автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Переходные процессы в гидроприводе грузоподъемных машин

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ТОРМОЖЕНИЯ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА ГИДРОПРИВОДА И МЕТОДОВ ИХ РАСЧЕТА

1.1. Способы торможения выходного звена гидропривода и их сравнительный анализ

1.2. Анализ математических моделей гидропривода

1.3. Анализ методов расчета процесса торможения выходного звена гидропривода

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГИДРОПРИВОДА С ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ

2.1. Динамическая модель гидропривода

2.2. Математическая модель гидропривода без учета сжимаемости жидкости

2.3. Математическая модель гидропривода, включающего предохранительный клапан, установленный параллельно гидродвигателю, без учета сжимаемости жидкости

2.4. Математическая модель гидропривода с учетом сжимаемости жидкости

2.5. Математическая модель гидропривода, включающего предохранительный клапан, с учетом сжимаемости рабочей жидкости

3. РЕШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГИДРОПРИВОДА

3.1. Решение математической модели гидропривода с тормозным устройством

3.2. Решение математической модели гидропривода с предохранительным клапаном

3.3. Решение математической модели гидропривода с учетом сжимаемости рабочей жидкости

3.4. Решение математической модели гидропривода, включающего предохранительный клапан, с учетом сжимаемости рабочей жидкости

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТОРМОЗНЫХ

УСТРОЙСТВ

4.1. Математическая модель гидропривода с тормозным устройством ОАО "Красноярский завод лесного машиностроения"

4.2. Анализ влияния параметров гидропривода, тормозного устройства и внешней нагрузки на процесс торможения выходного звена

4.2.1. Анализ влияния диаметра дроссельного отверстия тормозного клапана

4.2.2. Анализ влияния объема сливной полости гидроцилиндра

4.2.3. Анализ влияния нерастворенного воздуха

4.2.4. Анализ влияния приведенной массы

4.2.5. Анализ влияния пути торможения

4.2.6. Анализ влияния закона изменения площади поперечного сечения канала тормозного устройства

4.2.7. Анализ влияния температуры рабочей жидкости

4.3. Методика расчета тормозных устройств 114 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120 ПРИЛОЖЕНИЕ 129 АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Актуальность работы. Гидропривод успешно применяется на транспорте, в горных, строительных, путевых, мелиоративных и сельскохозяйственных машинах, на судах, летательных и подводных аппаратах, в станках, подъемно-транспортных механизмах и автоматических линиях, на машиностроительных, металлургических, химических и других предприятиях, в самоходных машинах и технологическом оборудовании /9, 11, 1417, 20-23, 26-28, 30-35, 37, 38, 40, 41, 53, 54, 59, 62-64, 67, 72, 73, 75-80, 87, 89, 91-93, 96-98, 102, 104/. С развитием комплексной механизации и автоматизации производственных процессов функции гидропривода расширяются и усложняются. Одновременно происходит интенсификация работы грузоподъемных машин и технологического оборудования, что приводит к увеличению скоростей и масс движущихся частей. При значительной массе частей механизмов, совершающих возвратно-поступательное и возвратно-поворотное движение, невозможно повысить их скорость, если не обеспечено безударное торможение. Кроме того, повышение скорости обеспечивает максимальное увеличение производительности только тогда, когда время реверса будет возможно малым. Поэтому при проектировании гидроприводов для новых грузоподъемных машин и для модернизации существующих машин одной из важных задач является рациональное выполнение переходных процессов при движении элементов гидропривода и, в частности, определение оптимального закона торможения поршня гидроцилиндра.

Цель работы. Разработка методики расчета тормозных устройств, позволяющей существенно сократить объем экспериментальных работ по доводке тормозных устройств гидрофицированных грузоподъемных машин.

Задачи исследований. 1. Разработка математической модели гидропривода манипулятора для расчета параметров гидропривода на участке торможения. 2. Реализация указанной модели на ЭВМ с учетом различных эксплуатационных факторов. 3. Разработка методики расчета тормозных устройств гидропривода манипулятора, позволяющей существенно сократить объем экспериментальных работ по их доводке.

