автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Однокаскадный клапан-пульсатор для гидроприводов циклического действия

2 1 НОЙ .

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРА1ДАНСКСЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи УДК 621.22

ЯКУБОВИЧ Валерий Петрович

ОДНОКАСКАДННЙ ШПАН-ПУЛЬСАТОР ДЯЯ ГИДРОПРИВОДОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.02.03.- системы приводов

Автореферат

диссертации на солскзпив ученей степени кандидата технпчэокях наук

Кгзв - 1994

■Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Винницком государственном техническом университете

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Бутько Владимир Степанович

доктор технических наук, профессор Искович-Лотоцкий Ростислав Дмитриевич

кандидат технических наук Солонин Ростислав Иванович

Винницкий проектно-конструкторски11 технологический институт гидроаг-, рогатов (ПКТ1! "ГИДРОАГРЕГАТ")

Защита диссертации состоится " У- XII

т.

1994 г,

часов на заседании специвлиииропаниого ученого совета К 072.04.03 при Киевском международном университете гражданской авиации по адресу: 252058, г. Киев, проспект Космонавта Комарова, I.

<< диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского международного университета' гражданской авиации.

.4'- Г/

Автореферат разослан "_£_" Л (* 1УУ4 г.

• Ученый секретарь специализированного ученого совета ^ (У Л

кандидат технических наук /^Лг^ЙУ " Я.Ф. Лабунец

общая характеристика работы

Актуалънооть теш. Вибровозбудители известных типов (пнеэматячес-кие. механические, электрические) не всегда удовлетворяет производство из-за ограниченных технологических возможностей, либо недостаточных технико-экономических характеристик, что, в первую очередь, определено способом вочбуждения колебаний и свойствами используемых энергоносителей.

Накоплен опыт применения гидравлических ви^рохзоэбудителей, перспективами направлением развития которых являютоя двухкаекздные кла-пвто-пульсятсрн.

В настоящей работе исследуется возможность использования в качестве элемента управления возвратно-поступательным движением гидроприводов циклического действия (ЩЦ) оригинальной конструкции вибровозбудителя - огшокасгадного клапана-пульсатора, отличающегося простотой конструкции, низкой стоимостью изготовления и высокой ремонтопригодностью.

Создание вибропозбудителеи предельно-простой конструкции важно для гидроприводов, работающих в условиях затаенности, вибраций и болыпих динамических нагрузок, влилшдих не степегь износа их основных элементов.

Целью работы является улучпенне качественных показателей элементов ГЦД путем создания рациональной конструкция однокаскацного клапана-пульсатора, методов ее проектирования и исследования, а также определение влияния на динамику клапана-пульсатора его конструктивных элементов, рабочих параметров гидросистемы и эксплуатационных характеристик исполнительного механизма.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основа положений теории гидравлического привода о учетом физических процессов, протекающих как в самом клапане-пульсаторе, так и в гидросистеме. Теоретические исследования выполнялись с использованием вычислительной техники. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных услсгяях на специально изготовленном стенде с при-меяенигм современной пкбролзморительноа аппаратуры, с уточнением параметров динамической жесткости рабочей среды.

Научная новизна. Разработаны расчетные схем! и мат°матпескио модели двух видов ПА с однокаскадчнм клапаком-пульсаторсм. Разработана расчетная схема и математическая.модель однокаскадного клапана-пульсатора, учитывающая его конструктивные особенности и рабочие параметры гидросистемы. Проведено ее исследование на ЭВМ, что позволило оценпть характер влияния отдельных составляющих ia-

тчштическол модели на погрешность моделирования.

Разработана методика вибора оптимальных параметров конструктивных алевдктдв клапана-пульсатора (на осново теории планирования эксперимента) с цельа получения заданной технологической характеристики процесса кагрукения, что дает возможность определить конструктивные параметра кладана-пульсатора на стадии теоретической разработки.

Яракткчеок&я цашпсть заключается в доведении предложенной методики выбора оптимальных параметров конструктивных алементов клапаиа-пулъсатста до конкретные рабочих проектов.

Решена задача использования оцнокасксдшх клапачов-пульсатрров в двух рчзлячнъ'х вариантах схем ЩЦ, что позволило создать оригинальные ■¡хот управления вибрационным циклом, защищенные шестью авторскими свидетельствами на изобретения.

Разработанные конструкции однокаскадного клапана-пульсатора отличаются простотой обслуживания и пяреглладаи режимов работы, высокой ремонтопригодностью и малок стоимостью, что подтверждает их перспективность.

