автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка гидрораспределителей с плоскими мембранами для управления рабочими органами строительных и дорожных машиин

КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА, ТРАНСПОРТА И АРХИТЕКТУРЫ

Диссертационный совет К 05. 00. 104

На правах

УДК 621.226.51 1 5 ден ,

ПОНОМАРЕВА ОЛЬГА МАКСИМОВНА

РАЗРАБОТКА ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ

С ПЛОСКИМИ МЕМБРАНАМИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

05.05.04 — дорожные и строительные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БИШКЕК 2000

Работа выполнена на кафедре «Подъемные, транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование» Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры.

Научные руководители: академик Международной академии

транспорта, доктор технических наук, профессор Ж. Ж. ТУРГУМБАЕВ* кандидат технических наук, доцент

А. И. ЖЫЛКЫЧИЕВ '

Официальные оппоненты: академик Национальной академии

наук Кыргызской Республики, доктор технических наук, профессор А. В .ФРОЛОВ

; кандидат технических наук, доцент

Е. А. ДОН

Ведущая организация: Кыргызский технический университет

им. И. Раззаковл

Защита состоится 7 июля 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 05.00.104 при Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры по адресу: 720020, г. Бишкек, ул. А. Малдыбаева, 34, б, в зале заседаний, аул. 2-202.

С диссертацией можно ознакомиться н библиотеке университета.

Автореферат разослан (> июня 2000 года.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные с печатью, просим направлять по адресу: 720020, г. Бишкек, ул. А. .Малдыбаева, 34, б, диссертационный совет К 05.00.104.

Ученый секретарь диссертационного

совета К 05.00.104 /7 к.т.н., доцент И.О.ФРОЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время, благодаря известным преимуществам, гидравлический привод широко применяется во многих областях народного хозяйства, в том числе в строительных и дорожных машинах (СДМ). Малые габаритные размеры и масса при.значи-; тельной мощности, высокое быстродействие и точность отработки управляемых сигналов, возможность стыковки как с механическими, так и с электронными системами, работоспособность в большом диапазоне изменения температур и уровня вибрации, а также надежность предохранения привода от перегрузок и др. определяют необходимость дальнейшего совершенствования и исследования гидравлических приводов СДМ.

Появление современных эластомеров и композиционных материалов, обладающих высокими физико-механическими свойствами, предопределило создание мембранных гидроаппаратов, в частности гидрораспределителей, использующих в качестве запорно-регулируюших элементов (ЗРЭ) деформируемые, но не перемещаемые мембраны.

Применение гидрораспределителей с мембранными запорно регулирующими элементами (МЗРЭ) позволяет устранить ряд недостатков, свойственных традиционно применяемым золотниковым и другим гидрораспределителям, повысить динамические и эксплуатационные характеристики гидрораспределителей и тем самым повысить надежность и эффективность всей машины в целом.

Основными преимуществами мембранных гидрораспределителей в тяжелых условиях стройплощадки являются нечувствительность к загрязнению рабочей жидкости, отсутствие сил инерции подвижных элементов, а следовательно и-сил трения, отсутствие облитерационного залипания и заклинивания запорно-регулирующего элемента, высокая ремонтопригодность, технологичность изготовления и др.

В связи с этим актуальными становятся вопросы замены гидрораспределителей с традиционными жесткими запорно - регулирующими элементами на мембранные гидрораспределители, тем более, что в Кыргызстане нет специализированных заводов по производству гидрораспределителей, а процесс восстановления изношенных прецизионных деталей золотниковых гидрораспределителей требует больших затрат.

'Целью работы является разработка гидрораспределителей с плоскими мембранами с расширенными функциональными возможностями, позволяющими улучшить динамические и эксплуатационные характеристики гидроприводов строительных и дорожных машин.

Научная новиэна работы состоит в следующем:

1. Разработана обобщенная классификация гидроаппаратов МЗРЭ для гидроприводов СДМ.

2. Разработаны расчетные схемы гидромодуля и гндрораспределнте-ля с плоскими МЗРЭ,

3.Разработаны математические модели, описывающие процесс работы гидроэлемента и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ.

4. Получено аналитическое уравнение движения плоской мембраны гндрозлемента,

5. Получено эмпирическое уравнение для определения прочностных характеристик плоской мембраны.

