автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Разработка и исследование клапанов-пульсаторов для гидравлических приводов вибрационных и ударно-вибрационных узлов горных машин

MIHICTEPCTBO ОСВ1ТИ УКРА1НИ

ВПППШЬКИИ ДЕПАВ1ЩЙ ГЕХШЧНИИ УН1ВЕРСИТЕТ

О Л На правах* рукопису

К О Ц 1иан Васильовип

РОЗРОБКА ТА ЯОСЛ1ЛШП1Я КЛАПАН1В-ПУЛЬСАТОР1В ДЛЯ Г1ЛРАВЛ1ЧШ ПРИВОД1В ВГВРАШПНИХ I 7ДАРН0-В1БРАЦШШ ВУЗЛ1В Г1ПШЧИХ НАШИМ

05.02.03. - Снстеии пртгеод1в

АВТОРЕФЕРАТ

дисертпцП на здобуття вченого ступеtw кандидата технШних наук

В1ННЙЦЯ - 1994

Дисергащя е рукописом

Робота виконана у В1ншщькому державной/ техШчному университет!

Науковий кар!вник - доктор технхчких наук, професор Поноыарчук Аратолгй ФедосШович

ОфШВиХ опокенти: доктор техшчних наук, професор Яхно Олег Михайлович кандидат ?ехн1чинх наук Гуыенчук Олександр Олександрович

Пров1дна орган1зац!я - 1нстатут геотехн1чно1 ыехан!кн Нац!овально! ¿кадей!I Наук Укра1ни, и. Дн1пропегровськ

Захист В1ДбуД8ГЬСЯ ..................1995 року о /х.......год.

на зас1данн1 спец!ад!зовано! вчеко! ради К.10.01.02 при В1нниць-кому державному технгчноиу ун!верситет1 за адресов : 286021, ы. В1нниця, ХШльницьке шосе, 95, ВДТУ.

8 дисертац!ею цожна ознайошетися в б1блЮтец! ВДТУ за вказа-ною адресов.

I? п -1

Автореферат роз!сдавив "с...и........^ '..........1995 року.

Вчеиив секретар спец!ал!зоБано1 рада ^М^^ОЙР^^О ДеР1<5°

л

- 3 -

УЛГЛЛЪНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА Р0Б01И

Актуяльн1сть_т\>ш? В .ПркичодобупнШ," xlml'tHlfl, дорожно-буд!-веяпПЯ та troiHx галу.^ях процисловосг! широке застосувзння знахо-дять вЮрацШШ t ударно-в!брац!йн! .-(В I УВ) пристроГ та машини, як1 призначен! для виконання самих р!зноман!тних техн&яоИчннх one-рац!Я та процес!в.

Анал!з в!домих В 1'УВ вузл!в з електроыехпн!чгами, олектромаг-н!тгашн, пнегмапгттши та г1дравл1чкиии приводами показав, ио няй-б!льа ефективкиыи t персяективтши с прястро! з Пдравл1чшш приводом, як! в!др!зняються ШДЕкщеною питоиою потужнЮтю, невеликий розы!раки, герыетичн!стп, низьким р!внем пуму, ыожливостями в широких д!апозонах варИпваги ямпл!туду та частоту ксливань. Б!льи!сть в!дсмнх В I УБ вузл!в з г!дравл1чш™ приводом ыяять складну 1 не доситъ технолог!чну конструктивку компоновку, що стзорюе суттев! трудной! гтри 1х риготовлекн!, монтаж! i експлуатацП, я тако* стря-иус шгроке впровадження цих ьузл1в у внробництво.