Экономический эффект от основного внедрения ГЦД с однокаскьдным клапаном-пульсатором в виде вибростенда для Испытания гидроаппаратуры комбайнов "Дон" на виброуотойчивость при функционировании (завод "Таджикгидроагрегат" г. Душанбе) составил 60000 рублей в 1986 г.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-, прчктйчаской конференции "Гидроаппаратура и гидроприводы сельскохозяйственных машин" (февраль 1993 г., г. Винница), на республиканских научно-технические конференциях "Состояние, перспективы и опыт применения гидропривода в машиностроении" (декабрь 1976 г..Киев, январь 1981 г., г. Киев), на республиканской научно-технической конференции "Теоретические и прикладные проблемы развития наукоемких и малоотходных технологий обработки металлов давлением (май 1991 г.,г. Винница), на зональной конференции "Проектирование я эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гядропневмоавтоматики" (ноябрь 1л84 г.,г.Пенза), на заседании секции "Автоматизация процессов литейного производства" научного семинара "Автом .тизация и механизация литейных процессов" кафедры А1Л-5 МВТУ им. Н.Э. Баумана, на областных научно-технических конференциях 1977-1993 г.г.(г. Винница).

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в двенадцати печатных (семь статей и пять тезисов докладов) я гъух рукописных (отчеты по хоздоговорам, зарегистрированные ьо БНТИЦентре) рао'отах и защищены шесть» авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем работы. диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, выводов по работе, списка литературы и приложение. Содержание работы изложено на 128 страницах машинописного текста, иллюстрируется 91 рисунком и пятью таблицами. Приложение содержит 30 страниц. Список литературы состоит из 69 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проведения исследований ЩД с новым видом аппаратуры управления.

В первой главе представлен обзор принципиальных схем и методов исследования автоколебательных вибровозе дителей с золотниковым и клапанным уплотнением основного элемента распределения, что позволило детально проанализировать особенности схемных решений.

Автоколебательные гидравлические вибраторы с золотниковым уплотнением (распределением) и с зазором в цепи механической обратной связи, исследованию котори посвящены работы В.Н. Баранова и Ю.Е. Захарова, не обеспечивают надежности работы при относительно больших Скоростях и амплитудах движения рабочего органа.

Гидродвигатели возвратно-поступательного движения конструкции ВИСХОМ имеют следующие недостатки: трудность запуска¡низкая частота; невозможность регулирования амплитуды перемещения рабочего органа; обязательное наличие специального пуокателя для первоначального отвода золотника в одно из крайних положений.

Многие из указанных недостатков исключаются при использовании в ЩЦ вибровозбудителей с клапанным уплотнением (распределением).

В работах И.Б. Матвеева, Р.Д. Ксковича-Лотоцкого, М.Е. Иванова и других авторов достаточно подробно рассмотрены конструкции 1Щ различного назначения о применением двухкаскадных клапанов-пульсаторов.'

Но здесь не учитывается динамика основного элемента управления -клапана-пульсотора, без знания динамических процессов которого невозможно качественно спроектировать я рационально использовать сам привод.

■Наиболее полное исследование одной из конструкций двухкаскадшого клапана-пульсатора приведено в диссертационной работе В.Ф. Паптеле-ова, где недостаточно полно рассмотрены вопросы устойчивости автоколебаний я влияния неучтенных составляющих математической модели на погрешность моделирования.

Прое'ЛТИСОШШвТВД невозможно без учета влияния деформации рабочей жидкости, определяемой ео модулем объемной упругости.

В.Ф. Прокофьева« были проведены экспериментальные исследования

з;

динамического модуля объемно,! упругости фиксированного объема жидкоо-» ти, значение которого изменялось за счет гармонического перемещения плунжера. При этом уср.сдненная величина модуля объемной упругости ми- \ нерального масла типа ЛУ имела значение 2000 «Ша, начиния о давления 7 МПа и выше. Авто{1 указиюет, что динамика модуля объемной упругости жидкости зависит от конкретных особенностей гидропривода и характера его эксплуатации.

На основании изложенного в работе били поставлены и реиались следующие задачи:

- схемный поиск-возможных вариантов конструкции однокаскадного клапана-пульсатора;

- разработка расчетных схем и математических моделей 1ЦД с одно-каскадным клапаном-пульсатором, разработка расчетное схемы и математической модели однокаскадного клапана-пульсатора;

- теоретические исследования однокаскадного клапана-пульоатора я ПЩ с однокаскадннм клапаном-пульсатором;

- разработка методики выбора оптимальных параметров конструктивных элементов клапана-пульсатора, соответствующих требуемой технологической характеристике процесса нагрумания;

- экспериментальная проверка адекватности математических моделей и подтверждение эксплуатационных характеристик разработанного устройства ;

- экспериментальная провержа значения модуля объемной упругости рабочей жидкости п условиях эксплуатации рассматриваемых приводов;

- разработка конкретных конструкций клапана-иульсвтора в приводов циклического действия с однокаскадны1.. клапаном-пульсатором, основываясь на результатах проведенных исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям однокаскадного клапана-пульсатора и ЩД о одиокаскадыш клапаном-пульсатором, расчетные схемы которых показаны на рис. 1,-где исполнительный механизм 2 может быть расположен на входе клапана-пульсатора I (рис. Т,а) и на его выходе (рис. 1,6).