Научная новизна. Разработана математическая модель гидропривода, включающего тормозное устройство, с учетом сжимаемости рабочей жидкости. Исследовано влияние параметров гидропривода, тормозного устройства и внешней нагрузки на процесс торможения выходного звена.

Практическая ценность. Разработана методика расчета тормозных устройств гидроцилиндров, позволяющая существенно сократить объем экспериментальных работ по их доводке. Математическая модель гидропривода применена при проектировании новых гидрофицированных машин и технологического оборудования и модернизации существующих.

Апробация работы. Результаты настоящей работы докладывались на конференциях, на научно-техническом совете ОАО "Красноярский завод лесного машиностроения". Отдельные вопросы диссертации обсуждались в Сибирском научно-исследовательском институте лесной промышленности (СибНИИЛП, г. Красноярск) и Сибирском НИИ строительно-дорожного машиностроения, а также на кафедре Гидропривода и гидропневмоавтоматики КГТУ, в Красноярской архитектурно-строительной академии и Красноярском аграрном университете.

Публикация результатов. Автором опубликовано 23 работы, в том числе 9 научных работ по теме диссертации.

Внедрение результатов исследований. Методика расчета тормозных устройств гидроцилиндров принята к внедрению ОАО "Красноярский завод лесного машиностроения". Материалы диссертации используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также на лекциях по динамике гидро- и пневмоприводов. 6

Объем работы. Диссертация включает введение, четыре раздела, заключение и список использованных источников. Диссертация изложена на 149 страницах, включая 56 рисунков и приложение на 20 страницах.

Основные результаты работы следующие:

1. Разработана математическая модель гидропривода, включающего тормозное устройство с учетом сжимаемости рабочей жидкости.

2. Разработан алгоритм решения математической модели, удобный для практического применения.

3. Проведены расчеты переходного процесса торможения выходного звена гидропривода поворота колонны манипулятора, которые позволяют провести анализ влияния различных конструктивных и эксплутаци-онных факторов на характеристики процесса торможения. Расчетные данные имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными

4. Исследовано влияние на основные параметры процесса торможения следующих факторов: диаметра канала нерегулируемого тормозного дросселя, закона изменения поперечного сечения канала регулируемого тормозного дросселя, объема сливной полости гидрсцилиндра (в конце

119 процесса торможения), процента содержания нерастворенного воздуха в рабочей жидкости, приведенной массы выходного звена гидропривода, пути торможения, температуры рабочей жидкости.

5. Разработана методика расчета тормозных устройств, позволяющая оптимизировать их конструктивные элементы.

6. Методика расчета тормозных устройств гидроцилиндра поворота колонны манипулятора и результаты расчета тормозных устройств гидроцилиндра поворота колонны манипулятора внедрены на ОАО "Краслес-маш", что позволило существенно сократить объем экспериментальных работ по их доводке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе анализа процесса торможения выделены основные параметры, характеризующие переходный процесс. К ним относятся: путь и время торможения, скорость и ускорение выходного звена, давление в напорной и сливной полостях гидроцилиндра. Разработка и решение математической модели гидропривода поворота колонны манипулятора позволили получить зависимости изменения основных параметров процесса торможения от времени и выявить факторы, влияющие на них. Исследовано влияние на основные параметры процесса торможения следующих факторов: диаметра канала нерегулируемого тормозного дросселя, закона изменения поперечного сечения канала регулируемого тормозного дросселя, объема сливной полости гидроцилиндра (в конце процесса торможения), процента содержания нерастворенного воздуха в рабочей жидкости, приведенной массы выходного звена гидропривода, пути торможения, температуры рабочей жидкости.

1. А. с. СССР №1076659. Тормоз гидроцилиндра /Д. М. Соркин, А. С. Маслов. Опубл. в Б. И. 1984, №8.

2. А. с. СССР №1259064. Устройство для торможения исполнительного органа /В. А. Баев. Опубл. в Б. И. 1986, №35.

3. А. с. СССР №1293404. Гидравлический демпфер /В. А. Бартеньев, В. В. Маслов, С. В. Демьяненко. Опубл. в Б. И. 1987, №8.

4. А. с. СССР №322538. Гидравлический демпфер /А. А. Рекиш, А. В. Горностай. Опубл. в Б. И. 1981, №24.