Методы исследования. Научные положения и выводы, полученные автором, базируются на фундаментальных положениях машиностроительной гидравлики, объемного гидропривода С ДМ и теоретической механики. Для достижения поставленной цели использовались следующие методы: аналитический для обоснования параметров конструкции и гидравлической схемы гидрораспределителя, экспериментальный для определения основных характеристик Гидрораспределителя и установления адекватности результатов теоретического анализа, вероятностно-статистический для обработки результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность заключается в разработке новой конструкции гидрораспределителя с плоскими мембранами (получен предварительный патент Кыргызской Республики № 199 от 30.06.1997г.) с расширенными функциональными возможностями, а также методики проектирования гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ для всех типоразмеров, позволяющей на стадии проектирования определять оптимальные соотношения его геометрических параметров, обеспечивающих заданные статические и динамические характеристики.

Разработана методика исследования на ЭЦВМ статических и динамических характеристик пщрораспределителей с плоскими МЗРЭ.

Реализация работы. Техническая документация на электро-управляемый гидрораспределитель с плоскими МЗРЭ передана в АО " В ACO по ней изготовлен^ и прошла испытания опытная партия гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ. Экспериментальный образец гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ использован в системе управления ры-чажно-гидравлического пресса РПГ - 2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины " Объемный гидропривод СДМ ".

На основании проведенных исследований установлена целесообразность использования гидрораспределителей с плоскими мембранами для таких С ДМ, как автогрейдеры в системах автоматического управления отвалом («Профиль - 10, -20, -30»), катки, погрузчики, а также в вибрационных механизмах и прессовом оборудовании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции (г. Ош, 1993 г.); на научно-технической конференции (г. Новосибирск, 1995 г.); на Международных научно - технических конференциях ( г. Бишкек, 1996 г., 1997 г., 1998 г„ 1999 г., 20Q0 г.);

П у б л и к а ц и и. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, на конструкцию гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ получен предварительный патент Кыргызской Республики № 199 от 30.06. 1997 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов па результатам исследований и приложений. Содержание работы изложено на 132 страницах машинописного текста, включает 75 рисунков, 2 таблицы, список литературы in 118 наименований.

На защиту выносятся:

• обобщенная классификация гидроаппаратов с плоскими МЗРЭ:

• расчетная схема гидроэлемента с плоскими МЗРЭ; "

• расчетная схема гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ;

• математическая модель, описывающая процесс работы гидрсрас-пределителя с плоскими МЗРЭ;

• экспериментальные и теоретические результаты исследований парораспределителя с плоскими МЗРЭ-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, рассмотрено состояние проблемы, поставлена цель работы и обоснована необходимость разработай гидрораспределителя с МЗРЭ с расширенными функциональными возможностями.

Первая глава диссертации посвящена обзору и анализу существующих конструкций гидрораспределптелей с жесткими ЗРЭ и гидроаппаратов с МЗРЭ для систем управления СДМ, требованиям, ггредъяаляе-мым как к парораспределителям, тах и к системам машин, в состав которых они входят, вопросам эксплуатационной надежности и ремонтопригодности гидрораспределитедей с МЗРЭ.

Общие вопросы теории гидроприводов и методы.их расчета всесторонне и глубоко изучались в фундаментальных работах отечественных и зарубежных ученых, таких как Т.М. Башта, В.Н. Баранов, Ф.М. Берковнч, Д. Блекборн, В.Ю. Гурбан, И.С. Гамышга, М. Гийон, Ю.В. Захаров, A.A. Комаров, Б.Л. Коробочкин, В.А. Лешенко, Д.Н. Попов. В.Н. Прокофьев, Т.А. Сырицин, Е.М. Хаймович, В.А. Хохлов, Ю.И. Чупраков и др.

В подавляющей части работ, посвященных исследованию гидроприводов систем управления машинами с гидрораспределителями, имеющими традиционно жесткие ЗРЭ, рассматривались вопросы рационального конструирования деталей за счет применения новых материалов, осуществления контроля на всех стадиях производства, совершенствования условий н способов эксплуатации, а также своевременного пгюведения ремонта. Однако все перечисленные мероприятия лишь частично решают проблему качественного улучшения характеристик гидроприводов СДМ, так как его

основной элемент - гидрораспределитель - принципиально по конструкции не меняется.

Совершенствование гидрофицированных машин стало возможным благодаря созданию и исследованию мембранных гидроаппаратов. Важное место в исследованиях модульных мембранных гидроаппаратах С ДМ занимают работы, выполненные Т.В. Алексеевой и ее учениками В.М. Власовым, Ю.Г. Загвоздиным, Р.П. Кириковым, Э.Б Шерманом, B.C. Щербаковым и другими учеными.