В исходном положении затвор клапана-пульоатора прижат к седлу по кромке меньшего диаметра (первая ступень срабатывания), больший диаметр затвора "3)2 (вторая ступень срабатывания) перекрывает своей нижней кромкой сливную магистраль на величину Хп • Между промежуточной полостью объемом и сливной магистралью установлен дроссель с объемным потоком {} к . улучшающий условия посадки затвора на седло в момент его возвращения в исходное положение.

Автоколебания затвора осуществляются 8с счет дискретного обраво-

77Ш7Ш

Рис. I. Расчетные схемы ГЦД: а - с исполнительным механизмом на входе клапана-пульсатора; <$ - с исполнительным механизмом на его выходе

Ог" 0,51(23)2 (Х- Хп+ Я-Хп|)\/рГ; Ой- (Цо - Кнру) ; Й- 0.5Кг»г(Х-Хп+ К-Ы) У1рг-¡>4 Щп (рг- р» ) ;

0,25к$а)1\/рГ; (¡к - Д25К53)1Уг|р2- рз| 5сдп(рг-рз); 0в-Ц25к»»с\/рГ; рз- ГР х; ; ■

вания второй ступени срабатывания ( Гг^ Рч ). что в сочетании о наличием положительного перекрытия Хп , приводит к мгновенному смещению затвора в верхнее положение, достаточное для разрядки гидросистемы. После чего затвор воуврощаьтся в исходное положение и цикл работы повторяется.

Разгрузка гидросистема осуществляется через клапаи-пульоатор либо на слив (рис. 1,а), либо в рабочую полость исполнительного механизма (рис. 1,6), ксто[>ая, в свою очередь, соединена со оливом через дроссель о объемным потоком О С .

При математическом описании моделей приняты следующие основные допущения: температура и сжимаемость жидкости постоянны; длины гидролн-ниИ незначительны при большой площади сечения, поэтому волновые процесса и потери давления в них не учитываются; переходный процесс в момент контакта затвора с седлом не оказывает существенного влияния на выходные параметры системы.

Математическая модель гидропривода с исполнительным механизмом на входе клапана-пульсатора (рио. 1,а):

(Он - 1}?-1}а~0чНУ'

I - + - Р« - Рк - М/Мк;

у - (Й- Рп-Й)/м«;

х>о. ц>а

(1)

Математическая модель гидропривода о исполнительным механизмом на выходе клапана-пульсатора (рис. 1,6):

(рм— 0з) С1; и (р1- 0!с- {?2-Ор) С2;

(Ог- 0п~0с) Сз; Х - (Й + Ь - Рк - Ря - Яс>/ Мк;

X >0, и>0,

<2)

где -Ci-E/(V< + V.); Ci-i£*+Ef)/Vi; Cz-£*/(Vz+ Vk); Сз-E/IVj+V»); Pi-p,ft; tf-jvFn; Рг-pzFp; Pj-fjFn; ti-jki; ie-to+fc; IV-МНк+Х); tn-Cuilin+y); PU£«y; 2jLh$$iXSimL/2 Co$l/Z(1~№ni/(2$iMfi-pz)

JA2$D2(X-Xn+IX-Xnl )Co$ 8(j>i- fy) - для гидропривода о исполнительным механизмом на внходе клапана-пульсатора;

- дг-» гидропривода с исполнительным, механизмом на входе клапана-пульсатора.

При контакте затвора клапана-пульсатора с седлом, системы уравнений. (1) и (2) вырождаются и становятся справедливыми условия:

х~0 при Х<0; Х- 0 при x«0:i

у« 0 при у< 0; при у=0. J (3)

В приведенных выражениях принята обозначения: Л - угол при вершине затвора; , - коэффициент вязкого трения затвора клапана-пульсатора и плунжера исполнительного механизма; Е - приведенный модуль объемиол упругости системы, учитывавший модуль упругости жидкости (Б*), материала трубопровода, ( Ёг) и стенок рабочей полости исполнительного механизма; F* , F^ , Frt - площади, соответствующие диаметрам <£м ,3)2 ,3)n ; Fp=fi-f< - рабочая площадь второй ступени срабатывания затвора; Q - угол отклонения струп жидкости; Ки - коэффициент, учитывающий изменение объемного к.п.д. насоса при изменении давления; JUt - коэффициенты расходов; Rc<=» Цг - суммарная осевая реактивная сила потока жидкости; » Rz ~ осевые реактивные силы, дойствутаие на первую и вторую ступени срабатывания затвора;Qo -номинальная подача жидкости насосом; J3 - плотность жидкости; У К , Vfl - заполняемые жидкостью объемы при движении второй ступени зат» вора клапана-пульсатора в плунжера исполнительного механизма; ftK »fill - начальные натяжения пружин клапана-пульсатора я исполнительного механизма.

