной системы моделей) объяснения ряда фактов, изложенных в технической литературе, а также на выявленных эффектах. Сделаны выводы, соотнесены поставленные в работе задачи с полученным результатом. Отмечается, что на протяжении всего процесса разработки системы моделирования для автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода результаты моделирования сравнивались с результатами экспериментальных исследований.

В работе на основе анализа состояния дел в области проектирования отечественной машиностроительной гидравлики выявлена актуальность разработки, на базе современных программных средств, комплекса моделей и методов для автоматизированного проектирования элементов гидропривода. Проанализированы основные научные труды по машиностроительной гидравлике и по САПР гидроустройств, определен круг задач для их решения

средствами системы моделирования и разработана концепция комплекса моделей.

Общие положения разработанной системы базируются на представлении о современном предприятии как об информационной системе, входящей, в свою очередь, в более общее информационное пространство. Такое представление, имеющее в своей основе экономический критерий эффективности производства, позволило принять решение об опоре, при разработке системы моделей элементов гидропривода, на коммерческие программные продукты САПР, предлагаемые рынком.

В результате выполнения работы сформирована система моделирования, представляющая собой методологию, компьютерную среду и систему моделей, предназначенную в едином ключе на системной основе и комплексно использовать моделирование устройств и систем машиностроительной гидравлики для их автоматизированного проектирования. Комплекс включает программы САПР для 3-х мерного твердотельного моделирования, гидродинамического моделирования потоков, моделирования напряженно-деформированного состояния нагруженных элементов гидроустройств и программу для имитационного моделирования.

В диссертационной работе, на базе теории гидравлики и гидропривода, с учетом принципов САПР, моделирования, с использованием методов теории автоматического управления - разработана система имитационного моделирования потока жидкости, гидроаппаратов, гидромашин и гидросистем. Имитационное моделирование опирается на результаты трехмерного моделирования как на эквивалент эксперимента. Система имитационного моделирования основывается на базовых элементах, включает библиотеку авторских имитационных моделей гидроэлементов, машин и приводов, а также библиотеку методик для расчетов гидроустройств и систем. Результаты моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями.

В рамках диссертации реализован метод модельной идентификации имитационных моделей гидроустройств,

Разработанные методы и модели автоматизированного проектирования элементов гидропривода позволяют унифицировать и автоматизировать процедуру проектирования, сократить сроки и повысить качество проектирования. Это обеспечивается и базовыми модельными элементами, и модельными шаблонами основных видов гидроаппаратов и гидромашин. С использованием этих элементов разработаны модели конкретных гидроустройств, выпускаемых предприятиями ОАО "СКБ ПА" и ОАО "КЭМЗ" (г.

Ковров), и выполнены актуальные модельные исследования клапанов, распределителей, гидромашин и гидроприводов.

Концепция разработанного комплекса позволяет, на наш взгляд, развивать его и в плане разработки моделей новых устройств, учета новых процессов (например, электромагнитодинамических), в плане расширения круга математических моделей (например, включить вероятностные модели) и в плане развития модельных методик исследования и проектирования гидроустройств и гидросистем. Комплекс аккумулирует и сохраняет опыт проектирования предприятия.

Разработанные модели и методы автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода внедрены на предприятиях ОАО "СКВ ПА" и ОАО НКЭМЗИ г. Коврова: результаты исследований по теме диссертационной работ использованы при создании гидроаппаратов, гидромашин и приводов. Разработанные методики используются в учебном процессе кафедры ГПА и ГП Ковровской государственной технологической академии. Материалы по методам автоматизированного анализа и синтеза элементов гидропривода переданы на ряд отечественных предприятий.

Работа позволяет дополнить существующие комплексы и программы проектирования устройств машиностроительной гидравлики.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Даршт Я.А. Расчетный комплекс машиностроительной гидравлики: Монография. - Ковров: КГТА, 2003. - 412с.

2. Даршт Я.А. Гидравлическая система объемного регулирования// А.с. №1174596. 1985г. Бюллетень №31.

3. Дарит Я.А. Аксиально-поршневая гидромашина // Полезная модель. Свидетельство №7150,1998г. Бюллетень № 7,1998, заявка № 97104824.

4. Даршт Я.А. Учет газосодержания при имитационном моделировании гидроустройств // Приводная техника. - 2004. №4 - С.58-61.

5. Даршт Я.А. Имитационные модели гидропередач // Вестник машиностроения. - 2004. №5 - С.13-16.

6. Даршт Я.А. Расчет энергетических характеристик гидропривода платформы экскаватора // Вестник машиностроения.-!ЛА. №6 - С. 17-20.

7. Даршт Я.А. Исследования характеристик малогабаритных обратно-предохранительных клапанов непрямого действия //Вестник машиностроения -2004. № 4 - С. 13-15.

8. Даршт Я.Я., Холкин И.Н,. Пузанов А.В. Исследования гидростатических опор плунжеров высоконагруженных аксиально-поршневых гидромашин И Автоматизация технологических процессов. - 2004. № 3 - С.7-13.

9. Даршт Я.А., Куванов К.Е. Моделирование гидравлических характеристик пропорциональных распределителей // Тракторы и с/х машины. -2004. №9.

10. Даршт Я.А. Пропорциональный распределитель манипулятора // Тракторы и с/х машины. - 2004. №6 - С.39-41.

11. Даршт Я.А., Помелов И.Е. Предохранительные клапаны гидроприводов мобильных машин // Тракторы и с/х машины. - 2004. №2 - С.20-21.

12. Даршт Я.А. Система имитационных моделей гидромашин //Приводная техника. - 2003. № 4- С.56-60 .

13. Даршт Я.А. Имитационное моделирование рулевого управления колесным трактором // Тракторы и с/х машины. - 2003. №9 - С18-21.

14. Даршт Я.А., Пузанов А.В., Холкин И.Н. Комплекс моделирования гидромашин и гидросистем // САПР и Графика. - 2003. № 6 - С. 5 8-61.

15. Даршт Я.А. Расчетный комплекс машиностроительной гидравлики // Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании: Сборник докладов Российской научно-технической конференции. Ковров: КГТА, 2002. - С.109-111.

16. Даршт Я.А. Предприятие как информационная система - общий подход // Автоматизация технической подготовки машиностроительных предприятий: опыт создания и внедрения комплексных систем: Сборник докладов I Всероссийского научно-практического семинара. - Ковров: КГТА, 2001.-С.99-101.

17. Даршт Я.А. Моделирование энергетических характеристик гидроприводов: Сборник научных трудов КГТА. - Ковров: КГТА, 2000. - С.65-76.

18. Даршт Я.А., Холкин. И.Н., Компьютерное моделирование гидромеханических процессов при автоматизированном проектировании машиностроительной гидравлики // 'Автоматизация технической ПОДГОТОВКИ машиностроительных предприятий опыт создания и внедрения комплексных систем: Сборник докладов I Всероссийского научно-практического семинара. 20-21 марта 2001 года. Ковров: КЭМЗ, 2001. - С. 103-109.

19. Даршт Я.А., Пузанов А.В., Кузнецова Н.Г. Методика расчета контактного взаимодействия пар трения аксиально-поршневой гидромашаны с учетом несовершенства формы контактируемой поверхности и характера

взаимодействия: Сборник научных трудов КГТА. - Ковров: КГТА, 2000. -С.122-132.

20. Дарит Я.А., Куванов К.К, Пузанов А.В., Холкин И.Н. F1OW-3D в проектировании машиностроительной гидравлики // САПР и Графика. -2000.~№7-С.50-55.

21. Даршт Я.А., Холкин И.Н., Куванов КЕ. Моделирование потоков рабочей жидкости в каналах гидроаппаратов //Приводная техника. - 1999. -№ 9- С.34-39.

22. Даршт Я.А., Холкин И.Н., Пузанов А.В. Расчет устройств гидроавтоматики: Сборник научных трудов КГТА - Ковров: КГТА, 1998. - С. 146-153.

23. Даршт Я.А., Смирнов АЛ. О снижении шума гидромашин // Системы управления: конверсия, проблемы: Материалы научно-технической конференции. - Ковров: КГТА, 1996. - С.88-90.

24. Даршт Я.А. Схема питания механизма управления // Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу: Материалы ХУ1 научно-техническая и научно-методическая конференции. - Ковров: КТИ, 1993. - С.119-120.