На основе модульного принципа синтезированы такие мембранные гидроаппараты, как гидравлические распределители, делители потока, мембранные уплотнительные устройства силовых гидроцилиндров, обратные клапаны, преобразователи скорости движения штоков исполнительных гидроцилиндров и др. Все эти гидроаппараты разработаны для гидросистем СДМ.

Как показывает анализ конструкций существующих гидрораспределителей, ни одна из них не отвечает полностью требованиям, предъявляемым к типовому гидрораспределителю для управления исполнительными гидродвигателями. В связи с этим актуальной является задача разработки и исследования гидрораспределителя с МЗРЭ, которая позволит расширить функциональные возможности, улучшить характеристики гидрораспределителя и тем самым значительно улучшить эксплуатационные параметры СДМ.

В соответствии с поставленной целью работы в процессе исследования решались следующие задачи:

разработать классификацию гидроаппаратов с МЗРЭ; разработать математическую модель, описывающую процесс работы гидроэлемента и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ;

разработать схему гидрораспределителя с МЗРЭ на основе модульного принципа, Наиболее полно отвечающего предъявляемым требованиям;

провести теоретические и экспериментальные исследования гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ для определения их параметров;

провести сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований;'

разработать инженерную методику для расчета проектирования гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ для заданного типоразмера.

Во второй главе приведены описания математических моделей работы гидравлического модуля и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ для различных режимов работы.

Процесс перекрытия рабочих каналов гидромодуля происходит за счет деформирования эластичной плоской мембраны при подаче давления з полость управления из напорной магистрали (рис. 1!.

Яга.

т5 -

__

X в#.

Рис. 1. Схгмз процесса перекрытая рабочих каналов гндроэлемигга с плоским МЗРЭ

Для решения задач синтеза и ан. иза систем управления гидроприводами СДМ с целью выбора оптимальных значений ее параметров необходимо располагать описанием поведения МЗРЭ в зависимости от суммы действующих на него сил.

При составлении математических моделей, описывающих процесс работы гидравлического модуля с плоскими МЗРЭ и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ, невозможно добиться абсолютного подобия физическому оригиналу из-за сложности процессов и невозможности учета всех фзк-торов. Поэтому процесс моделирования был упрощен за счет общепринятых допущений, использующихся при моделировании гидравлических систем, и разделения рассматриваемой динамической системы гидрораспределителя на более простые подсистемы в соответствии с их функциональным назначением (напорная секция и рабочая секция), что не вносит существенных искажений в реальную картину физических процессов, протекающих при работе МЗРЭ.

Рис. 2. Динамически модель плосхоВмембраяы ЗРЭ

Динамическая модель плоской мембраны имеет вид, изображенный на рис.2, является одномассовой, с упруго-вязкими связями по образующей (модель Фохта-Кельвина), системой с голономными и стационарными связями, для описания которой используется уравнение Лагранжа второго рода

сГГ <т ¿Ф_ а'х

d[dF_

dz)

где Т - кинетическая энергия мембраны; П - потенциальная энергия мембраны; Ф - дисеипативная составляющая энергии мембраны; Ъ - обобщенная координата; <3 обобщенная сшт отнесенная к координате.

Обобщенная сила О г. является следствием действия на плоскую мембрану результирующего давления Рр и гидродинамической силы Рг потока жидкости, протекающей через запорно-регулирующий элемент. '

Полученные уравнения производных кинетической, потенциальной, диссилативной энергий и обобщенных сил при подстановке в уравнение (1) позволяют получить дифференциальное уравнение, описывающее динамику плоской мембраны, находящейся род действием управляющих и возмущающих сил

16СA' w' ^ 256zi2b, r + 16C,z +--------

| (2)

= 0,125[2я/,3 (р> - рс)- М -к d\ ](р.. - Р< )]-

~ PQi (°i ~ vi и» Р\+ v1 "> где г - линейная деформация мембраны; . d, - диаметр мембраны; С, -собственная жесткость материала мембраны; Ь, - вязкость материала мембраны; d„d2 - соответственно диаметры подводящего канала и внутренний диаметр цилиндрической проточки на втулке; р.,рг,рс - давления в соответствующих полостях; р - плотность рабочей жидкости; Q, - расход жидкости через МЗРЭ; ц - скорость потока через подводящий канал; и2 - скорость потока через МЗРЭ; р - угол между направлениями течения жидкости при прохождении через МЗРЭ; I - длина подводящего канала; F • площадь сечения подводящего канала.