ДоиТльнсс в дашсЛ час с розробка конструкц1Я В ! УВ вузл!в 3 ' г!дравл!чним приводом б!льп прсстих для виготовлення,але як! забез-печують висок! технологии! та експлуатяЩЯн! робоч! паряметри, «о необхмн! для подалыпго п!дгищогат продуктивное^ 1 прац1 та !нтен-сиф!кац1! прничого та пших вкд!в виробництва. Таким чином, роз-робка т"а доелtджепня принцип!ально кових конструкЩй В t УВ вузл1в з г!дравл!чюш приводом, що в!др1знярться покращеними техн!ко-бко-ном!чними показннками, с актуальною иауковсю t практичною задачею, як!Я I присвячена дана дисертацШнл робота. Робота виконувалясь у в!дпов!дност1 з тематикою досл1д*онь г!дравл!чких В t УВ Ирнкчих машин, як! проводились у В!шшцькому державному техн!чному ун!вер-ситет! сп!льно з !нстигутами ВКШПРудмол та НДГР1 по завдашшх ком-плексних Шльовкх дерхавких програм, а гако* по окремих гоепдого-в!рних темах з р!?ниии Шдприеиствами.

Мета рсбоги. Розровка методики синтезу та D«6!p рац!ональних принцип!альних схем I конструкции автонатичких 1'1др,орозпод1л)стач1в - клапан!в-пульсатор!в для Пдравл1чких привод!в В 1 УВ вузлЮ, встановлення законом!рностей та особлипостеП 1х функШонувашм, теоретичн! та експериыентальн! досл!дження динам!ки робочого про-цесу типового УВ вузла з г!дроприводоы, якиЛ керуеться клапаном-пульсатором, розробка по результатах цих досл!джень методиш! проектного розрахунку основких пвраметр!в аналог!чних пристроТв i створе}шл на II основ! реальних конструкц!й В ! УВ вуз.ч!в'Пдропер-Форатор!в, транспортно-технолоПчиих в!брацШшх машин та 1ншх 8И-

д!в обладнанкя В 1 ТВ д!1.

Ыетоли досл!джень. Теоретичн! розрахунки виконувались на основ! сучасних ыетод1в натематичного моделювашш ф!зичних процес:в, що ыали м!сце як у досл!джуваному клапан!-пульсатор1, так 1 г!дравл!ч-н!й систем! ударно-в1брйЦ!йкого вузла, засноваких'на кдасичких нау-кових положениях 1 законах г!дравл!ки, теоретично! мехак!ки, методов иатематичного анализу та прикладной' математики, теорп пдро-привод!в, а також результат!в I висновк!в 1:ших автор!в. Експери-ыентальн! досл!дження спряиован! на перез!рку ! п!дтвердаекня тео-ретаганих положень, а також ехсплуатаШйних 1 ресурсних характеристик г!дропривод!в В 1 УВ вузл1в в залехност! в!д конструкц!I та па-раиетр!в клапана-пульсатора, характеристик приводно! г1дросистеыи. Стендов! та натурн! експерииенти ! випробування проводились елек-тровитрювальши способом !з застосуванняы сучасних прилад!в в!бро-та тензометр!I достатньо! точносг! з частотниыи характеристиками, прийнятюши для реестрацИ параыетр!в роботах процес!в г!дравл!ч-них приЕод!в В I УВ вузл!в, хероеаних клапанаыи-пульсатораш. Ана-л!з ыатематично! иодел!, розрахунки та виб!р конструктивах параметр^ клапана-пульсатора I характеристик приводно! г!дросистеми проводились з використанням ЕОМ.

Наукова новизна. Новиыи науковиыи результатами е:

- встановлен! законои!рност! функц!онування найважлив!шого пристрою дссл!дхувано! г!дросистеми - двокаскадного клапана-пульсатора, що полягають у виявленн! найб!льш суттевих характеристик та параметр!в, обуыовлюючих умови збудження та !снування пер!одичних коливань його керуючого зап!рно-розпод!льчого елементу - клапана першого каскаду;

- розроблена повна та спрощена иатеиатичн1 иодел! робочого процесу типового г!дравл!чного приводу УВ вузла, дистанц!йно керо-." ваного двокаскаднии клапаном-пульсатором, що полягае в дискретному розбитт! робочого циклу на окрем! фгзи;

- техн1чн! р!шення реал!зован! в досл!джуваних г!дравл!чних . приводах В ! УВ вуэл!в, що виражаеться у визнанн! !х винаходаии

(конструктивн! рццення захищен! б!льше н!ж 60 авторськими св1доцт-ввии та патентами);

- обгрунтованг критерп выбору основних параметр!в ! характеристик приводно! Пдросистоии та керуючого нею клапана-пульсатора, як! були одержан! в результат! чиселького моделюзакня на ЕОМ 1 екс-перииент8льно! перев!рки зд!йснення робочих процес!в на досл!дних зразках та покладен! в основу негодики розрахунку г!дравл!чних при-

вод!а В I УВ вузл1в.