25. Даршт Я.А. Гидропривод манипулятора // Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу: Материалы ХУ научной конференции. - Ковров: КТИ. - 1992. - С.49-50.

26. Даршт Я.А Математическая модель объемного гидропривода // Разработка и применение перспективных приборов для измерения угловых скоростей и ускорений: Материалы респуб. семинара. - Ковров: НТЦ «Информатика», 1991.-С.47-49.

27. Даршт Я.А. Расчетные характеристики механизма управления с питанием от управляемого им насоса // Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Сб. статей. -М.: Машиностроение, 1986. - Вып. 12. -С. 115-120.

28. Даршт Я.А., Гурвич Я.Ф., Калинин СБ., Хорохорин Б.А. Исследование переходных процессов механизма управления, питающегося от управляемого им насоса // Известия вузов. Машиностроение. - 1985. - № 10. -С.82-85.

29. Дарит Я.А., Косорукова О.В., СысоевВ.В., Голубев С.Г. Влияние нагрузки гидропривода на регулировочную характеристику механизма управления // Известия вузов. Машиностроение. - 1982. - № 6- С. 138-139.

30.

Терехов Н.Ф,, Даршт Я.А., Круглое В.Ю. Расчет подачи

при перемещающемся регулирующем органе // Известия вузов. Машиностроение. - 1979. - № 8 - С.52-55.

31. Даршт Я.А., Косорукова О.В. Расчет динамических характеристик гидроприводов и их элементов на ЭВМ: Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию. - Ковров: КТИ, 1994. - 36с.

32. Даршт Я.А., Пузанов А.В., Холкин И.Н. Методики расчета клапанов: Учебное пособие. - Ковров: КГТА, 1998. - 52с.

33. Даршт Я.А. Имитационные модели гидроаппаратов // Международная научно-техническая конференция. "Гидромашиностроение. Настоящее и будущее": Тезисы докладов. - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - С. 28-29.

34. Даршт Я.А. Имитационные модели гидроаппаратов II Автоматизация технологических процессов. - 2005. - № 3.

Изд. лиц. № 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 27.05.2005 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая № 1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл.-псч. л. 2,56. Уч.-изд.л. 2,53. Тираж 100 экз. Заказ М> 482.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ««Ковровская государственная технологическая академия» 601910, Ковров, ул Маяковского, 19

1638

Перечень основных обозначений, индексов, сокращений.

Введение.

Глава 1. Концепция системы моделирования элементов гидро привода.

1.1. Задачи машиностроительной гидравлики и программные комплексы для их решения. Обзор и анализ литературных источников.

1.1.1. Аналитический обзор задач машиностроительной гидравлики.

1.1.2. Обзор программных комплексов для решения задач машиностроительной гидравлики.

1.2. Концептуальная основа комплекса для моделирования и расчетов элементов гидропривода.

1.3. Основные элементы комплекса.

1.3.1. Общая структура комплекса.

1.3.2. Система моделей, методик, библиотека моделей.

1.3.3. Компьютерные программы комплекса.

1.3.4. Концепция имитационного моделирования комплекса.

1.4. Структура комплекс моделей гидроаппаратов и структура комплекса моделей гидромашин.

1.4.1. Структура комплекса моделей гидроаппаратов.

1.4.2. Комплекса моделей гидромашин и гидроприводов. Последовательность автоматизированного проектирования.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Моделирование потоков жидкости в каналах гидроаппаратов и гидромашин.

2.1. 3-х мерное моделирование потоков жидкости в каналах гидроаппаратов.

2.2. Методика расчета базовых значений гидравлических коэффициентов.

2.3. Одномерная модель потока и методика расчета серий коэффициентов расходов и сил с использованием одномерной модели потока.

2.3.1. Основные положения одномерного моделирования потока жидкости.

2.3.2. Укрупненная структурная схема модели потока для расчета эпюры давления жидкости,действующей на затвор гидроаппарата.

2.3.3. Дополнение (подробная структурная схема модели потока жидкости).

2.3.4. Модель коэффициента расхода.

2.3.5. Модельные исследования характеристик клапана с использованием одно координатной модели потока.

2.3.6. Сравнение результатов эксперимента и расчетов.

2.4. Моделирование потоков жидкости в зазорах гидромашин.

2.4.1. ЗБ-модель потока в зазоре распределитель — блок цилиндров.

2.4.2. Одномерная модель потока в зазоре распределитель — блок цилиндров.

2.4.3. Модельные исследования гидростатической силы в паре распределитель — блок цилиндров.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Система имитационных моделей гидроаппаратов.

3.1. Имитационные модели элементарных устройств.

3.1.1. Шаблоны имитационных моделей элементарных устройств. а) Шаблоны моделей гидроемкостей (гидролиния, гидрообъемы). б) Шаблоны моделей гидроиндуктивностей. б) Шаблоны моделей дроссельных устройств.

- Дроссель типа дроссельная шайба.

-Дроссели конусного и шарикогвого типа.

- Дроссель золотникового типа.

- Квадратичный дроссель типа «сопло-заслонка».

3.1.2. Модельные исследования дроссельного устройства: расчет характеристики пропорционального распределителя РСП.80.16.

3.2. Имитационные модели распределителей и модельные исследования.

3.2.1. Шаблоны моделей распределителей. а) Гидропотенциометры и сервоусилители. б) Золотниковые распределители.

3.2.2. Модельные исследования распределителей. а) Модельные исследования пропорционального электрогидравлического распределителя «ДУ-6». б) Модельные исследования распределителя «ДУ-16» с открытым центром.

3.3. Имитационные модели и модельные исследования напорных клапанов.

3.3.1. Шаблоны имитационных моделей напорных клапанов. а) Клапан нормально-закрытый прямого действия. б) Клапан нормально-открытый прямого действия. в) Клапаны непрямого действия.

3.3.2. Модельные исследования напорных клапанов.

3.4. Имитационные модели поточных клапанов.

3.4.1. Шаблоны имитационных моделей поточных клапанов. а) Регулятор потока. б) Делитель потока дроссельного типа.

3.5. Идентификация моделей. а) Общий подход. б) Пример идентификации имитационной модели клапана. Моделирование характеристики коэффициента сил.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Система имитационных моделей гидромашин, гидропередач и гидроприводов.

4.1. Обобщенная модель гидромашины.

4.1.1. Принцип действия гидромашин.

4.1.2. Классификация гидромашин.

4.2. Обоснование системы моделей гидромашин.

4.3. Модели гидромашин первого уровня.

4.3.1. Общая характеристика моделей гидромашин.

4.3.2. Уравнения,описывающие гидромашину.

4.3.3. Структурные схемы моделей гидромашин первого уровня.

4.4. Модели гидропередач первого уровня.

4.4.1. Примеры гидропередач.

4.4.2. О модельных исследованиях гидромашин, гидропередач, гидроприводов.

4.5. Модели рабочего процесса в поршневой камере гидромашины.

4.5.1. Базовая модель рабочего процесса в поршневой камере насоса — модель «индикаторная диаграмма».

4.5.2. Производная модель рабочего процесса в поршневой камере насоса - модель «поршень».

4.6. Имитационная модель гидромашины. Второй уровень.

4.6.1. Базовая имитационная модель гидромашины.

4.6.2. Модельные исследования мгновенных значений параметров рабочего процесса гидромашин.

4.6.2. Исследования нагрузок на органе регулирования подачи насосов от сил давления жидкости в поршневых камерах насоса.

4.7. Модельные исследования гидроприводов. а) Модельные исследования гидропривода рулевого управления транспортным средством. б) Расчет энергетических характеристик гидропривода платформы экскаватора.

Выводы к главе 4.

Гидравлические системы являются неотъемлемым элементом высокоэффективной техники из-за их большой удельной мощности, высокого быстродействия, малых габаритов, экономичности и сочетаемости с микропроцессорной техникой управления.

В силу этого предприятия, производящие машиностроительную гидравлику, успешно развиваются. Это относится как к западным фирмам, так и к отечественным. Отечественные производители машиностроительной гидравлики, развиваясь, сохраняют свою устойчивость на рынке и производят конкурентоспособную продукцию.

На предприятиях на современной компьютерной базе и программном обеспечении формируются информационные среды и создаются системы автоматизированного проектирования, соответствующие международным стандартам. Как отмечается в работе [1]: «.Уже в настоящее время важнейшей составной частью программных комплексов предприятий является комплексная система автоматизированной обработки технических документов, включающая в себя подсистему управления документами (электронный архив); подсистему управления данными о проектах /изделиях (состав изделий) и подсистему маршрутизации документов и работ. Введение программных продуктов и аппаратных средств в технологию проектирования позволяет сформировать базы данных ограничительных перечней: материалов, стандартных изделий, покупных изделий, унифицированных изделий.».