Деформацию мембраны можно определить, решив это уравнение относительно Z. Кроме уравнения движения мембраны математическая модель ЗРЭ включает в себя уравнения расходов, учитывающих условие неразрывности потока жидкости (Qi = Ог =....= Q, = const) в точках соединения и разъединения потока, а также уравнения, описывающие прохождение потока через местные сопротивления.

Расходы жидкости через местные сопротивления и в том числе через

МЗРЭ определяются по известной формуле

а-А^; . (з)

где ц - коэффициент расхода; S¡ - площадь канала, сообщающего напорную магистраль со сливной через МЗРЭ; ДРГ перепад давления.

Площадь канала, соединяющего напорную магистраль со сливной, зависит от величины деформации мембраны ЗРЭ и определяется по формуле

-1 г.- J" Z — (Л — Л eos «)1 ,

S = + R sin ar I-' ; ( 4 )

г |_ cosa J

где R - радиус кривизны мембраны при деформацйи; а- угол между образующими сектора,полученного при деформации мембраны.

Давление жидкости в полостях и каналах гидроэлемента с МЗРЭ определяется решением дифференциального уравнения

h^; (5)

v, . v '

где Q¡ - расход жидкости, поступающей й соответствующую полость; V, -объем полости; Е - объемный модуль упругости жидкости.

По аналогии с математической моделью гидроэлемента с МЗРЭ составлены математические модели напорной и рабочей секций гпдрорас-пределнтеля с МЗРЭ. Математическая модель ¡гзпорней секции включает з себя описание основного МЗРЭ - 1, МЗРЭ 2 - управляющего клапана, МЗРЭ 3 - предохранительного клапана в виде основных уравнений динамики, уравнений расходов и давлений в соответствующих полостях и каналах.

Для упрощения математических моделей в уравнениях, описывающих деформацию мембран управляющих каскадов, нй учитываются составляющие кинетической и диссипативной энергий, т. к. удельный вес этих составляющих на порядок меньше упругого сопротивления материала мембраны. С учетом принятых допущений зависимость деформации мембраны управляющего клапана от результирующих сил принимает вид:

48С, ' (б>

где У = 0425[ф'|(d*n + d\) + irp'ibi1^ - d3: -d\i)]+ 3C,dml-Pm . аналогично получаем уравнение перемещения мембраны предохранительного клапана:

. 0.125 [лр{ fa +d,2)+ яр' (2dl - d¡ - di,)]- k¿, . (7).

где р" i - давление в управляющей полости напорной секции; d„2,d„, dn,dt,,d.¡,d, - соответственно диаметры мембран,*подводящих каналов и цилиндрических проточек управляющего и предохранительного клапанов; С,, J, - соответственно собственная жесткость материала мембраны

и величина предварительного сжатия пру.кины; - сила прижатия якоря управляющего клапана; к - коэффициент жесткости пружины.

Подсистема, представляющая собой рабочую секцию гадрораспре-делителя, кроме описания основных МЗРЭ - 4,5,6,7, МЗРЭ - 8, 9 - управляющих дросселей, уравнений расхода жидкости и даалгшш в соответствующих полостях рабочей секции, содержит описание исполнительного гидроцилиндра, которое дополняет физическую картину работы гидрораспределителя и позволяет определить динамические характеристики рассматриваемой системы.

Система уравнений, описывающая работу гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ, позволяет исследовать их характеристики на ЭЦВМ и огггимизироаать гидравлические и конструктивные параметры.

В третьей главе изложена методика теоретических исследований гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ и результаты исследований.

Целью расчета парораспределителей с плоскими МЗРЭ являлось определение оптимальных соотношений параметров, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики, а также определение качественных показателей, таких как быстродействие, устойчивость, величина перерегулирования и др.

Для исследования математической модели с привлечением численных методов разработана специальная программа на ЭЦВМ. Эта программа позволила установить влияние конструктивных и гидравлических параметров на статические и гидравлические характеристики парораспределителей с плоскими МЗРЭ при различных режимах работы, значительно ограничив при этом объем экспериментальных исследовании.

Для теоретических исследований статических характеристик гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ производные всех переменных дифференциального уравнения (2) были приравнены к нулю. Это позволило получить статические характеристики, отражающие характеры зависимости ■ между величиной деформации МЗРЭ и результирующим давлением, расходом и перепадом давления на МЗРЭ, определить степень влияния собственной жесткости материала на величину деформации.

Установлено, что собственная жесткость плоской мембраны незначительна, следовательно, не обеспечивается гарантированное перекрытие рабочих каналов гидрораспределителя при минимальных расходах и давлениях. Поэтому для управления ЗРЭ необходима установка дополнительного упругого элемента. Также установлено, что у гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ отсутствует зона нечувствотельности (рис. 3), это обстоятельство позволяет обладать им более высоким пределом чувствительности к управляющему сигналу.