Практична ц)нн1сть. Доведена експернментзльно та експлуатаЩею у проиислових уиоглх доц!льн!сть викоркствкня як блока автоматичного дистанШйного управлйпш г1дравл!чтш приводои В 1 УВ вузл!в для пркичих та 11Ш!д машин - двокяскадного клапана-пульсатора; розроб-леМ класиф1кац1йно-структурн! матриц!-визначники иожливих вар!ая-Пв зд!йснення принцип!альних схем г!дравл!чних привод!в В ! УВ дЛ 1 керуючих ними пвтоматячннх г1дророзпод1лпвач1в - клапан!в-пульса-тср!в; запропоновано метод розрахунку та вибору пар8иетр1в 1 характеристик приводно! г!др^оистеии та конструкцН клапана-пульсатора? розробленэ методика, алгоритма та рекомекг.цП проектного !нжвнер-ного розрахунку птових г!дравл1чних приводгв В I УВ вуз/Лв; роз-роблен! на р!вн! винаход!в реальи! консгрукцП клапан!в-пульсато-р!в, а також керованих ними В 1 УВ вузл!в.

_Реал!зац!я результата роботи. Розроблена методика та рекомен-дац!Г внкористовувались ВНДШРудмашем (и. КрквиЯ Р!г) для розрахун-к!в ! обгрунтування вибору параметра нових удариих вузл!в для г!д~ роперфсрэтор!в. Результата досл!джень досл!дно~промислового зразка '■ ударного вузла УДЦМ-15 з клапаном-пульсатором запропоновано! конст-рукц!I викорнстам в плаиових роботах ВНДПТРудмаи (Тепа:80,9.24.013 -"Досл!дхе»тл по иодерн!зацИ юнувчих те створенню нових ззсоб!в удярно-обертального бур!ння ипур!в та свердловин малого д!аметра", Я Деря, реестрац!! 80042757).. Розроблена в дан1Я робот1 методика розрахунку робочих парзыетр!в 1 рекомендац!Т по констругванню г!д-равл1чних в1брозбуд*увач!в використан! НЯГР1 (ы. КрИвий Р1г) при створеннг досл!дно-конструкторського зразку г!дргтл1чиого збудяувв-ча коливакъ для модуля постачалького в1броконвейера Д-1, а тако* використовуються в НДГР1 при проектуванн! р!брозбуджувач!в, що эас-тосовуються як приводи Пршгшх в!бротрянспортусчих МОЕИНч В ! УВ вузли з г!драал!чним приводом запропоновано! конструкт! зиайшли свое промислове впроводження на ВО "Х^ром" (м. В1юшця), як Г1дравл!чн! збуд*увач1 коливань в1брац1йного поста для роэвантаяен-ня зал1зничких вагон!с-хоппер1в в!д залтпк!в сипких ванта*!в, а тако* в!брац!Пних площадок для транспортування I обрушувакня склеп!нь сипких х!м!чких матер!ал!в.

^робац!я^^оботи. 0сновн1 науков! положения та результат дос-л!д*ень допов!дались 1 обговорввались: на республ!канських сем!на-рах "Становище, перспективы та досв1д застосування г1дропрквод1в у машинобудуванн!" (м. Кк1в - 1976, 1981, 1982, 1984);. на XVI загаль-носоизШй карад! з г!дравл1чноХ автоматики (н. Кит в, 1980); на за-

гальносоюзн!й галузев!й школ! ыолодих вчених "Шдвшцешш продуктив-ност! прац! при п!дзеш1й 1 в!дкрит!й розробц! залГзншс та марганцевых руд" (и. Кривий Р!г, 1984); на зональних кокференЩях "Проек-тування та екснлуатаЩя проыислових г!дропривод!в 1 систем г!дроав-томатики" (и. Пенза, 1986. 1988); на НТС ВНДГИРудмаш 1 НДГР1 (и. КривиЙ Р1г, 1982 - 1988); на першШ и!жнародн!й НТК "Удосконалення 1 розвиток опорядиувально-зачищувадьно!, ф1н1шво1 та поверхнево! пластично! обробки детелей" (и. В1нниця, 1992); на друг!й м!жна-родн!й НТК "Застосування коливань в технолог!ях. Розрахунок 1 про-екгування ыашин для реал!заци технолопй" (и. В!нниця, 1994); на обласних НТК в 1975 - 1994 роках (ы. В1ишця).