5. А. с. СССР №322538. Гидравлический демпфер /Ф. А. Малич, П. О. Водопьянов, А. И. Уманец. Опубл. в Б. И. 1971, №36.

6. А. с. СССР №894252. Гидравлическое тормозное устройство /Б. Д. Оренбойм. Опубл. в Б. И. 1981, №48.

7. Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода: Справочник. 2-е изд., перераб. Киев: Техника, 1977. 320 с.

8. Аврутин Е. И, Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода. М.: Машиностроение, 1965. 286 с.

9. Алексеева Т. В. Гидропривод и гидропневмоавтоматика земле-ройно-транспортных машин. М,: Машиностроение, 1966. 147 с.

10. Ю.Алексеева Т. В. Оптимальные параметры гидропривода землерой-но-транспортных машин//Сб. статей "Гидропривод и гидроавтоматика в машиностроении " М: Машиностроение, 1966. С. 209-219.

11. Алябьев В. И., Ильин В. Ф., Стефанов О. А. Самоходные лесопогрузчики. М.: Лесная пром-сть, 1974. 208 с.

12. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики /Ю. А. Данилов, Ю. Л. Кирилловский, ЮГ. Колпаков. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.

13. Атабеков Г. И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. 424 с.

14. Бавельский M. Д., Девятое С. И. Гидропневмоавтоматика деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесн. пром-еть, 1978. 318 с.

15. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. 320 с.

16. Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971. 670 с.

17. Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели. М.: Машиностроение, 1974. 605 с.

18. Бердников В. В. Прикладная теория гидравлических цепей. М.: Машиностроение, 1977. 192 с.

19. Бесекерский В. А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. 768 с.

20. Блекборн Д., Ритхоф Г., Ширер Д. JI. Гидравлические и пневматические силовые системы управления. М.: Изд. Иностранной литературы, 1962.614 с.

21. Богданович Л. Б. Объемные гидроприводы. Киев: Техника, 1971.172 с.

22. Бочаров Ю. А., Прокофьев В. Н. Гидропривод кузнечно-прессовых машин. М.: Высш. шк., 1969. 248 с.

23. Брон Л. С., Тарковский Ж. Э. Гидравлический привод агрегатных станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1974. 328 с.

24. Буренин В. В. Новые конструкции силовых гидроцилиндров // Приводная техника. 1999. №3-4. С. 58-61.

25. Бутенин И. В. Теория колебаний. М.: Высшая школа, 1963. 188 с.

26. Васильченко В. А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 301 с.

27. Гавриленко Б. А., Минин В. А., Рождественский С. Н. Гидравлический привод. М.: Машиностроение, 1968. 502 с.

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

29. Герц Е. В. Динамика пневматических систем машин. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.

30. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

31. Гидравлические и пневматические силовые системы управления: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Блэкборна и др. М.: Мир, 1962. 614 с.

32. Гидравлические прессы. Некоторые конструкции и расчеты. / Под ред. инж. Б. П. Васильева М.: Машиностроение, 1966. 436 с.

33. Гидравлический следящий привод. / Н. С. Гамынин и др. М.: Машиностроение, 1968. 564 с.

34. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмопередачи. / А. Ф. Андреев, Л. В. Барташевич, Н. В. Богдан и др.: Под ред. В. В. Гуськова. Минек: Вышейши школа. 1987. 310 с.

35. Гидропривод тяжелых грузоподъемных машин и самоходных агрегатов / В. И. Мелик-Гайказов, Ю. П. Подгорный, М. Ф. Самусенко, П. П. Фалалеев. М.: Машиностроение, 1968. 263 с.

36. Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков /В. А. Федорец, М. Н. Педченко, А. Ф. Пичко и др.: Под ред. В. А. Федорца. Киев: Вища школа. 1987. 375 с.

37. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем: Пер. с фран. М.: Мир, 1964. 388 с.

38. Голубев В. И. Пути создания конкурентоспособных гидроприводов // Приводная техника. 1999. №3-4. С. 2-6.

39. Динамика следящих гидроприводов / Б. И. Петров, В. А. Полковников, Л. В. Рабинович и др.: Под ред. Л. В. Рабиновича. М.: Машиностроение, 1982. 496 с.