С целью сокращения времена теоретических Псследованяй основного элемента управления ГЦД - однокаскадного ялапана-пульсаторз, была разработана его расчетная схема (рис. 2), где исполнительные механизмы заменены эквивалентны;^ объемами жадности на его входе и выходе. Математическая модель клапана-пульсатора описывается cncre-wii уравнений (2) без учета ео алеизптоа, отиосяцяхсл к иеполяпгельКйГ'кеиива-ну.

Для моделирования работы клапана-пульсатора использован наиболее распространенный метод интегрирования дифференциальных уравнений -метод Рунге-Кутта.

Для исключения неустойчивости численного решения при малых перепадах давлений Ji и. tyl , pz и . рЗ .» сжимаемостью жидкости в промежуточной долости объемом пренебрегали.

С целью дальнейшего упрощения математической модели изучалось влияние ее составляющих на выходные характеристики клапана-пульсатора." Изучалось влияние: силы вязкого трения; осевых реактивных сил потока жидкости; полней площади проходной щели между конусной (герметизирующей) частью затвора и острой кромкой седла; модуля объемной упругости рабочей жидкости, т.к. разными авторами рекомендованы для практических расчетов его разные значения.

ГЧяснено, что влияние полной расчетной площади первой проходной дели затвора, сил вязкого трения и осевых реактивных сил во многом зависят от размеров рабочей площади второй ступени срабатывания. При относительно небольших ее размерах, например, Fp = I|5'I0"^m ^ (2)1 = Ю'10"3м, 3)2 = 16- 10"3м) пренебрежение суммарной .осевок реактивной силой и полной площадью первой проходной щели не приводит к погрешности моделирования. Увеличение площади второй ступени срабатывания до значения Fp = 7,54-10~4ы2 ( 3)1 = Ю-Ю"3м, 3)2 = 32-Ю-Зм) приводит к погрешности моделирования до 10,7$ по амплитуде давления на входе клапана-пульсатора и до 19% - по частоте процесса при пренебрежении суммарной осевой реактивной силой потока жидкости.

Допущение, что клапан-пульсатор не является полноподъемным, как -«то сделано в диссертационном работе .В.Ф. Пантелеева, где значение °-лошади проходной щели клапана второго каскада между конической частью затвора, и острой кромкой седла определялось по приближенному выражению 5l3)Xiin А/2 вместо полного выражения - ¿- = ift<bXStnJ/2 (1~ХSinci/(23))) , приводит к погрешности моделирования как по амплитуде давления (до 7$), так и по частоте (до

Погрешность моделирования при пренебрежении силой вязкого трения имеет обратную зависимость: при fp = 7,54'КГ4^ (3)2= 32-10-^) погрешность моделирования при значении до значениями =

180 Н-с/м отсутствует. Уменьшение размеров рабочей площади fp до значения Fp = I,5-I0~4m2 (3)2 = 16-1С"эф приводит к погрешности моделирования частоты процесса до 18,5^' при незначительном значении погрешности амплитуды давления на входе клапана-пульсатора.

Ввиду того, что упростить математическую модель клапана-пульсатора без потери точности расчета не представляется возможным за счет

пренебрежения приведенными выше составляющими, дальнейшие теоретические исследования проводились с использованием численного метода интегрирования.

Анализ влияния модуля объемной упругости рабочей жидкости показа^ что использование при моделировании значений модулей 2000 МПа (В.Ф. Прокофьев) и 1660 МПа (Е. И. Абрамов) приводит к несовпадению результатов моделирования на 8% по частоте процесса и по амплитуде давления на входе клапана-пульсатора. (Результаты экспериментального исследования динамического модуля объемной упругости масла индустриального И-ЗОЛ приведены в третьей главе).