С целью обеспечения высокого качества работ на предприятиях, производящих машиностроительную гидравлику, создаются комплексы CAD/CAM/CAE/PDM для автоматизации этих предприятий. Моделирование осуществляется на основе апробированных коммерческих программных продуктов.

При разработке конструкторской документации применяются уникальные программы, такие, например, как FLOW-3D, которая позволяет анализировать гидравлические и гидродинамические процессы, программы NASTRAN, ANSYS, MARC и др., для анализа кинематики и динамики механических устройств. Выполняется прочностной анализ в процессе трехмерного моделирования, решаются задачи расчета износа, расчета ресурса, надежности и др. Применяются другие компьютерные программы.

Используются сетевые версии программного продукта типа «MATLAB» в качестве универсальной программы для программирования, расчетов и имитационного моделирования и, как обязательный элемент современной среды, проектирования. В частности, для анализа энергетических, динамических, статических и др. характеристик - как отдельных элементов, так и систем в целом. Выполняются расчеты по динамическому моделированию функционирования элементов и систем.

Программный комплекс дополняется экспериментальным элементом. Комплекс включает универсальные стенды для исследований рабочего процесса гидромашин, в частности, для исследования их энергетических, динамических и статических характеристик, стенды для исследований типовых компонентов приводов и для исследования структур потоков рабочей жидкости, а также специальные стенды для исследований и испытаний гидроустройств, гидромашин, гидропередач, приводов и систем. Проводятся работы по совершенствованию и оснащению лабораторного научно-производственного комплекса современными средствами управления и компьютерными системами сбора, регистрации и обработки экспериментальной информации. Лабораторный научно-производственный комплекс вместе с конструкторским комплексом составляет основу современной системы проектирования и позволяет проводить работы по созданию современной, конкурентоспособной машиностроительной гидравлики.

Использование современного, конструкторского и исследовательского комплекса позволяет достигать качественного проектирования.

Но для дальнейшего повышения качества машиностроительной гидравлики необходимо решение еще ряда задач.

В области проектирования машиностроительной гидравлики такой задачей является разработка комплекса для расчетов элементов гидропривода на основе современных программных средств. Необходим такой комплекс, который позволил бы в едином ключе, на системной основе, использовать методологические достижения гидравлических наук для проектирования устройств и систем машиностроительной гидравлики, накапливать в упорядоченной форме собственный опыт предприятия и обеспечивать модельное сопровождение жизненного цикла продукции. Анализ информации по этому вопросу позволяет заключить, что такой комплекс для российских предприятий до настоящего времени еще не создан и данная задача, на сегодняшний день, является актуальной:

Необходимо иметь современные методики расчета и создания математических моделей гидравлических приборов, машин, систем и их составных частей» [1]. Конечная цель этих методик в обеспечении высокого качества проектных работ, в значительном сокращении сроков проектирования и испытаний гидросистем, в уменьшении стоимости их разработки и испытаний.

На наличие этой проблемы указывается и в книге близкой по тематике к нашей работе: Казмиренко В.Ф. "Электрогидравлические мехатронные модули движения: Основы теории и системное проектирование." Учебное пособие. - М.: Радио и связь, 2001, 432 с. [121]. Автор, характеризуя свою работу, пишет: ".Книга представляет собой одну из первых попыток на современном уровне изложить основы теории и методы системного проектирования широкого класса электрогидравлических следящих приводов, как мехатронных модулей. Учебники данной направленности раннее не издавались, монографии близкого содержания за последние 10 лет также не издавались."

Однако общие основы для автоматизации проектирования в настоящее время уже созданы, в частности, в работах Н. П. Норенкова. Этот уровень предполагает ориентацию на современную компьютерную технику, программное обеспечение, технологии [1, 2, 3, 4].

Цель работы теоретическое обоснование и разработка комплекса моделирования для проектного анализа и синтеза элементов гидропривода, комплекса, представляющего собой методологию, систему моделей и компьютерную среду. Комплекса, предназначенного в едином ключе, на системной основе и комплексно выполнять расчеты элементов гидропривода в процессе их проектирования, а также для исследований их функционирования в различных системах и условиях.

В процессе достижения цели решены следующие задачи:

• Выполнен анализ основных направлений и программных продуктов в области расчета гидропривода и его элементов. Выявлена актуальность разработки комплекса для моделирования и расчетов элементов гидропривода.

• Разработана общая концепция и элементы этого комплекса.

• Разработана концепция имитационного моделирования и имитационные модели элементов гидропривода. Разработана библиотека шаблонов моделей.

• Осуществлено внедрение комплекса в практику проектирования на предприятии "СКБ ПА" г. Ковров.

• Выполнен ряд актуальных исследований с использованием разработанного комплекса.

Концепция комплекса разработана с учетом современных требований к методам проектирования и на основе анализа основных теорий и методик в области гидропривода. Особое внимание уделено разработке имитационных моделей элементов гидропривода. Разработана библиотека шаблонов моделей, которая является неотъемлемым элементом комплекса. Материал работы изложен в четырех главах.

В главе 1 выполнен анализ технической литературы, посвященной расчетам и проектированию элементов гидропривода, и определены группы задач машиностроительной гидравлики. Выполнен анализ программных продуктов,предназначенных для расчетов гидроустройств и систем.

Разработана концепция системы моделирования элементов гидропривода, определен состав, компьютерные программы, концепция и система имитационных моделей.

В главе 2 рассмотрено 3-х мерное и 1-но мерное моделирование потоков жидкости в каналах и зазорах гидроаппаратов и гидромашин. При этом: разработана методика расчета базовых значений коэффициентов расходов для дроссельных зазоров и методика расчета базовых значений коэффициентов сил, действующих со стороны потока жидкости на элементы гидроустройств при трехмерном моделировании потоков жидкости, обоснован выбор математической модели жидкости при одномерном моделировании гидроустройств и проведены с ее помощью исследования гидравлических характеристик элементов устройств гидроавтоматики, выполнены обобщения по результатам исследования этих гидравлических характеристик; разработана методика расчета значений коэффициентов расходов и сил с использованием гидравлических однокоординатных моделей, разработана методика расчета статических характеристик гидроаппаратов, разработана методика экспериментально-аналитического определения коэффициентов расходов и сил,

- выполнены модельные исследования с использованием разработанных моделей потоков жидкости.

В главе 3 разработан комплекс имитационных моделей устройств гидроавтоматики, в частности:

-определены уровни моделей: 1 и 2 уровень, и группы моделей: базовые шаблоны) и производные; -разработаны шаблоны математических динамических моделей основных элементов гидроавтоматики: дросселей, распределителей, клапанов напорных, клапанов поточных, делителей и сумматоров расходов, гидроусилителей, др.; -разработаны методики для оперативного расчета гидравлических характеристик элементов устройств гидроавтоматики и расчета этих характеристик по экспериментальным расходно-перепадным характеристикам;

-рассмотрены примеры расчетов элементов гидропривода с использованием шаблонов моделей; -выполнены модельные исследования гидроустройств (клапанов и распределителей).

В главе 4 разработан комплекс имитационных моделей гидромашин, гидропередач и гидросистем, приведены примеры его использования, в частности:

-на основе обобщенной модели гидромашины; дано обоснование системы моделей гидромашин; разработаны математические динамические модели гидромашин и гидропередач первого и второго уровня; -выполнены модельные исследования рабочего процесса в поршневой камере аксиально-поршневого насоса, исследования нагрузок на органе регулирования ряда гидронасосов, приведены примеры модельных исследований гидроприводов.

Научная новизна.