40. Емцев Б. Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, 1987.463 с.

41. Ерахтин Д. Д., Багин Ю. И. Гидросистемы лесозаготовительных машин. М.: Лесн. пром-сть, 1979.199 с.

42. Ермаков В. В. Гидравлический привод металлорежущих станков. М.: Машгиз, 1963. 324 с.

43. Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1978. 736 с.

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

45. Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов/ Д. Н. Попов, С. А. Ермаков, И. Н. Лобода и др.: Под ред. Д. Н. Попова. М.: Машиностроение, 1978. 142 с.

46. Иринг Ю. Проектирование гидравлических и пневматических систем: Пер. со словац. Д. К. Раппопорта. Л.: Машиностроение. 1983. 363 с.

47. Каверзин С. В., Лебедев В. П., Никитин А. А. Дроссельный разогрев рабочей жидкости в гидроприводе самоходных машин // Строительные и дорожные машины. 1995. №10. С. 20-22.

48. Каверзин С. В., Лебедев В. П., Сорокин Е. А. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах. Красноярск: изд. Офсет. 1998. 240 с.

49. Каменецкий Г. И. Гидравлический привод автоматической смены инструмента// Сб. науч. Тр. М.:ЭНИМС, 1982. 195 с.

50. Коваль П. В. Гидравлика и гидропривод горных машин. М.: Машиностроение, 1979. 318 с.

51. Кожевников С. Н., Пешат В. Ф. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.

52. Кожевников С. Н., Праздников А. В., Смоляницкий Э. А. Динамическое исследование быстродействующего механизма с дроссельным следящим управлением//Сб. статей "Гидропривод и гидроавтоматика в машиностроении " М: Машиностроение, 1966. С. 42-55.

53. Комаревская О. В., Столбов JL С. Практические расчеты гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1984. 44 с.

54. Комаров М. С. Динамика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1969. 292 с.

55. Коробочкин Б. JI. Динамика гидравлических систем станков. М.: Машиностроение, 1976. 240 с.

56. Лебедев В. П., Каверзин С. В., Никитин А. А. Предпусковая подготовка гидропривода самоходных машин // Межвузовский сборник "Материалы, технологии, конструкции" / Отв. ред. В. В. Стацура. Красноярск: CAA, 1995. С. 56-60.

57. Лебедев Н. И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. М.: Лесн. пром-сть, 1986. 296 с.

58. Левитский Н. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1990.592 с.

59. Левитский Н. И., Цуханова Е. А. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов. М.: Машиностроение, 1971. 321 с.

60. Лещенко В. А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

61. Льюис Э., Стерн X. Гидравлические системы управления. М.: Мир, 1966. 407 с.

62. Машиностроительный гидропривод /Л. А. Кондаков, Г. А. Никитин, В. Н. Прокофьев и др.: Под ред. В. Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. 495 с.

63. Метлюк Н. Ф., Автушко В. П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей. М.: Машиностроение, 1980. 231 с.

64. Муратов В. А., Павловский С. А. Гидроцилиндры. М.: Машиностроение, 1966. 170 с.

65. Навроцкий К. Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1991. 384 с.

66. Никитин А. А. Повышение эффективности и надежности гидро-фицированных машин и оборудования // Достижения науки и техники -развитию сибирских регионов: Тез. докл. всероссийской науч. практ. конф. г. Красноярск, 1999.

67. Никитин А. А. Снижение нагрузок на элементы стрелы лесопогрузчика // Вестник Красноярского государственного технического университета. Вып. 8. Машиностроение. Транспорт. Красноярск: КГТУ, 1998.

68. Никитин А. А., Лебедев В. П. Стенд для исследования дроссельного разогрева рабочей жидкости гидропривода //Сборник научных трудов: "Гидропривод машин различного технологического назначения" / Отв. ред. С. В. Каверзин. Красноярск: КГТУ, 1997. С. 49-52.

69. Никитин Г. А., Комаров А. А. Распределительные и регулирующие устройства гидросистем. М.: Машиностроение, 1965. 182 с.