Для обеспечения одной из требуемых технологических характеристик процесса нагружения, т.е. необходимых значений частоты, амплитуды давления на входе, либо давления на выходе клапана-пульсатора, был произведен выбор оптимальных параметров его конструктивных элементов по методу планирования мпогофакторного эксперимента при поиоке оптимальных условий,- Ввиду отсутствия экспериментальных данных по однокас-кадннм клапйнам-пульсатооам,использовались результаты математического моделирования. В качестве критериев, относительно которых производился выбор параметров конструктивных элементов клапана-пульсатора, приняты-следующие безразмерные величины его-выходных характеристик: размах колебания давления р.) на входе клапана-пульсатора, ха-рактеризугацкй полный сброс давления

разках колебания давления рз на выхода плапана-пульсатора отноевтель-!ю давления р( из его входе

•г о руд необходимо достичь.

По результатам р-'яекпя системы урагнезпй, исхода из условий кат-ржн плоннрокшая зглач шюгоКакторйого годелировапяя, определялись . ноэДОщштн ^.грзеезя д оценивалось вяшзта принятых к. псслздоваизо конструктивных здемвгоа пяапшш-пульез'торэ • ( , >«Ьх ».<йе , Ха , С К • Мк ■) па к-апчвотвешягз язнгкошнт прявапк кратгрзвв.

Паявясио, что вай-Зсдмззй ^лпп-чпе па'прпяятиз кригорув оказигсют размер* пэрзсИ а вт-о£с~ ступеней срабахшзакпя с гладей? кр::торо} соотвэ'гогсует кснструкцгя Еяап5яа-пул«:зтсга с- епрэдзлекыйгя сотзгг-нияка кзрз:;схргз я

К-

Отыскание области оптимума проводилось методом крутого восхождения. (метод Бокса-Уильсони).

Полученные оптимальные решения экспериментально проверялись. На принятых критериев щяктически .реализовывалась возможность получения частоты нагружеиия (автоколебаний) Jh - IV Гц (критерии (G)) за счет конкретного.сочетания пирометров конструктивных элементов клапана-пульсатора ( 2)1 = 10'10~3м, 3)2 = 16-10~3м) и возможность получения максимальной амплитуды давления fi на входе клапана-пульсатора (критерий (4)).

Па рис. 3 показан типичны.! экспериментальный процесс работы клапа-на-пульсато1>и kohkihjthoü конструкции для получения максимального сброса давления на входе а клапан при следующем сочетании параметров его конструктивных элементов: 3Ö1 = Ю'Ю"*3м; 3Ö2 = 32'10~3м;<&К = 3-Ю~3м; 3)С = Ь-Ю-Зм; Лп -- У-Ю~3м.

Теоретическое значение критерия {ji при прицеленных выше значениях параметров конструктивных элементов клапана-пульсатора Iji = 0.В82 незначительно отличается от экспериментального, где эта величина соответствует значению 1/1 = 0,906, что позволяет считать приняты.! метод выбора параметров конструктивных элементов клапана-пульсатора Приемлемым при разработке подобных конструкций на стадии их проектирования при отсутствии экспериментальных данных, т.е. до воплощения конструкции в металл.

Проведены теоретические исследования влияния ¡«бочих параметров гидросистемы на выходные характеристики реальной конструкции клапана -пульсатора, исслецована возможность их регулирования, а также проведена проверка адекватности по результатам эксперимента. Результаты теоретических исследований удовлетворительно совпили с результатами эксперимента.

Построены графики зависимости амплитуды давления pi на входе и давления pj на выходе клапана-пульсатора, а также частоты процесса от давления срабатывания клапана-пульоатори и параметров Vi . Уз ..Qh. Исследования показали, что переналадка нятребуемый ¡.ежим |.аботыкда-пана-пульсато1>а осуществима за счет изменения давления срабатывания, нагружаемых объемов на входе и выходе клапана-пульсатора, а также изменения величины подачи жидкости насосом.

Определены области существования устойчивых автоколебаний в пространстве параметров 3)к и 3)2 ; я Qh .

Ировоцилооъ математическое моделирование работы ГЦД с однокаскдд-ным клапаном-пульсатором конкретной конструкции при расположении ;

Рис. 2. Расчетная схема клапана-пульсатора с нагружаемыми объемами жидкости на его входе и выходе

Рис. 3. Типичная осциллограмма работы кднпана-пульептора

исполнительного механизма на его .входе и выходе (см. рис. I), целью которого являлось изучение.влияния эксплуатационных параметров исполнительного механизма на динамические характеристики привода.

Определены зависипэсти пикового перемещения рабочего органа и частоты процесса от давления срабатывания клапана-пульсатора, приведенной массы перемещающихся частей и коэффициента вязкого трения , '

Теоретические исследования подтвердили возможность предложенной конструкции клапана-пульсатора управлять двумя видами приводов: с исполнительным механизмом на входе и с исполнительным механизмом на выходе клапана-пульсатора. Величина пикового перемещения рабочего органа в том и другом приводе уменьшается с увеличением массы, что присуще многим автоколебательным приводам, конструкции которых рассмотрены в первой главе, но частота процесса привода с исполнительным ме-хр"измом на выхо/р клапана-пульсатора при этом изменяется незначительно, что позволь рекомендовать этот вид привода в условиях повышенных требовиний к стабильности частоты процесса нагружения.