Найб!лып вагоы! результата отриман! пошукувачеы. Розроблена 'методика анал!зу та синтезу ыожливих принцип!альних схем 1 конструкт,шних ршень г1дравл1^них В 1 УВ вузл!в та керувчих ниш клапа-н!в-пульсатор!в; обгрунтован! законои!рност! функцЮнування найвах-дибШого пристрою Пдросистеми - клапана-пульсатора, що забезпечуе автоматична керування перюдичними перем!щенняш поршня УВ вуз л! в т!льки по потоку робочо! р!дини; розроблен! иатеиатичн! иодел! В ! УВ процес!в,за допомогою яких проанал!зований вплив параметр!в г!д-роприводу на стаб!льн!сть 1 як!сть функц1онування В 1 УВ вузл!в; отриыан! теоретичн! залежност!, як1 покладен! в основу запропонова-но1 методики проектного розрахунку пдропривод!в В 1 УВ вузл!в; складена методика 1 проведен! експериыентальн! досл!дження; розроблен! та впроваджен! у виробництво ефективн1 рацюнальн! конструкцП вузл!в.

Публ!кацП. За матер!алаш дисертацМ опубл!ковано 90 науко-вих роботи. В тому числ!: 1 монограф!я, 1 брошура, 26 статей та 1н-ших пу6л!кац!й, 62 авторських св!доцтва 1 патента на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертвц!йна робота складаеться' 1з вступу, п'яти розд!л!в, висновк!в по робот!, списку л!тератури 1 додатку. Матер!али роботи викладен! на 159 стор!нках машинописного тексту, !люструеться 60 рисунками I 5 таблицяии, список л!тератури вШщуе 138 найменувань.

ОСНОВНИй ЗМ1СТ РОБОТИ -У-Всту?*- обгруктована актуальн!сть роботи, П наукова новизна, практична ЩнШсть, викладен! основн! положения, що виносяться на захист, сформульована ыета та задач! досл!дження, наведен! в!до-мост! про опробац!» результат!в досл!дхень та структуру роботи.

В першоыу роэд!л! приводиться анал!э основних характеристик 1снуючих в!брозбудкувач1в, як! застосовуються в Прнич!й та 1ншх

гапузях промислсеост!. Як поклзао апалгз, с/род Мдсмих тип!в Пристли для nii*>por'.yA4ytv,4íо ннйб!льш пор'Мткптнн« е ПдрпшП'Мшй. Встанетleno, ко сптималытмм серед !снуичих n rlpmnlft та ипнил су-м1ягш!7, гялуст нттшебудувгншя г$дравл1ч)шх в16роэвудх'<г)ач!з с Пд-pOOfl'CbCfí npífrrpot 13 30DIIÍnnitM спгонатичним 30л0тшч0еим обо кла-пакикм ксрупзккяи, Особливот увоги серед них заслугорують пдрав-л!чиг гнлрогбудяуеач! - в I УВ вуэля э дистаншйним автоияткчтпщ повторениям робочего шгклу зэслякс клапашщ-пульсаторам, як! були еперше звпропсновзн! Г дсслгдженГ у Впшидажоиу державному тохнт-ноиу ун!верситетГг тоиу ©э вяявдяись н»М!льш простшм t над1йня«я в робот!. В"ликиЯ вклад в розвнгок та досл1д*енпл р!зночан!тних npicrpolB автоматичного кэрування пдропршзодакк В t УВ вузл!в -внесли 0.Д. АлШов, С.О. Басов, H.A. Бола», Б.Г. БспауП, В.Д. Ввр-сзнотьев, Б.В. ВеПцдхоБськнЯ, I.®. Гончпрепич, Р.Г.Давидово, Ю.В, Дмитр!ебчч, м.е. Ibghoe, Р.Д. 1сксеич-ЛотоцьклЯ, I.I. Кавприа, А.Ф. КIчtг1 к, С.О. Козырев, О.Г.Лазугк!н,1.Ф. Лур'е, 1.Б. Матвеев, 1.Ф. Медведев, A.A. М1тусов, A.C. Павлов, В.Ф. Пантелеев, A.Í. nc¿-номарчук, B.C. Пантелеев, Ж. У. ?субал1се » I.A. Яшей га limit.