70. Объемные гидравлические приводы /Т. М. Башта, И. 3. Зайченко, В. В. Ермаков, Е. М. Хаймович. М.: Машиностроение, 1968. 628 с.

71. Ольденбургер Р., Д'Суза А. Ф. Динамические характеристики гидравлических трубопроводов / Теоретические основы инженерных расчетов: Пер. с англ. М., 1964. №3. С. 196-205.

72. Осипов А. Ф. Объемные гидравлические машины. Основы теории и расчет гидродинамических и тепловых процессов. М.: Машиностроение, 1966.160 с.

73. Осипов П. Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. М.: Лесная пром-сть, 1981. 424 с.

74. Осипов П. Е., Муратов В. С. Гидропривод машин лесной промышленности и лесного хозяйства. М.: Лесная пром-сть, 1970. 312 с.

75. Основы проектирования следящих систем /Под ред. Н. А. Лако-ты. М., 1978. 391 с.

76. Основы теории и конструирования объемных гидропередач. /А.

77. A. Кулагин, Ю. С. Демидов, В. Н. Прокофьев, Л. А. Кондаков. М.: Высш. шк., 1968. 399 с.

78. Петров В. А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988. 248 с.

79. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник/ Е. В. Герц, А. И. Кудрявцев, О. В. Ложкин и др.: Под общ. Ред. Е.

80. B. Герц. М.: Машиностроение, 1981. 408 с.

81. Погорелов В. И. Газодинамические расчеты пневматических приводов. М.- Л.: Машиностроение, 1971. 239 с.

82. Погорелов В. И. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Л.: Изд. ЛГУ, 1979. 184 с.

83. Пономоренко Ю. Ф. Испытание гидропередач. М.: Машиностроение, 1969. 290 с.

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

85. Попов Д. Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982. 249 с.

86. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов /А. И. Баженов, Н. С. Гамынин, В. И. Карев и др.: Под общ. ред. Н. С. ГамынинаМ.: Машиностроение, 1981. 312 с.

87. Прокофьев В. Н. Динамика гидропривода. М.: Машиностроение, 1972.292 с.

88. Расчет и конструирование гидроприводов механизированных крепей /Ю. Ф. Пономаренко, А. А. Баландин, Н. Т. Богатырев и др.: Под общ. ред. Ю. Ф. Пономаренко М.: Машиностроение, 1981. 327 с.

89. Рыбаков К. В., Дмитриев Ю. И., Поляков А. С. Авиационные фильтры для топлив, масел, гидравлических жидкостей и воздуха. М.: Машиностроение, 1982. 102 с.

90. Савин И. Ф. Гидравлический привод строительных машин. М.: Стройиздат, 1974. 240 с.

91. Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник. 3-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1995. 512 с.

92. Справочная книга по технике автоматического регулирования. Пер. с англ. Под ред. Д. Траксела. М.-Л: Госэнергоиздат, 1962. 784 с.

93. Тарко. Л. М. Переходные процессы в гидравлических механизмах. М.: Машиностроение, 1973.168 с.

94. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Под ред. А. И. Голубева и Л. А. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. 464 с.

95. Федорец В. А. Расчет гидравлических и пневматических приводов гибких производственных систем. Киев : Выща школа, 1988. 179 с.

96. Фрумкис И. В. Гидравлическое оборудование тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. М.: Колос, 1971. 440 с.

97. Хаймович Е. М. Гидроприводы и гидроавтоматика станков. М.: Машиностроение, 1959. 555 с.128

98. Хандрос А. X., Молчановский Е. Г. Динамика и моделирование гидроприводов станков. М.: Машиностроение, 1969. 56 с.

99. Холодов А. М. Основы динамики землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1968. 156 с.

100. Цуханова Е. А. К исследованию гидросистем машин с учетом сжимаемости рабочей среды. В кн.: Теория пневмо- и гидропривода. М., 1969. с. 233-240.

101. Чупраков Ю. И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. М., 1979. 232 с.

102. Шорин В. П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. М„ 1980. 156 с.

103. Электрогидравлические следящие системы. / В. А. Хохлов, В. Н. Прокофьев, Н. А. Борисова и др. М.: Машиностроение, 1971. 431 с.129