В третьей главе рассмотрены экспериментальный вариант конструкции клапана-пульсатора и схемы стендов для испытания 1ВД. Описана аппаратура регистрации процессов в гидроприводах. В качестве преобразователей давления применялись тензометрические датчики типа ТДД с тензо-усилптелем типа 8АНЧ-7М, перемещение подвикних элементов фиксировалось индуктивными преобразователями типа ДЛ с аппаратурой ВИ6-5МА. В качестве регистрирующего устройства использовался светолучзвой осциллограф типа Н-117.

- Оценена погрешность обработки экспериментальных данных, которая составляла 4,47$ при измерении давления и 5,2% при измерении перекг-щений.

В соответствии с поставленной целью, исследовался динамический дедуль объемной упругости масла индустриального И-20А как в состояния поставки, так и пр:; работе клапана-нульсатора. Динамически» модуль объемней упругости определялся косвенным матодсм - пр:1 поиозщ спзци-альногокзготовленного нагруяаще'го устройства,■состоящего из толстостенной компрессионной к а нары с-плуняероа, саонншс масс :: затвора, удерживавшего плунаор с кассой в верхнем полокепип. При заполнений' маслом компрессионной камора и удалением и; нео воздуха, затвор снимался, а плуняор с г.:айос/> соварпали затухзадле колебания с ссбствз::» 'ной частотой, завпсяэеЙ от кесткости систем. По -частота корехс/щого процесса определялся дшамлчаеккй г.одулI. упругое"к гама.

Обработка осциллограф покайада, что еиечон-з дпкз:.-.;:чссксгс коду— ля объемной упругости масла индустриального ¡1-30.'. в состояние ссе-

тавки несколько отличается от значения адиабатического модуля объем-иол упругости <1850 МПа), приведенного в справочной литературе, и имеет среднее значение 2000 ЫПа, что подтверждает результаты исследования, проведенного В.Н. Прокофьевы!* при опреленви динамического модуля объемной упругости масла типа АУ по вынужденной частоте процесса нагружения.

При помощи нагружающего устройства определялся модуль объемной упругости масла И-ЗОА в гидросистеме циклического действия о одно-каскадным клапаном-пульсатором. Исследования показали, что величина модуля Ht зависит от времени работа клапана-пульсатора и места его расположения.

Экспериментальными исследованиями выявлены особенности процессов работы -клапана-пульсатора с нагружаемыми объемами на его входе и выходе и при их замене на исполнительные механизмы. Подученные экспе-риыентально характеристики с достаточной точностью совпала с теоретическими, что подтверждает правильность допущений при составлении ■ математических моделей ГЦД'с однокаскадным клапаном-пульсатором.

В четвертой глава приведены новые конструкции ПЭД, созданные на 7 базе однокаскадшого клапана-пульсатора (авторские свидетельства й 624692, 653358, 681236, 698713, 730605). Показана возможность использования клапана-пульсатора не только в двухходовом исполнении, но и трех, и четырехходовом. На основании экспериментально . подтвержденных теоретических исследований разработана конструкция и изготовлен опытный образец однокаскадного клапана-пульсатора, рекомендованный для промышленного изготовления. Приведены типичные осциллограммы его райоты при натурных испытаниях. В качестве критерия, относительно которого производился, выбор параме.троз конструктивных элементов клапана-пульсатора, принята максимальная амплитуда давления на его выходе. •:

Приведена конструкция вибратора, состоящая из одного модуля со встроенными'в нем исполнительным механизмом и клапаном-пульсатором, выполненная по схеме привода с исполнительным механизмом на входе, которая использовалась в 1986 г. для испытания гидроаппаратуры комбайна "Дон" на виброустойчивость при функционировании.

Приведена конструкция виброустоновки, выполненной по схеме привода с исполнительным механизмом на выходе клапана-пульсатора, которая использовалась в 1990 г. для испытаний гидроаппаратур! комбайнов "Дон" на виброустоичивость. Виброустановка состоит яз двух состыкованных модулей: однокаск шого нлапана-пульст .¡-а, создающего колебания давления жидкости пялОо^аноп iopr.."! н | ^.очеа полости

исполнительного механизма и самого исполнительного механизма, трансформирующего пилообразную форму колебаний рабочей жидкости в синусоидальные колебания вибростола. В связи с тем, что по техническому заданию на выполнение НМР, частота вибрационной нагрузки должна была быть в пределах I? * ^ Гц, для выбора параметров конструктивных элементов клапана-пульсатора применялся критерий уз (6), обеспечивающий заданную частоту процесса.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. На основании проведенного анализа принципиальных схем автоколебательных гидравлических вибровозбудителей и схем гидроприводов на их основе, в качестве основного элемента управления гидроприводами циклического действия предложена принципиальная схема однокаскадного клапана-пульсатор-, методика его исследования и проектирования.