При исследовании динамических характеристик гидрораспределителен переходные процессы движения МЗРЭ для детерминированною ступенчатого управляющего давления были получены путем решения диффе-

ренцнальных уравнений методом Рунге-Кутта на ЭЦВМ, в качестве управляющего воздействия использовалась единичная ступенчатая функция.'

Решение уравнений, описывающих гидропригсд с парораспределителем с МЗРЭ, проводилось при варьировании значительным количеством параметров гидрораспределителя с определенными начальными условиями.

В работе приведены переходные процессы движения МЗРЭ и изменения давления от жесткости упругого элемента, вязкости материала мембраны и объема управляющей полости МЗРЭ (рис.4) -

0,3

0,6 0,4

о,г о

5 10 15 20 1-10 ,

Рис. 4. Переходный процесс изменения давления от объема уараалл'сакй полости МЗРЭ

02 С4 Ц6 ф 2 Рис. 3. 312:1скмостъ расхода чегез гид-ро-злемент от деформации ЗРЭ (в безразмерных координатах): 1 - с плоским МЗРЭ: 2-е цилиндрическим МЗРЭ; 3-е золотниковым ЗРЭ

Анализ полученных переходных процессов- МЗРЭ гидрораспределителей позволяет представить его типовым динамическим звеном - колебательным 2-го повядка.

В четвертой главе диссертации приведены описания устройства и принципа действия парораспределителей с плоскими МЗРЭ, описаны схемы экспериментальных установок и методика обработки экспериментальных данных, а также результаты экспериментальных исследований гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ. •

В процессе выполнения данной диссертационной работы с уметом предъявляемых требований разработан принципиально новый гидрораспределитель: с системами разгрузки насоса, защиты гидросистемы от перегрузок и системой, ограничивающей скорость нарастания давления в гидросистеме. Принципиальная гидравлическая схема предлагаемого двух-каскадного. трехегкиионного, четырехлинейного гидрораспределителя (рне. 5) выполнена с управляющим каскадом, состоящим из электромагнитной катушки и регулирующего мембранного клапана, однако в качестве управляющего каскада может также использоглться и золотниковый гндрооаспределитгль.

Экспериментальные исследование гидроэлемента и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ проводились на специальных установках.

Основной целью экспериментальных исследований было подтвер-

Рис. 5. Принципиальная гидравлическая схема 2-каскадного, 3- секционного, 4- линейного гидрораспределителя с плоскими мембранами: 1 - насос; 2 -управляющий клапан; 3 -постоянный дроссель; 4 -залорно-регулирующий элемент с плоской мембраной; 5 - исполнительный гидроцилиндр; б - предохранительный клапан; 7 -гидробак

ждение достоверности теоретических исследований и корректности принятых допущений при разработке математических моделей гндроэлемента и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ.

Экспериментальные исследования статической деформации мембраны гидроэлемента позволили установить характер деформации мембраны (мембрана деформируется по сфере), что подтвердило правильность теоретического предположения. Также установлены зависимости деформации мембраны от различных значений управляющих давлений.

Экспериментальные исследования прочностных характеристик плоских мембран позволили определить зависимости сопротивления гидравлическому пробою от диаметра отверстия в поверхности, ограничивающей перемещение мембраны, и от толщины мембраны (рис.6). При аппроксимации сопротивления мембраны ЗРЭ гидравлическому пробою была получена формула, которая позволяет производить расчеты давления гидравлического пробоя для различных сочетаний диаметра отверстия и толщины мембраны, формула имеет вид:

*

где Р„- давление гидравлического пробоя; d - диаметр отверстия в ограничивающей деформацию мембраны поверхности; s - т-олщина мембраны; А = 13,4 - постоянный коэффициент, учитывающий материал мембраны; m/n = - 0,76 - показатель степени.

РпМПа

20 15' Ю

К- !

\\ I'

0,5 1,0 1,5 2,0 &

Рис. б. Зависимость сопротивления гидравлическому пробою Р, от соотношения ¡¡/г. ] -эмпирически; 2 теоретическая

Полученная эмпирическая зависимость может быть использована для определения рационального соотношения между размерами отверстий для прохождения потока жидкости и толщиной мембраны.

По результатам экспериментальных исследований статических характеристик гидроэлемента с плоскими МЗРЭ получен ряд зависимостей: линейной деформации мембраны от давления в управляющей полости, объема управляющей полости и площади поверхности деформируемой мембраны от величины ее перемещения.