1. На основе принципов САПР, гидравлики, гидромеханики, теории гидромашин и гидропривода, теории автоматического управления, информатики, теории моделирования разработаны математические и имитационные модели элементов гидропривода. Разработан общий подход к решению научно-технической проблемы^ комплексного моделирования элементов гидропривода, включающий: • обоснование методологии моделирования элементов гидропривода, учитывающее: круг задач и методик машиностроительной гидравлики; общую тенденцию в области проектирования технических устройств, заключающуюся в модельном сопровождении жизненного цикла изделий; актуальность переносацентра тяжести в проектировании гидропривода с экспериментальных работ на моделирование; необходимость комплексного подхода при решении задач;

• теоретическое обоснование гидравлической однокоординатной модели турбулентного потока жидкости в каналах гидроаппаратов, основанное на уравнении Бернулли и учитывающее:диссипацию энергии потока жидкости по пути ее движения; распределение давления вдоль потока жидкости; наличие газовоздушной составляющей в жидкости; переменность плотности реальной жидкости от давления; переменности профиля канала;

• теоретическое обоснование имитационной гидравлической модели ламинарного потока жидкости в зазорах гидромашин, основанное на уравнении Пуазеля и учитывающее: диссипацию энергии потока жидкости по пути ее движения; распределение давления вдоль потока жидкости; переменности профиля зазора;

• теоретическое обоснование математических и имитационных моделей гидроаппаратов на основе: классификации и анализа конструктивных схем гидроаппаратов; энергетического принципа формирования укрупненной структурной схемы аппарата выделением в общей математической модели моделей базовых элементов;

• теоретическое обоснование математических и имитационных моделей гидромашин, обеспечивающее:

- на основе классификации и анализа конструктивных схем гидромашин разработку обобщенной модели гидромашины;

- на основе обобщенной модели гидромашины формирование укрупненной структурной схемы гидромашины;

- на основе укрупненной структурной схемы гидромашины и анализа конструктивных схем гидромашин разработку их математического описания.

2. На основе общей методологии моделирования разработаны методики моделирования гидроаппаратов, гидромашин, и гидроприводов:

• методика моделирования элементов гидроприводов и гидроприводов в целом, обеспечивающая унификацию приемов моделирования;

• методика расчета сил, действующих со стороны потока жидкости на элементы конструкций гидроаппаратов;

• методика расчета силового взаимодействия распределителя и блока цилиндров аксиально-поршневой гидромашины;

• модельная методика определения по экспериментальной расходно-перепадной характеристике гидроаппарата сил и коэффициентов сил, действующих со стороны потока жидкости на запорно-регулирующий элемент этого аппарата;

• методика разработки функциональной имитационной модели гидромашины, учитывающей процесс переноса жидкости "из полости в полость";

• методика разработки имитационной модели гидромашины, на основе модели ее рабочей камеры. При этом реализуется моделирование индикаторной диаграммы гидромашины и характеристик, определяемых индикаторной диаграммой; модельная методика исследования нагрузок на органе регулирования гидромашины; методика расчета сил прижима-отжима в рабочей паре "распределитель — блок цилиндров" аксиально-поршневой гидромашины, методика, учитывающая деформацию распределителя под действием давления; методика модельного исследования энергетических характеристик гидромашин и гидросистем; модельная методика идентификации имитационных моделей гидроустройств. на основе теоретического обоснования системы имитационных моделей элементов гидропривода и методик их моделирования разработана библиотека шаблонов имитационных моделей гидроаппаратов, библиотека базовых моделей гидромашин, разработаны производные модели элементов гидропривода и модели конкретных конструкций; В процессе выполнения исследований с использованием разработанных моделей установлено и объяснено ряд явлений: влияние, из-за содержания в рабочей жидкости нерастворенного газа, противодавления на статические характеристики гидроаппаратов, а также влияние давления в полости всасывания аксиально-поршневого насоса на нагрузки на его органе регулирования подачи; для аксиально-поршневой гидромашины, при работе в области высоких давлений, возрастание, с ростом давления, коэффициента прижима распределителя к блоку цилиндров.

Для конкретных устройств и гидромашин с применением имитационных моделей исследованы: индикаторные диаграммы гидромашин с ходовой частью типа "Zauer" и моменты на их органах регулирования подачи; динамические и статические характеристики клапанов и распределителей производства ОАО "СКБ ПА" и ОАО

КЭМЗ" г. Ковров; функционирование рулевого агрегата транспортного средства; энергетические характеристики гидропривода платформы экскаватора; др.

Достоверность результатов подтверждена сравнением результатов расчетов с результатами экспериментов, а также результатами экспериментальных исследований, опубликованных в технической литературе.

Практическая ценность и внедрение. Разработанный комплекс моделирования элементов гидропривода внедрен на предприятии ОАО "СКБ ПА" г. Ковров, и используется при проектировании гидроаппаратов, гидромашин, гидропередач, гидроприводов и гидросистем. Комплекс внедрен в учебный процесс каф. ГПА и ГП - КГТА.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты работы докладывались и обсуждались:

- на международной конференции САПР и ГИС ЭКСПО, 4-6 декабря

2001 года.- Москва: Русская промышленная компания;

- на международной НТК "Гидромашиностроение"; 4-6 октября 2004 года.

Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- на Российской НТК. 2-4 июня 2002 года "Информационные технологии в проектировании, производстве и образовании". - Ковров: КГТА;

- на НТК Ковровской Государственной Технологической Академии; на научно-технических семинарах кафедры "Гидропневмоавтоматики и

Гидропривода". - Ковров: КГТА.

- на всероссийском научно-практическом семинаре 20-21 марта 2004 года

Автоматизация технической подготовки машиностроительных предприятий: опыт создания и внедрения комплексных систем".

Ковров: КЭМЗ, КГТА;

По теме диссертации опубликовано 32 печатные работы, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, 16 статей в журналах, входящих в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней, пять тезисов докладов на всероссийских конференциях.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Даршт Я.А. Расчетный комплекс машиностроительной гидравлики. Монография. - Ковров: КГТА, 2003.-412с.

2. Даршт Я.А. Учет газосодержания при имитационном моделировании гидроустройств // Приводная техника. — 2004. №4.

3. Даршт Я.А. Имитационные модели гидропередач// Вестник машиностроения. — 2004. №5

4. Даршт Я.А. Расчет энергетических характеристик гидропривода платформы экскаватора. // Вестник машиностроения. —2004. №6

5. Даршт Я.А. Исследования характеристик малогабаритных обратно-предохранительных клапанов непрямого действия // Вестник машиностроения. — 2004. №4.

6. Я.А. Даршт Я.А.и др. Исследования гидростатических опор плунжеров высоконагруженных аксиально-поршневых гидромашин. // Автоматизация технологических процессов. - 2004. № 3

7. Даршт Я.А. Пропорциональный распределитель манипулятора // Тракторы и с/х машины. - 2004. №6.

8. Даршт Я.А., Куванов К.Е. Моделирование гидравлических характеристик пропорциональных распределителей. // Тракторы и с/х машины. — 2004. № 8

9. Даршт Я.А.,Помелов И.Е. Предохранительные клапаны гидроприводов 1 мобильных машин // Тракторы и с/х машины — 2004. №2.

10.Даршт Я.А. Система имитационных моделей гидромашин // Приводная техника. - 2003. № 4. Даршт Я.А. Имитационное моделирование рулевого управления колесным трактором // Тракторы и с/х машины. - 2003. №9.

12.Даршт Я.А., Пузанов А.В., Холкип И.Н. Комплекс моделирования гидромашин и гидросистем // САПР и Графика. - 2003. № 6.

13.Даршт Я.А., и dp. F10W-3D в проектировании машиностроительной гидравлики // САПР и Графика. - 2000. № 7.

14Даршт Я.А., Холкин И.Н., Куеанов К.Е. Моделирование потоков рабочей жидкости в каналах гидроаппаратов // Приводная техника. -1999. №№9, 10.

15Даршт Я.А. Расчетные характеристики механизма управления с питанием от управляемого им насоса // Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Сб. статей. - М.: М., 1986, вып. 12.

1 в Даршт Я.А., Гурвич Я.Ф., Калинин С.Б., Хорохорин Б.А. Исследование переходных процессов механизма управления, питающегося от управляемого им насоса // Известия вузов. М. - 1985. № 10. - С. 82.-85.

17Даршт Я.А., Косорукова О.В., Сысоев В.В., Голубев С.Г. Влияние нагрузки гидропривода на регулировочную характеристику механизма управления // Известия вузов. М. - 1982. № 6. - С. 138-139.

Терехов Н.Ф., Даршт Я.А., Круглое В.Ю. Расчет подачи насоса при перемещающемся регулирующем органе //Известия вузов. Машиностроение. - 1979. № 8. - С. 52-55.

19Даршт Я.А. Гидравлическая система объемного регулирования // А.С. №1174596. 1985г. Бюллетень №31.

20 Даршт Я.А. Аксиально - поршневая гидромашина. //Полезная модель. Свидетельство №7150, 1998г. Бюллетень № 7, 1998.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ РАСЧЕТЫ.