Аийл1э 1 сную1н!х теор»?т)ггпйх метод!© розрахунку г!дравл1чних в!брозбуджувоч!в показав, до Тх резудызти глжко пристосувати до розрахунку г1дропривод!в В ! УВ вузл!в, керованлх кляпанауи-пульса-тораии, а тоиу в1дпрпшовяннл ноуково1 мстодтда IX розрахунку тако* проЯшо три етапи свого розгг.тку. ВХд простих иптеыятичних эалежно-стеЯ ПдравлПад t иехзн!ки, спроионих мятематич:мх моделей рабочих процесЮ, в ягах клапан-пульсатор нриймався як релоЯккЙ пристрН! без врахуванкя його динаи!ки, до сладких иатематичких моделей з достоткъо повгош врахувашиш дииамХкн пэрем!щення основных складо-вих елеиент!в Пдроприводу ! апаратури Яого автоматичного керуван-ня - клапана-пульсаторп.а тако« балансу внтрат робочо! р!днни. Сл!д в!дм!тити. що в инк досл!дкекнях схематично розглпдалась ролот« основного блоку автоматичного керуваиня - дьокаскадаого клапана-пульсатора, не детал!эувалась специфГка перех1дннх процесШ. Но достзт-ньо повно висв!тлгвались законом!pHocTJ та особливост! збудяегаш та 1снувакня неэатухаючих колипань зал!рно--розпод1льчого елемвкту клапана першого каскаду.

На основ! анал!зу в!доыих нвукових р!шень.1 проведених досл!д-жень аналог!чного обладнання були сфориульоват наступи! задан;

- провести анал1з моилишх варюнт1в принцип! алысил í конструк-тивних схеы г!дропрявод!в В ! УВ вуэл1в з клапанаыи-пульсаторами;

- обгрунтувати законоШрност! та особлзгеоот! функц!онува1шя

- 8 -

двокаскадного клаппнй-пульсатора непрямо! д!I

- розробити повну та спровену ыатем: пчкIиодел! робочого про-цесу типового г,1др;тл1чного УВ вузла, керовакого дьокаскадшш клапаном- пульсатором, t на Тх основ! провести теоретично досд!дження режки!в робота УВ в/зла за допоиого» ^Ш;

- окспериментальшшн досл!даеязмил двсхаскадного гмеияна-пуль-сстора непрямо! д?1.1 керованого ¿зш г!дроприводу УВ рузла встоко-вата Достов!рн!сть матеиатичних моделей, а також вияватя закоксвЛр-ност! зм!нк floro р'обочих режим!в при регулюванн! Параиотр1в 1 характеристик Пркпсдяо1 г!дросистеш{ í клапана-пульсатора; .

- розрэбитн методику ро^рзхукку та проектуванкя автоиатичних г!дророзпод1.„}..веч1в - клапан!р-пульсатор!в для г!дропривод1в В ! У! вузлхв г!риичих касшн;

- прорести ьпровадження результат!в досл!лзення j виробництво.

Другой роздал роботи присвячекий вчбору та обгрунтупанню ра-

Щональнкх г.онсгруктиьнмх ptnmHb об*скт!в д6сл!днения - В ! УВ вузл!в, Пдропривод ягах керусгься клапанами-пульсаторами.