Динамические характеристики были .получены при переключении управляющего каскада гидрораспределителя и позволили выявить влияние различных факторов на характер переходного процесса. В результате исследований было установлено, что надежное перекрытие рабочих окон гидрораспределителя соответствует перепаду давления на МЗРЭ 0,10-0,15 МПа при жесткости дополнительного упругого элемента, равной 104 Н/м. При увеличении жесткости дополнительного упругого элемента происходит увеличение времени переходного процесса, величины перерегулирования давления, повышается перепад давления жидкости на МЗРЭ.

Экспериментально установлено, что надежное перекрытие рабочих окон гидрораспределителя без ведения дополнительного упругого элемента достигается при использовании сферообразной плоской мембраны.

Исследования позволили оценить .степень влияния различных звеньев, входящих в состав гидропривода с гидрораспределеителем с плоскими МЗРЭ на общее время переходного процесса. Динамическое запаздывание, приходящееся на долю исполнительного гидроцилиндра для заданных пределов варьируемых параметров, составило 55-80% общего времени переходного процесса, на долю золотникового распределителя приходилось

20—35%. На долю гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ приходилось 10-15 % общего времени переходного процесса при минимальном временя переходного процесса гадрораспределитела с плоскими МЗРЭ - 0,0018 с.

Анализ экспериментальных переходных процессов переключения гидрораспределитеяя с плоскими МЗРЭ показал, что они обладают более высокими динамическими характеристиками по сравнению с золотниковыми гидрораспределителями.

Максимальное расхождение между теоретическими и экспериментально полученными' результатами исследований не превышает 20 %, что можно считать вполне приемлемым, т к. гидрораспределитель с плоскими МЗРЭ является сложной нелинейной динамической системой.

Пятая глава представлена инженерной методикой расчета и расчетом предполагаемой экономической эффективности применения парораспределителей с плоскими МЗРЭ в системах управления СДМ.

Основой для разработки инженерной методики расчета гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ являются результаты теоретических и экспериментальных исследований. Предлагаемая инженерная методика расчета позволяет без сложных математических расчетов определить рациональные параметры пщрораспределителей с плоскими МЗРЭ для заданного типоразмера.

При расчете показателей экономической эффективности в качестве базисного варианта гидрораспределителя принимался трехпозиционный золотниковый гидрораспределитель Р - 75. В результате расчетов получены следующие показатели: оптимальная долговечность исследуемого парораспределителя с плоскими МЗРЭ выше базисного на 64,5 %, коэффициент эксплуатационной трудоемкости меньше базисного на 54,6 %, коэффициент эксплуатационной ремонтопригодности на 92 % ниже, чем у базисного, осредненная (рыночная) стоимость нового гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ ка 44 % меньше базисного варианта. При этом годовой экономический, эффект на один шдрораспределитель с плоскими МЗРЭ составляет 8147 сом (в ценах 1997 года).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. ВЫВОДЫ

1. Составлена классификация гидроаппаратов с МЗРЭ.

2. Найдены зависимости, определяющие результирующие силы, действующие на плоские мембраны гидрораспределителей, предохранительных и управляющих клапанов, а также зависимость, позволяющая определить площадь поверхности, по которой происходит сообщение напорной магистрали со сливной.

3. Получено аналитическое уравнение движения плоской мембраны ЗРЭ, а также уравнения деформации мембран управляющего и предохранительного клапанов под действием результирующих сил.

4. Разработана математическая модель, описывающая процесс рабо-

ты гадрораспределнтелей с плоскими МЗРЭ, позволяющая проводить исследования их характеристик.

5. Установлена зависимость модуля упругости при растяжении мембраны от относительного удлинения. Методика определения статических характеристик гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ может быть использована для любых эластомеров, применяемых для изготовления мембран.

6. Теоретически установлено, экспериментально подтверждено, что собственная жесткость плоской мембраны в диапазоне малых перемещений не обеспечивает гарантированного перекрытия рабочих каналов гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ, поэтому для управления МЗРЭ необходима установка дополнительного упругого элемента или использование сферообразной плоской мембраны.

7. Получена эмпирическая зависимость для определения рационального соотношения толщины мембраны и размеров отверстия, в поверхности, ограничивающей перемещение мембраны, от давления жидкости в гидросистеме, при котором происходит гидравлический пробой.