В работе использованы иллюстративные расчеты, выполненные Холкиным И.Н. - с применением программы FLOW-3D и Пузановым А.В. - с использованием программы NASTRAN.

Выводы к главе 4

1. В четвертой главе на основе концепции расчетного комплекса, изложенной в первой главе, разработана система имитационных моделей гидромашин и гидросистем, разработана библиотека их имитационных моделей.

Система имитационных моделей гидромашин и гидросистем основана на модели обобщенной гидромашины. Обобщенная модель сформирована на основе анализа принципа действия гидромашины и проверена на всей совокупности гидромашин, для чего привлекалась их классификация.

В обобщенной гидромашине выделены все базовые системообразующие элементы и связи между ними. Базовыми элементами модели гидромашины приняты: механизм передачи движения вытеснителю, рабочая камера, узел распределения потока жидкости.

Система моделей гидромашин предусматривает разделение моделей на два уровня: в 1-м уровне моделей связываются внешние параметры гидромашины экспериментальными зависимостями, 2-й уровень основан на описании физической картины рабочего процесса гидромашины. Все модели каждого уровня делятся на базовые и производные. Производные модели строятся на основе базовых за счет добавления вычислительных процедур для решения специфических задач.

Системность позволяет корректно использовать при моделировании всю информацию о гидромашинах, разрабатывать компактные и эффективные модели, унифицировать приемы моделирования. Использование такого подхода дало основу и для разработки конкретных моделей гидромашип и позволило .анализировать принципы их построения.

2. Разработаны шаблоны имитационных моделей гидромашин 1-го уровня и приведена их реализация в виде структурных схем, выполненных в среде программы «Matlab/Simulink».

3. Впервые в укрупненных моделях гидромашин, каковыми являются модели первого уровня, учтены упругие свойства рабочей жидкости. Это позволило корректно отразить процесс переноса жидкости через машину из полости в полость с соблюдением закона сохранения массы. При этом учтено содержание газа в жидкости.

4. Разработана методика моделирования гидросистем с использованием моделей гидромашин и гидроаппаратов (приведены примеры моделирования гидропередач различных схем).

5. Впервые на системной основе разработаны унифицированные шаблоны имитационных моделей 2-го уровня рабочего процесса поршневой камеры гидромашины и приведена их реализация в виде структурных схем, выполненных в среде программы «Matlab/Simulink».

Разработанные модели позволяют подробно учесть при моделировании особенности кинематики гидромашины, тип распределителя, размеры элементов с учетом допусков, форм и т.п., динамические нагрузки и др. Модели учитывают свойства рабочих жидкостей.

В главе приведены многочисленные расчеты параметров рабочих процессов в рабочих камерах насоса, иллюстрирующие возможности моделей для целей расчетов и исследования гидромашин.

6. Подробно рассмотрена базовая модель рабочего процесса поршневой камеры аксиально-поршневой гидромашины для расчета индикаторной диаграммы и модель производная, для расчета характеристик перемещения поршней гидромашины с учетом зазора в гидростатической опоре, нагрузок на орган регулирования подачи гидромашины и др.

Приведены расчетные индикаторные диаграммы гидромашин, графики поршневых подач, графики перемещения поршней, графики моментов сил от этих поршней и др.

7. Разработаны, на примере аксиально-поршневых гидромашин, их модели второго уровня, базовые и производные. В основе этих моделей - модели поршневых камер, где рассчитывается рабочий процесс индивидуально для каждой камеры.

8. Проведены модельные исследования рабочих процессов аксиально-поршневых гидромашин с ходовой частью типа «Zauer», «Deni

3 3 son» и т.п. с рабочими объемами V= 33 см /об, V—\ 12 см /об и К=300 см3, машин, которые используются, прежде всего, в гидрообъемных передачах механизмов поворота тяжелых гусеничных машин, также проведены модельные исследования рабочих процессов аксиально-поршневого насоса с рабочим объемом К=80 см /об фирмы «Denisson».

Получены их индикаторные диаграммы и исследованы моменты на их органе регулирования подачи, моменты от давления в поршневых камерах.

9. Проведены модельные исследования колебаний давлений в гидроприводах, вызванные характером рабочего процесса в поршневых камерах гидромашин.

10. Проиллюстрирована методика моделирования и модельных исследований гидроприводов с использованием разработанной библиотеки моделей на примере гидропривода рулевого управления транспортного средства.

11. Материалы главы изложены также в работах [74, 76, 84, 88, 94, 99,

111, 117, 120, 122, 123, 124, 126, 131,132].

402

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработан расчетный комплекс элементов» i гидроприводаПод расчетным комплексом, как следует из представленной работы, понимается и методология расчета гидромашин, гидроустройств и гидросистем, и соответствующим образом организованная компьютерная информационная среда, состоящая из программ, методик и библиотеки имитационных моделей.

Актуальность разработки комплекса выявлена в результате анализа состояния дел в области проектирования отечественной машиностроительной гидравлики. При этом выявлена необходимость разработки расчетного комплекса машиностроительной гидравлики, на базе современных программных средств. Такого комплекса, который позволил бы в едином ключе на системной основе использовать методологические достижения гидравлических наук для проектирования устройств и систем машиностроительной гидравлики.

Разработанный комплекс предназначен для выполнения основных видов расчетов гидроустройств, гидроприводов и гидросистем. К таким основным видам расчетов относятся гидравлические и гидромеханические расчеты, расчет статических, кинематических, динамических и энергетических характеристик гидроустройств и систем с этими устройствами.

Общие положения концепции комплекса базируются на представлении о современном предприятии как об информационной системе, входящей, в свою очередь, в более общее информационное пространство предприятия, отрасли и т.д. Такое представление, имеющее в своей основе экономический критерий эффективности производства, позволило применительно к машиностроительной гидравлике соотнести программные продукты САПР, предлагаемые коммерческим рынком с корпоративными разработками.

На основе анализа круга задач, решаемых как на этапе проектирования гидроустройств и гидросистем, так и на других этапах жизненного цикла изделия, определен состав расчетного комплекса, определен круг компьютерных программ комплекса и разработана система моделей комплекса. Для имитационного моделирования разработаны и обоснованы принципы моделирования.

Система моделей комплекса основывается на конструкторской 3D-модели устройства. ЗЭ-модель используется и непосредственно для подготовки производства и импортируется в программы гидродинамических и прочностных расчетов. Информация ЗБ-модели является базовой для разработки имитационных моделей устройств.

В комплекс включена программа для выполнения гидромеханических расчетов - FIow-3d (FLOW SCIENCE, INC. Los Alamos, USA). Роль этой программы в комплексе состоит в замене натурного экспериментирования по «проливке» разного рода гидросопротивлений модельным экспериментированием. При этом определяются гидравлические коэффициенты.

Для оперативного вычисления серий значений гидравлических коэффициентов и параметров с учетом свойств жидкости разработана однокоординатная (гидравлическая) модель потока. Идентификация этой модели осуществляется сравнением с гидромеханической моделью. Использование од-нокоординатной (гидравлической) модели потока позволяет во многих случаях уменьшить объем задач, выполненных с использованием гидромеханической модели, что существенно сокращает время расчета, повышает эффективность проектирования.

На основе анализа круга решаемых задач включена в комплекс также программа для выполнения расчетов по напряженно-деформируемому состоянию элементов (MARC, NASTRAN), результаты расчетов, которой используются и для выполнения гидравлических расчетов.

Основным средством имитационного моделирования выбрана программа Matlab/Simulink как признанный фактический стандарт для этих целей. Программа Matlab/Simulink используется в комплексе и для разработки новых методик расчетов (по мере появления соответствующих потребностей).

Прочностные расчеты с линейной аппроксимацией свойств материала выполняются в программе Nastran, где также моделируются трехмерные механические системы с импортом в нее подмоделей, выполненных в программе Matlab/Simulink.

Существенная часть диссертации посвящена разработке библиотеки имитационных моделей гидроустройств и модельным исследованиям. Концепция имитационного моделирования основана на использовании энергетического подхода, принципа аналогии, модульного принципа и других принципов, обеспечивающих адекватность моделей при максимальной унификации процесса моделирования. При этом концепция моделирования позволяет разрабатывать модели новых устройств на базе ранее разработанных моделей. То же касается совершенствования моделей и развития их структуры.