Разработаны к тематические модели двух гидроприводов циклического действия с однокаскадным клапаном-пульсатором и математическая модель однокаскадного клапана-пульсатора, что позволило значительную . часть исследований проводить на ЭЦВМ.

3. Оценено влияние на погрешность моделирования составляющих математической модели клапана-пульсатора, которыми во многих случаях пренебрегают при моделировании динамики гидроприводов циклического дей- . ствия и общего назначения: реактивной силы потока жидкости; силы вязкого трения; значения динамического модуля объемной упругости жидкости; полной площади дроссельной щели при конической форма уплотнения по оотрой кромке.

Исследование показало, что значение погрешности пря пренебрежении осевыми реактивными потоками жидкости и полной площадью дроссельной щели при конической форме уплотнения затвора зависит от размеров его второй ступени. Например, при = 16-Ю-3м эта погрешность минимальна. Увеличение диаметра 3)2 приводит к увеличения погрешности и при его значении 3)2 - 32-10"3м погрешности составляют: до 11% по амплитуде давления на входе клапана-пульсатора и до 19% по частоте процесса - при пренебрежении реактивными силами потока жидкости; до 1% по ашштуде давления и частоте - пря допущении, что клапан-пульсатор не является'полноподъемяыы; до по амплитуде давления с частоте - при использовании в расчетах.рекомендованного (1660 1Шг) значения модуля объемной упругости минерального масла.

4. На основе метода планирования эксперимента преддскогщ критерия оценки выходных характеристик клапана-пульсатора, кегодиха его исследования я проектирования, позволяюдая использовать результаты те-

оретического моделирования для выбора 'рационального сочетания конструктивных параметров о целью получения одной из Требуемых технологически характеристик работы привода^

Наиболее существенное влияние на параметры оптимизации оказывает сочетание размеров диаметров (площадей) первой в второй ступеней срабатывания затвора: максимальное значение амплитуды давления на входе клапана-пульсатора можно получить при значениях ¡1)* = 8,5-10~3м и3)2 = З4а10~3м; максимальное значение давленая на выходе клапана-пульсатора - < 0,5 р< ) - при = П,5-10~3ы и&2 = 22'10"эм: максимальное значение частоты процесса достигается при уменьшении отношения

Рг/Р*.

5. Теоретические и экспериментальные исследования подтвердили возможность наладки на требуемые значения выходных параметров клапана-пульсатора га счет изменения давления срабатывания рс - при регулировании амплитуды давления на входе клапана-пульсатора; за счет изменения значении ^е я объема жидкости' № - при регулировании давления на выходе; за счет изменения значений рс , VI и подачи жидкости насосом - при регулировании/ частоты автоколебаний,

6. При сравнения теоретических и экспериментальных данных получено их удовлетворительное совпадение, что подтверждает возможность использования предложенных методов проектирования для разработки конкретных конструкций гидроприводов циклического действия стднокас-кадным клапаном-пульсатором,

7. Разработанная конструкция клапана-пульсатора обеспечивает заданный технологический режим процесса нагружения и устойчивый периодический процесс при строкой изменения эксплуатационных параметров гидросистемы, имеет низкую стоямооть изготовления и высокую ремонтопригодность.

8. Исследованиями определена возможность использования одяокаскад-ного клапана-пуяьсатора в двух различных вариантах приводов, что позволило на их основе разработать новые Охемы управления вибрационным циклом, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения. При разработке некоторых из них использована возможность совмещения описанных выше приводов в один привод циклического действия, что доказывает возможность широкого применения разработанной конструкции однокаскадного клапана-пульсатора.

Оснбвныв положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

I. А.С. 624692 СССР, МКл В 2'} 9/06. Гидравлическс вибрационное устройство / И.В. Матвеев, М.8. Иванов, В.П. Якубович (СССР). -

* 2467888/25-27; Заявлено 01.04.77; Опубл. 25.09.78. Бюл. J» 35.

2. A.C. 653358 СССР, МКл Е 02 F 9/22. Привод рабочего органа циклического действия / И.Б. Матвеев, В.П. Якубович (СССР)..* 2457094/29-03; Заг лено 27.01.77; Опубл. 25.03.79. Бюл. * II.