8. Совпадение результатов экспериментальных и теоретических исследований подтверждает правомерность разработанных математических моделей гидроэлемента и гидрораспределителя с плоскими МЗРЭ, а также корректность принятых допущений, что, в свою очередь, позволяет использовать их для моделирования любой схемы мембранного гидрораспределителя.

9. Разработана инженерная методика расчета гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ для гидроприводов строительных и дорожных машин, которая позволяет проектировать гидрораспределители с заданными параметрами.

10. Разработан парораспределитель с плоскими МЗРЭ, обладающий более широкими функциональными возможностями, а именно: системой разгрузки насоса в холостом режиме и защитой гидросистемы от статических и динамических нагрузок.

11. Разработанный гидрораспределитель с плоскими МЗРЭ по сравнению с существующими гидрораспределителями обладает значительными преимуществами: высоким быстродействием, высокой чувствительностью к сигналам управления, нечувствительностью к загрязнению рабочей жидкости, простотой и технологачностью конструкции, высокой ремонтопригодностью. Быстродействие гидрораспределителей с плоскими МЗРЭ составляет 0,001...0,030 с, что значительно выше быстродействия золотниковых гидрораспределителей, и определяется его геометрическими параметрами и характеристиками материала мембраны.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ;

1. Джылкичиев А.И., Пономарева О.М. Электрогидравлический гид-рораспределнтель с мембранным запорно-регулирующим элементом. // Тезисы докладов региональной научно-технической конференции " Пути повышения эффективности использования отходов промышленности - Ош, 1993.-c.54.

2. Джылкичиев А.И., Пономарева ОЛ1. Исследование влияния гидродинамических сил потока жидкости на перекрытие рабочих каналов мембранных гидрораспределителей. // Тезисы докладов научно-технической конференции " Материалы, технология, организация строительства". - Новосибирск, 1995. - с.70 - 71.

3. Джылкичиев А.И., Пономарева О.М. Математическое моделирование запорно - регулирующего элемента мембранного гидрораспределителя. // Проблемы механизации строительства и совершенствование дорог. Сб. науч. трудов КАСИ!- Бишкек, 1996. - с. 46 - 52.

4. Пономарева О.М. Исследование характеристик встроенного мембранного предохранительного клапана. // Проблемы механизации строительства и совершенствование дорог. Сб. науч. трудов КАСИ.- Бишкек, 1996. - с. .49-55).

5. Джылкичиез А.И., Пономарева О.М. Гидрораспределитель. Предварительный патент Кыргызской Республики № 199 от 30. 06. 1997 г., по. заявке № 960386.1 от 20.05.1996 г.

6. Пономарева О.М. Методика экспериментальных исследований . статических и динамических характеристик гидрораспределителей с МЗРЭ. // Проблемы проектирования,строительства и эксплуатации горных дорог. Сб. науч. трудов КАСИ.- Бишкек, 1996.- с.83-87.

7. Пономарева О.М. Исследование характеристик встроенного мембранного предохранительного клапана. // Проблемы механизации строительства и совершенствования дорог. Сб. науч. трудов КАСИ, - Бишкек,

' 1997.- с.49-56.

8. Пономарева О.М. Исследование математической модели гидрораспределителя с МЗРЭ. // Механизация и автоматизация строительства. Сб. науч. трудов КГУСТА.- Бишкек, 1998,- с.52-57.

9. Джылкичиев А. И., Пономарева О.М. Экспериментальные исследования прочностных характеристик плоской • мембраны запорно-регулируюшего элемента (ЗРЭ). // Повышение эффективности транспортных. строительно-дорожных машин и оборудования в условиях высокогорья. Сб. науч. трудов КГУСТА.- Бишкек, 1999.- с. 32-37.

10. Тургумбаев Ж.Ж., Джылкичиев А.И., Пономарева О.М. Моделирование запорно-регулируюших элементов гидроаппаратов с цилиндрической мембраной. // Современное состояние и перспектива развития строительной науки. Материалы научно-практической конференции. КГ УСТА - Бишкек, 2000. - с. ¡¿Т^рТ

ПОНОМАРЕВА ОЛЬГА МАКСИМОВНА

Курулуш жана жол машиналарынын жумушчу органдарын

башкаруу учун тегиз мембраналуу гадробелуштургучтерду иштеп чьпуу

Диссертацияньш изилдвв объектиси болуп мембраналуу гидробвлуштургучтеру бар куруучу - жол салуучу машиналардынг жумушчу органдарын гидравликалык башкаруу системасы болуп эсептелет. Иштин максаты - дннамикалык жана нштетип пайдалануу кврсеткучтврун жакшыртуу учун МЖЖЭ бар гидробвлуштургучтун параметрлерин иштеп чыгуу жана изилдвв, ошондой эле ушул гпдробелуштургучтердун эсептвв ыкмасын тузуу.