Систематизация имитационных моделей основана на делении их на «экспериментальные» и «теоретические», на «базовые» и «производные», на «гидроаппараты» и «гидромашины». Системность позволяет корректно использовать при моделировании всю информацию о гидроустройствах, разрабатывать компактные и эффективные модели, унифицировать приемы моделирования. Использование такого подхода дало основу и для разработки конкретных моделей гидроустройств и позволило анализировать принципы их построения.

В процессе работы создана библиотека моделей гидроустройств. Модели гидросистем разрабатываются как совокупность моделей устройств, взаимосвязи которых устанавливаются на основе принципиальных схем гидросистем.

Разработанный расчетный комплекс в течение ряда лет применяется в практике проектирования гидроустройств и гидросистем предприятия ОАО «СКБ ПА».

С использованием разработанной библиотеки моделей проведен ряд актуальных модельных исследований. Выполнены модельные исследования характеристик распределителей (пропорционального распределителя,нечув-ствителыюго к колебаниям нагрузки, порпорциоиального электрогидравлического распределителя «Ду-6», гидравлических характеристик секций распределителя с открытым центром). Проведены сравнительные модельные исследования напорных клапанов, модельные исследования рабочих процессов аксиально-поршневых гидромашин с ходовой частью типа «Zauer» с рабочи

3 3 3 ми объемами V-33 см /об, V=ll2 см /об и V=235 см , машин, которые используются, прежде всего, в гидрообъемных передачах механизмов поворота тяжелых гусеничных машин. Также проведены модельные исследования рабочих процессов аксиально-поршневого насоса с рабочим объемом F=80 см3/об фирмы «Denisson», модельные исследования гидропривода рулевого управления транспортным средством и др.

Исследования с использованием одномерной модели потока позволили объяснить ряд эффектов, проявляющихся в работе гидроустройств, и в частности: увеличение коэффициента расхода гидравлических сопротивлений при истечении жидкости в область повышенного противодавления; определяющее значение для формы эпюры давления жидкости и, соответственно, величины гидростатической силы, действующей на запорно-регулирующие элементы устройств гидроавтоматики, является наличие газо-воздушной составляющей в потоке жидкости, что существенно влияет на характеристики устройств гидроавтоматики. в процессе работы аксиально-поршневых гидромашин с изменением уровня давления происходит изменение характера прижимно-отжимных сил в паре распределитель-блок цилиндров. Это связано с изменением формы зазора в этой паре, форма зазора, в свою очередь, связана с деформацией распределителя давлением жидкости; теоретически подтверждена возможность разработки устройств гидроавтоматики и, в частности, клапанов постоянного давления с горизонтальной и падающей ветвью (или участками ветви) статической характеристики.

Модельные исследования позволяют разрабатывать новые методики расчета гидроустройств, и на основе модельных исследований разработаны:

- методика расчета коэффициента расхода гидравлических сопротив- ■ лений с учетом упругих свойств рабочей жидкости гидросистемы и с учетом наличия в жидкости нерастворенного воздуха;

- методика расчета коэффициента сил, действующих на запорно-регулирующие элементы устройств гидроавтоматики (методика включает расчет эпюр давления, суммарной силы учитывает упругие свойства рабочей жидкости гидросистемы и наличие в жидкости нерастворенного воздуха);

- методика расчета гидравлических коэффициентов гидроаппаратов на основе их статических характеристик.

Перспективы и направление развития комплекса связаны с его практическим применением для расчетов и исследований.

Общее направление развития расчетного комплекса машиностроительной гидравлики видится в направлении вовлечения в структуру комплекса новых моделирующих программ, создание на базе комплекса новых расчетных методик, введение расчетного комплекса в автоматизированные комплексы проектирования, включение комплекса в систему моделей сопровождения жизненных циклов изделий.

407

1. Автоматизация технической подготовки машиностроительных предприятий: опыт создания и внедрения комплексных систем: Сборник докладов I Всероссийского научно-практического семинара, 20-21 марта 2001.- Ковров: КЭМЗ, 2001.- С.184.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб для вузов. М.: Изд - во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 360 с.

3. Следящие приводы: т.1: Теория и проектирование следящих , приводов. / Под ред. Б.К. Чемоданова, М.: Издательство МГТУ, 1999.

4. Башта Т.М. Расчет и конструирование самолетных гидравлических устройств. М.: Оборонгиз,1961.

5. Башта Т.М. и др./ Под ред. Башты. Объемные гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969. - 628 с.

6. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. М: Машиностроение, 1972.-376 с.

7. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1987.-464с.

8. Хаймович Е. М. Гидроприводы и гидроавтоматика станков. Киев: Машгиз, 1959.-556 с.

9. Ермаков В.В. Гидравлический привод металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1963.- 324 с.

10. Зайченко Н.З., Мышлевский JI.M. Пластинчатые насосы и гидромоторы. М.: Машиностроение, 1970.- 232 с.

11. Гидравлический следящий привод/ Под ред. В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1968.- 564 с.

12. Лещенко В.А. Гидравлический привод станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1975.- 288 с.

13. Основы теории и конструирования объемных гидропередач/ Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Высш. шк., 1968,- 400 с.

14. Динамика гидропривода./ Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1987.- 464 с.

15. Аксиально — поршневой регулируемый гидропривод. Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1969.- 496 с.

16. Машиностроительный гидропривод/ Под ред. В.Н. Прокофьева. -М.: "Машиностроение", 1978.- 495 с.

17. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/ Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова.- М.,: Машиностроение, 1969- 496 с.

18. Идельчик Е.И. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1975.- 559 с.

19. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982.- 240 с.

20. Руднев С.С., Кузнецов B.C. Определение коэффициента расхода и действующей силы на клапанном устройстве с конусным седлом. Сб., "Рипорт", М.: ВИМИ, 1975.- №18.- С. 15-20.

21. Фомичов В.М. и др. Значения коэффициента расхода цилиндрических золотниковых распределителей гидроприводов. //Вестник машиностроения. 1977.- №9.- С. 10-12.

22. Данилов Ю.А. и др. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990.- 272с.

23. Мелкозеров П.С. Энергетический расчет систем автоматического управления и следящих приводов. М.: Энергия, 1968.- 304с.

24. Дубровский О.Н. Гидроэнергетические расчеты судовых силовых гидравлических приводов и систем. Л.: Судостроение, 1974.- 300с.

25. Арзуманов Ю.Л., Петров Р.А., Халатов Е.М Системы газоснобжения и устройства пневмоавтоматики ракетно-космических комплексов. -М: Машиностроение, 1997.

26. Герц Е.В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975.

27. Хильчевский В.В., Ситников А.Е., Ананьев В.А. Надежность трубопроводной пневмо гидроарматуры. - М.: Машиностроение, 1989.206 с.

28. Ситников А.Е. Надежность объемных гидроприводов и их элементов. М.: Машиностроение, 1977. - 166 с.

29. Лозовский В.Н. Надежность гидравлических агрегатов. М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

30. Тарко Л.М. Переходные процессы в гидравлических механизмах. -М.: Машиностроение, 1979.- 168 с.

31. Темнов В.К. Нестационарное движение жидкости в напорных гидросистемах.- Челябинск: ЧГТУ, 1994.- 132 с.

32. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982.-280 с.

33. Абрамов Е.И. и др. Элементы гидропривода. Справочник. Киев: Техника, 1977.- 329 с.

34. Максунова Е. В., Смольникова Н.С. Влияние геометрических размеров проточной части золотника на величину осевой составляющей гидродинамической сил. Прочностные и гидравлические характеристики машин и конструкций. Пермь: ППИ, 1975. - С. 35-40.

35. Никитин Г.А., Комаров А.А. Распределители и регулирующие устройства гидросистем. М.: Машиностроение, 1965. - 184 с.

36. Фомичев В.М. и др., Значения коэффициентов расхода цилиндрических золотниковых распределителей гидроприводов// Вестник машиностроения. 1977. - №9. -С. 10-12.

37. Чупраков Ю. И. Дросселирующие гидрораспределители следящих электрогидроприводов. М.: МАДИ, 1976. - 68 с.

38. Куванов К.Е. Моделирование гидравличееих характеристик пропорциональных распределителей// Сборник научных трудов КГТА. -Ковров: КГТА, 2000. 228 с.

39. Чупраков Ю. И. Электрогидравлические усилители.- М.: МАДИ, 1975.- 124 с.

40. Ситников Б.Т., Матвеев И.Б. Расчет и исследование предохранительных и переливных клапанов. М.: Машиностроение, 1972.