3. A.C. 681236 СССР, МКл F 15 В 21/12. Вибратор / В.П. Якубович, О.Л. Гайдамак (СССР). - * 2565235/26-06; Заявлено 02.11.76; Опубл. 25.08.79. Бюл. » 31. .

4. A.C. 698713 СССР, МКл В 21 3 9/4. Гидравлическое вибрационное устройство / В.П. Якубович, О.Л. Гайдамак (СССР). - * 2624580/25-27; ваявлено 07.06.78; Опубл. 25.11.79. Бюл. # 43.

5. A.C. 730605 СССР, МКл В 30 В 1/32. Гидравлический инерционный вибропресс / И.Б. Матвеев, В.П. Якубович (СССР). - * 2674110/25-27; заявлено 13.10.78; Опубл. 30.04.80. Бюл. * 16.

6. A.C. I7233G" СССР, МКл F 15 В 21/12. Гидравлический вибратор / U.A. Дрончак, И.ь. Матвеев, В.П. Якубович (СССР). - * 4449903/29; Заявлено 27.06.88; Опубл. 30.03.92. Бюл. * 12.

7. Бутько B.C., Якубович В.П. Динамический модуль объемной упругости минерального масла в состоянии поставки //Исследование эксплуатационных свойств авиа ГСМ и спецжидкостей: Сб. науч. трудов. -Киев, КНИГА, 1986. - С. 52-58.

8. Бутько B.C., Якубович В.П. Оптимизация конструктивных параметров однокаскадного клапана-пульсатора методом планирования задач многофакторного моделирования // Гидропривод и гидропневмоавтоматика: Респ. межвед. сб. - Киев, 1991. - Вып. 27.- С. 60-66.

9. Бутько B.C., Якубович В.П. Влияние рабочих параметров гидросистемы на динамические характеристики однокаскадного клапана-пульоатора //Гидропривод и<гидропневмоавтоматика: Респ. межвед. сб. - Киев,I991. - Вкп. 27. - С.'66-69.

10. Матвеев И.Б., Якубович В.П. Гидравлический виброударный привод формовочных машин //Литейное производство. - 1978. - Je 5.- С. 33-34.

11. Матвеев И.Б., Якубович В.П. Дистанционный виброударныЁ возбудитель с клапаном-пульсатором прямого действия // Гидропривод и гидропневмоавтоматика: Респ. межвед. сб. - Киев, 1979. Вып. 16.-С. 90-94.

12. Матвеев И.Б., Якубович В.П. Гидравлический привод ударного действия, управляемый однокаскадным клапаном-пульсатором /Дузнечно-ттамповочное производство. - 1979. - й 4. - С. 23-25.

13. Якубович В.П. О возможности применения однокаскадного клапане в режиме пульсатора //Реферативная информация о НИР в вузах УССР. -Киев: Вища школа, 1978. - Bun. 21. - С. 3-4.

Якубович В.П. Однокаскадный клапан-пульсатор для гидроприводов циклического действия.

Диссертация на соискание ученой cTeneijn кандидата технических наук по специальности 05.02.03.- системы приводов, Киевский международный университет гражданской авиации, Киев, 1994. Зачищается 7 научных работ и 6 авторских свидетельств по гидроприводам циклического действия (1Щ) с однокаскадным клапаном-пульсатором (ОКП), а также результаты теоретических и экспериментальных исследований. Разработаны математические модели ЩД и ОКП; на основе метода планирования эксперимента предложена методика проектирования ОКП на стадии теоретической разработки; определены области устойчивости периодичеокого процесса пря моделировании динамики ОКП численным методом; осуществлено внедрение предложенной конструкции ОКП; приводятся данные о ее эффективности в процесое эксплуатации.

Ключевые слова: гидроприводы циклического действия, однокаскадный клапан-пульсатор,

Yakubovich v.p, проектирование.

One-cascade valva-pulsator for hydraulic drives of cyclic action. Thesis is presented for degree of candidate of science,specialized field 05.02.03.- drive systems,Kiev International Civil Aviation University,Kiev,199^.

? researches and 6 author's certificates on hydraulic drives of cyclic action(HDCA) with one-cascade valve-pulsator(OCVP) are defended as well аз the results of theoretical and experimental researoh.Mathematical models of HDCA and OCVP have been worked out.Technique of OCVF designing at the stage of theoretical elaboration has been suggested.This technique is ba3ed on the method of experiment planning.The regions of. stability of periodic process when modelling OCVP dynamics have been determined with the help of numerical method.Introduction of suggested OSVP design has been put into practice.The data of its efficiency during use have been given.

Key wordstHydraulic drives of cyclic action,one-ensrnde vwlve--pulaator,designing.

19

Jl^f^-7