Коюлган максатка ылайык модулдук притшптин непшгнде насосту женилдетуу, ашык жуктвн сактоо жана гндросистемадагы басымдын жогорулап кетуу ылдамдыгын чектевчу системалары бар, жаны МЖЖЭлуу гадробелуштургуч жасалды.

Гидробвлуштургучту башкаруу дннамнкасыи изнлдвв жана анын сапатын баалоо тузулген математикалык моделднн жардамы менен аткарылды. Гвдробелуштургучтврдун мунвздвмвлврун аныктоо сан методу колдонулду.

Тузулгвн математикалык модель жана МЖЖЭлуу гидробвлуштургучту эсептввчу инженердик ыкма мембран анын бышыктык мунвздвмвлврун эске алууга мумкундук берет жана берилген статнкальгк жана дннамикалык мунвздвмвлуу гидробвлуштургучту долбоорлоону камсыз кылат.

' Жургузулгвн изнлдввлврдун негизинде ЖКМ кээ бнр гадрокыймылга келтирппггеринде жана пресстевчу жабдыктарда МЖЖЭлуу гадробелуштургучтерду пайдалануу зарылдыгы аныкталды.

Иштин жыйынтыгы мембраналуу белуштургучтеру бар машиналардын гадрокыймылга келтнргичтерин 1шггеп чыгууда жана изилдввдв пайдаланышы мумкун.

PONOMAREVA OLGA

Validity of the parameters of the diaphragm hydrodistributors for direction the working elements of the road-construction machines

Object of dissertation research is a hydraulic system of direction the working element of the road-construction machine with diaphragm hydro distributors. The purpose of this work is the elaboration and research of the hydro distributor's parameters of DBRE for the improvement of dynamic and operational parameters, and also the creation of the calculation procedure of these hydro distributors.

According to the mentioned above the new hydro distributor has been developed from the modular concept with DBRE systems of discharge of the pump, discharge's protection and the system limiting the speed of the pressure increasing in hydro system.

The estimation of the quality and research of dynamics of direction by the hydro distributor was made by using formulate mathematical model. The numerical method for the determination the characteristics of the hydro distributor was applied.

Has been developed this mathematical model and engineering calculation procedure of the hydro distributor with DBRE allows to take* into account the strength characteristic of the diaphragm and provides the designing hydro distributor with the predetermined static and dynamic characteristics.

Based on the having accomplished researches it was established the advisability of the application hydro distributors with DBRE for the some hydro drives of the road-construction machine and the press equipment.

The results of this work could be used at elaboration and researches of the hydro-drives of machines with diaphragm hydro distributor.

*Diapragm bolhregulatyig elements - DBRE..

ПОНОМАРЕВА ОЛЬГА МАКСИМОВНА

Разработка гидрораспределителей с плоскими мембранамн для управления рабочими органами строительных и дорожных машин

Объектом исследования диссертации является гидравлическая система управления рабочими органами стролтельио-дорожных машин с мембранными парораспределителями. Целью работы является разработка парораспределителей с плоскими мембранами с расширенными функциональными возможностями, позволяющими улучшить динамические и эксплуатационные характеристики гидроприводов строительных и дорож.ных машин.

В соответствии с поставленной целыо ил основе модульного принципа разработан новый гидрораспределитель с плоскими мембранными системами разгрузки насоса, защиты от перегрузок и системой, ограничивающей скорость нарастания давления в гидросистеме.

Оценка качества и исследовние динамики управления гн-дрораспределителем производилась с использованием составленной математической модели. Применялся численный метод определения характеристик гидрораспределителя.

Разработанная математическая модель и инженерная методика расчета гидрораспределителен с МЗРЭ позволяет учитывать прочностные характеристики мембраны и обеспечивают проектрпованне гидрораспределителеи с заданными статическими и динамическими характеристиками.

На основании приведенных исследований установлена целесообразность применения парораспределителей с плоскими МЗРЭ для некоторых гидроприводов СДМ, вибрационного и прессового оборудования.

Результаты работы могут быть использованы г;рн разработке и исследованиях гидроприводов машин с мембранными распределителями.

Подписало в печать 5.06.2000 г. Формат бумаги в0.\84'/¡е. Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ 264. Тираж 100.

720044,"Бишкек, ул. Сухомлинова 20." ПЦ"ТЕКНИК>\ т. 42-14-55