41. Отрошко П.В., Попов Д.Н. Влияние режимов течения в клапанных щелях и структуры потока на устойчивость предохранительных клапанов// Вестник машиностроение. 1982. - №6.

42. Руднев С.С., Кузнецов B.C. Определение коэффициента расхода и действующей силы на клапанном устройстве с конусным седлом. Сб. «Рипорт». М.: ВИМИ, 1975. - № 18.

43. Сахно Ю.А. Многопоточные гидравлические делители. — М: Машиностроение, 198. 160 с.

44. Исследование рабочего процесса элементов объемных гидропередач при помощи индикаторной диаграммы./ В.Н. Абаринова, Г.П.Золотова, Ю. Л. Кирилловский, В.Н. Прокофьев, Б.А. Савельев.// Гидроавтоматика. М.: Наука, 1965. - 23 с.

45. Савельев Б. А. К расчету нестационарного процесса изменения давления жидкости в цилиндрах аксиально-поршневого насоса. В кн.: Нелинейные колебания и переходные процессы в машинах. - Киев: Наукаю — 1972.-С. 130 - 152.

46. Савельев Б. А. Исследование процесса изменения давления жидкости в аксиально-поршневом насосе./ Труды Казанского авиационного института. Вып. 110. Казань, 1969. - С. 104-114.

47. Савельев Б. А. Исследование изменения давления жидкости в рабочей клетке аксиально-поршневого насоса: Автореферат дис. кандидата технических наук. М.: 1970. - 16 с.

48. Ворончихин Ф.Г. Снижение виброактивности путем выбора закона изменения давления в цилиндрах// Нелинейные колебания и переходные процессы в машинах. М.: Наука, 1972. - С. 327 - 355.

49. Орлов Ю.М., Юферев В.А., Кулаков А.В., Гилев В.И. Экспериментальные исследования рабочего процесса в цилиндрах плунжерного насоса// Прочностные и гидравлические характеристики машин и конструкций. Пермь: ППИ, 1974.- № 153. - С. 156 - 160.

50. Орлов Ю.М. Исследования рабочего процесса в цилиндрах плунжерного насоса/ Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 2. М.: Машиностроение, 1975. - С. 267 - 268.

51. Орлов Ю. М. Некоторые особенности учета сжимаемости жидкости при анализе динамики гидравлических и гидромеханических систем// Прочностные и гидравлические характеристики машин и конструкций. — Пермь: ППИ, 1973. № 132. - С. 7 - 17.

52. Орлов Ю. М. Некоторые результаты экспериментального исследования пульсирующего потока жидкости в простом напорном трубопроводе.// Прочностные и гидравлические характеристики машин и конструкций. Пермь: ППИ, 1975. - № 167. - С. 106-110.

53. Алексеев А.К. Особенности расчетов высокочастотных колебаний давления и подач аксиально роторно-поршневых насосов// Вестник машиностроения, 1977. № 7. - С. 23 - 26.

54. Ржевский В.Н. Определение перестановочных моментов в аксиально-поршневых насосах: Тез. докл. конф. по гидроприводу и гидроавтоматике. Киев. - 1967. - С. 18-19.

55. Зайченко И.В., Болтянский А.Д. Влияние конструкции торцевого распределителя на параметры регулирующего устройства роторно-поршневых насосов// Вестник машиностроения. — 1970. №7. - С. 43 - 45.

56. Сафонов Ю. Г., Синев А.В. Влияние процесса изменения давления под поршнем на силовое управление регулирующим органом аксиальнопоршневого насоса.// Нелинейные колебания и переходные процессы в машинах. М.: Наука, 1972.-С. 116-123.

57. Балкинд JI.B., Буль Я.Р., Ржевский В.Г. Расчет моментов на наклонной шайбе роторного аксиально-поршневого насоса// Вестник машиностроения. 1974. - № 4. - С. 17 - 20.

58. Каштанов JI.H., Щербаков В.Ф. Исследование момента на органе регулирования аксиально-поршневого бескарданного насоса// Гидропневмоавтоматика и гидропривод. МАДИ. - 1974. - С. 97.

59. Каштанов JI.H., Щербаков В.Ф. Определение моментов на регулирующем органе аксиально-поршневого насоса// Вестник машиностроения. 1975. - № 3. С. 34 - 36.

60. Прокофьев В.II., Данилов Ю.Н., Пильгунов В.Н., Подражанский

61. B.М. Экспериментальное определение моментов на управляющем органе аксиально-поршневого насоса// Известия Вузов. Машиностроение. 1975. -№ 10.-С. 87-92.

62. Терехов Н.Ф., Маранцев М.А. К расчету усилий регулирования роторно-пластинчатых насосов// Всесоюзное совещание по гидравлической автоматике. Тез. докл. М.: Институт поблем управления, 1976. - С. 157-160.

63. Цыган В.Ф. Пути улучшения регулировочных характеристик объемных гидромашин// Вестник машиностроения. 1977. - № 1. - С. 40 - 41.

64. Прокофьев В.Н., Захаров Ю.Е. Взаимовлияние гидроприводов через источник питания// Известия вузов. Машиностроение. 1976. - № 7.1. C. 66-73.

65. Прокофьева И.В., Хурашвили К.И. Исследование влияния на работу дроссельного гидропривода источника питания ограниченной мощности// Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. № 4. М.: Машиностроение, 1977.

66. Дьячков Б.И. Влияние перекрытий в распределителе на эффективный объем рабочей камеры гидромотора.// Гидропривод и гидропневмоавтоматика. Киев: Техника, 1975. - С. 124 - 130.

67. Дьячков Б.И. Объемные потери сжатия в рабочей камере гидромотора// Гидропривод и гидропневмоавтоматика. Киев: Техника, 1975. - С. 130- 134.

68. Мазырин А.И., Синев А.В. К вопросу о влиянии формы диаграммы изменения давления под поршнем на характер сил, действующих на подшипник, корпус и фундамент в аксиалыю-поршневых гидромашинах// Колебания и прочность. М.: Наука, 1965. - С.80 - 85.

69. Петухов В.Н. Минимальнее частоты вращения аксиально-поршневых гидромоторов// Вестник машиностроения. -1975.-№ З.-С. 52 55.

70. Аврунин Г.Л. Определение минимальной частоты вращения гидромотора путем оценки пульсаций объемных потерь// Вестник машиностроения. 1975. - № 3. С. 67-68.

71. Гуревич ЮЛ. Исследование динамики гидропривода с регулируемым насосом// Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 8. М.: Машиностроение, 1961. - С. 65-76.

72. Гуревич Ю.Я. Статические характеристики гидравлического механизма с регулируемым насосом, управляемым по "давлению" сливной магистрали// Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 3. М.: Машиностроение, 1975. - С. 54-63.

73. Горбешко М.Б., Маранцев М.А. Влияние величины зоны высокого давления на механические потери в поршневых гидромашинах// Гидропривод и гидропневмоавтоматика. Л., 1972. - С. 91 - 92.

74. Терехов Н.Ф., Даршт Я.А., Круглов В.Ю. Расчет подачи насоса при перемещающемся регулирующем органе// Известия вузов. Машиностроение. 1979.- № 8. - С.52-55.

75. Иванов А.Н., Круглов В.Ю. Математическая модель ходовой части аксиально-плунжерной гидромашины.// Материалы XV научн.-метод. конференции. Ковровский технологический институт, 1992.

76. Даршт Я.А. Система имитационных моделей гидромашин // Приводная техника. 2003. № 4. - С.56-60.

77. Даршт Я.А. Механизм управления с питанием от управляемого им насоса: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1986.

78. Даршт Я.А., Смирнов А.Н. О снижении шума гидромашин. В сб.: Системы управления: конверсия, проблемы. Материалы научно-технической конференции Ковров: КГТА, 1996.

79. Даршт Я.А. Влияние нестабилизированности давления подпиточного насоса на динамические характеристики механизма управления насоса.// ХУ1 Всесоюзное научно-техническое совещание по гидравлической автоматике: Тез.докл. Киев, 1983. - С. 70 - 71.

80. Даршт Я.А., Косорукова О.В., Сысоев В.В., Голубев С.Г. Влияние нагрузки гидропривода на • регулировочную характеристику механизма управления // Известия вузов. Машиностроение. 1982. № 6. - С. 138139.

81. Даршт . Я.А. Об использовании напорных гидролиний дистанционно управляемого насоса для питания своего механизма управления: Тезисы// Всесоюзная научно-техническая конференция «Совершенствование гидро- и пневмоагрегатов в машиностроении». М, 1985.

82. Даршт Я.А., Гурвич Я.Ф., Калинин С.Б. Хорохорин Б.А. Исследование переходных процессов механизма управления, питающегося от управляемого им насоса// Известия вузов. Машиностроение. 1985. - № 10.-С.82-85.

83. Даршт Я.А. Схема питания механизма управления// Научные и методические исследования института — техническому и культурному прогрессу. Материалы ХУ1 научно-техническая и научно-методическая конференции КТИ. Ковров: КТИ, 1993.

84. Даршт Я.А. Расчет индикаторных диаграмм аксиально-поршневого насоса: Тезисы // Всесоюзная научно-техническая конференция «Совершенствование гидропневмоагрегатов в машиностроении». М„ 1985.

85. Даршт Я.А. Расчетные характеристики механизма управления с питанием от управляемого им насоса// Пневматика и гидравлика: Приводы и системы управления. М.: Машиностроение, 1986.-вып. 12.- С.115-121.

86. Даршт Я.А. Стабилизация давления регулируемого насоса. Тез.// Научные исследования института техническому и культурному прогрессу. Материалы ХХУ научной конференции ВПИ Ч. 3. Владимир, 1990.

87. Даршт Я.А., Косорукова О.В. Расчет динамических характеристик гидроприводов и их элементов на ЭВМ. Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию. Ковров: КТИ, 1994.

88. Даршт Я.А. Моделирование энергетических характеристик гидроприводов// Сборник научных трудов КГТА Ковров: КГТА, 2000. -С. 65-76.

89. Даршт Я.А. Особенности схем стендов с рекуперацией мощности для испытания гидромашин// Гидропнемоавтоматика и гидропривод. Материалы международной научно-технической конференции. Ковров: КТИ 1995.

90. Даршт Я.А. Схема питания механизма управления// Научные и методические исследования института техническому и культурному прогрессу. Материалы ХУ1 научно-техническая и научно-методическая конференции КТИ. - Ковров: КТИ, 1993.

91. Даршт Я.А. Базовая динамическая модель клапана прямого действия, (тезисы). В сб.: Управление в технических системах. Материалы научно-технической конференции -.Ковров: КГТА, 1998.

92. Даршт Я.А. Метод подобия в проектировании гидроаппаратов/ Материалы XVII научно-технической и научно-методической конференции — Ковров: КТИ, 1995).

93. Даршт Я.А. Применение методов подобия при проектировании гидроаппаратов// Системы управления: конверсия, проблемы. Материалы научно-технической конференции Ковров: КГТА, 1996.

94. Даршт Я.А., Сергеев Ю.В. Гидроавтоматика и гидропривод. Методические указания к лабораторным работам. Ковров: КГТА, 2000.

95. Даршт Я.А. Гидропривод колес транспортной машины// Гидроппемоавтоматика и гидропривод. Материалы международной научно-технической конференции Ковров: КТИ, 1995.

96. Даршт Я.А Гидравлическая система объемного регулирования А.с. №1174596, 1985г. Бюл. №31; заявка №3568564, 1998.

97. Даршт Я.А. Аксиально поршневая гидромашина Полезная модель. Свидетельство №7150, 1998. Бюл. № 7, 1998: заявка № 97104824.

98. О+Р "Olhydraulik und Pneumatik" 44 (2000) Nr. 1.

99. Friedrich, Ch. CAD-Arbeitsplatz fur die Projertierung stetig steuerbager elektrohydraulischer Antribe . TU Dresden, 1988.

100. Weber,' J. Eie gerateorientiertes Modellierungskonzept mit Berucksichtigung der Fluideigenschaften fur die dynamisch Simualtion in der Hydraulik. TU Dresden, 1990.

101. Qrtwig, H. Analytische und experimented Untersuchung hochbelastbarer linienformiger Gleitkontakte in einer Flugelzellenpumpe. RWTH Achtn, 1990.

102. Zahe, В. Energischparende Schaltungen hydraulischer Antribe mit veranderichem Vtrsorgnunsdruk und ihre Regelung (IFAS) RWTH Achen, 1993.

103. Dietze, M. Messung und Berechnung der Innenstromung in hydraulischen SitzventilenTH Darmstadt, 1996.

104. Jang,D.-S. Verlustanalise an Axialkolbeneinheiten (IFAS) RWTM Achen, 1997.

105. Jarchow, M. Massnahmen zur Minderung hochdruckseitiger Pulsationen hydrostatischer Schragscheibeneinheiten. (IFAS) RWTH Achen, 1997.

106. Grad, K. Zur Steuerung und Regelung des Allradantriebs beim Traktoren Diss. TU Munchen 1996, Fjrtschritt-Bericht VDI Reihe 14, Nr.82 1997.

107. Chiang, M.-H. Adaptive Achsregelung fur Hydraulikbagger (IFAS) RWTH Achen, 1998.

108. Даршт Я. А. Расчет энергетических характеристик гидропривода платформы экскаватора. // Вестник машиностроения. -2004. №6

109. Flow-3d // FLOW SCIENCE, INC. Los Alamos, USA .

110. Даршт Я.А.; Холкин И.Н. Kyванов К.Е. Моделирование потоков рабочей жидкости в каналах гидроаппаратов//Приводная техника. №№ 9,10. - 1999.-С. 34-39.

111. Даршт Я.А. Пузанов А.В. Холкин И.Н. Расчет устройств гидроавтоматики// Сборник научных трудов КГТА. Ковров: КГТА, 1998. -С. 146-153. .

112. Орлов Ю.М. Некоторые положения новой теории и перспективы развития объемных гидромашин// Сборник научных трудов КГТА. Ковров: КГТА; 2000.

113. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Л.; Машиностроение,

114. Даршт Я.А.; Куванов К.Е., Пузанов А.В., Холкин И.Н. F10W-3D, в проектировании машиностроительной гидравлики/ САПР и Графика.- № 7. 2000.-С. 50-55.

115. Даршт Я. А. Расчетный комплекс машиностроительной гидравлики. Монография. Ковров: КГТА, 2003. -412с.

116. Казмиренко В.Ф. Электрогидравлические мехатронные модули движения: Основы теории и системное проектирование. Учебное пособие. — М.: Радио и связь, 2001. 432 с.

117. Даршт Я. А. Учет газосодержания при имитационном моделировании гидроустройств // Приводная техника. — 2004. №4.

118. Даршт Я.А. Имитационные модели гидропередач// Вестник машиностроения. 2004. №5.

119. Даршт Я. А. Имитационные модели гидроаппаратов// Автоматизация технологических процессов. 2004. № 12.

120. Даршт Я. А. Исследования характеристик малогабаритных обратно-предохранительных клапанов непрямого действия // Вестник машиностроения. 2004. №4. - С. 13-15.

121. Даршт Я.А. Холкин И.Н.,. Пузанов А.В. Исследования гидростатических опор плунжеров высоконагруженных аксиально-поршневых гидромашин. // Автоматизация технологических процессов. -2004. №3-С.7-13.

122. Даршт Я.А., Куванов К.Е. Моделирование гидравлических характеристик пропорциональных распределителей. // Тракторы и с/х машины. 2004. № 9.

123. Даршт Я.А. Пропорциональный распределитель манипулятора // Тракторы и с/х машины. 2004. №6.

124. Даршт Я.А., Помелов И.Е. Предохранительные клапаны гидроприводов мобильных машин // Тракторы и с/х машины. 2004. №2. -С.20-21.

125. Даршт Я.А. Имитационное моделирование рулевого управления колесным трактором // Тракторы и с/х машины. 2003. №9. -С.18-21.

126. Даршт Я.А., Пузанов А.В., Холкин И.Н. Комплекс моделирования гидромашин и гидросистем // САПР и Графика. 2003. № 6. — С. 58-61.

127. Даршт Я.А., Пузанов А.В., Холкин И.Н. Методики расчета клапанов. Учебное пособие. Ковров: КГТА, 1998.

128. Даршт Я.А. Имитационные модели гидроаппаратов // Международная научно-техническая конференция. "Гидромашиностроение. Настоящее и будущее": Тезисы докладов. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.-С. 28-29.

129. Даршт Я.А. Имитационные модели гидроаппаратов // Автоматизация технологических процессов. — 2004. № 12.