Нясяиперед поперэдньо розглянутt можлив! вор!снтк пришаш!аль-них cien эд 1Йсноння В I УВ вузл1в, як1 буди поклвден1 в основу кла-сйф1к8ц!йно-структурно! матриШ-визначника. За бвзовйй типовий г!д-Пдродвигун прийнято г1 дроцил!кдр двосторонъо! д11 з камерами робочого та холостого ход!в, з р!экими «с-окгивкиын робочимн плооами. П1СЛЯ в!длов!дного анал!зу !з запрог.оновано! матриц! вар1ант!в ехеы були внключеи! повторюван! симетричн!, теоретично неможлив! вбо практично недоц!льн1.В результат! отриыано 14 ыожлквих ревльких принцип!алышх схем !э 49 математематично рч1куваних. Аналопчко також сиктсзов8Н1 принцип»8льн! схеми автоматичных г!дророзпод!Л1>-вач1в - клппан!в-пульсатор!в, для яких була складена класиф!к8ц!Я-. во-структурна иатркця-виэначник иожливих тклових схем клапана-пульсатора пряыо! та непрямо! дП I способи 1х Шдклвчення до г!д-росистеми. Шелл вкклетекня !з розгллду нерэц!ональних схем ПДро-розпод!лення сШльно з лолередньо виявленими рац!ональними схемами Г!дроприоод1в були також синтезован! повн! принцип!альн1 схеми г!д-роприводу В i УВ вуэл!в та керувчих ниш клг>пэн!в-пульсатор!в. Ви-ходячи !з методики класиф!кац11 конструктивних рнаень клапан!в-пульсатс)р1в,запропоновано! проф. р.Д. 1сковичем-Лотоцьким, автором також було розроблоно вср!ант структурно! матриц!-визнзчника, при-дйгно1 длл внбору конструкшй клапан!в-пульсатор!в. В основу ц!с! иотртШ покладен? можлнв! 1 в!до«1 нам конструктив«! виконання таких пристро!в. 1з запропонованого перел!ку Можливих принцип!альних

- э -

г1дравл!чних схем, а також п!сля детального анал!зу t синтг?у и,-к ливих конструктивных pímeiib клапан!в-пульсатор!в була вибрана най~ б!льш рацЮнальна для конструктивно! реал!зац!1 об'екта досл!даен-ня - УВ вузла тт дроперфоратора принцип!альна схеиа з врахуванням конструкц!! двокаскадного клапана- пульсатора (ркс. П.Даний УВ ву зол - Пдропргаюд з керованою камерою холостого ходу, в якоыу зас-тосовано двоходовий, двокаскадкяй клапан-пульсатор, в першому кас кад! якого використано лроыгжкий плунжер-штовхач, що взаемодю з золотникои - зан!рна-розпод1льчии елеиентоы, котрий одночасно е ан тоыатичним дроселеы.í двоходовий розпод!льникоы енергонос!я, а в другому каскад! - клапанний зап!рно-розпод!яьчий елемент з двоао двоходовий розпод1ленняы енергонос!я. Конструктивна схема даного УВ вузла, як складова часгина - робочий модуль г!дроперфоратора, визнана винаходом ! .захицена авторськтш свгдоцтвами СССР за Л 1046495, 1625949, 1658916, 1765319 та 1нш.

В третьому розд!л! робота проводаться теоретичке досл!джетш динам!ки типового УВ вузла з Пдроприводом, який автоматично копу еться двокаскадшш клапаном-пульсатором.У в!дщов!дност1 з розрах^н новою схемою (рис.2),була розроблена повна матемагична модель ройо чого процесу типового г!дроприводу УВ д!1 з двокаскадниы клапаноц-пульсатором, яка дозволила 1Штувати динам1чн! процеси.

При розробц! математично! модел! прийнято так! припущен««:' температура ! в'язк!сть робочог р!дини пост!йни хвильовиш проце-саш нехтуемо, тоыу що ПдролГн!I мають незначну довжину; продук тивнють Пдронасоса пост!йна; коефЩ1ентн витрат через прох!дн! отвори nocTlflHl; иохлив! втраги р!днки и Пдроскстега л1нШю зале-жать в!д тиску; р!дииа в г!дросистем! стисклива, коеф!ц!ек'г стиск-ливост! при тисков! 0-3 МПа прийиаемо р!в!шм певноиу середньо-!нтегральному значеиню.а при тисков! б1льше н!ж 3 МПа -надаемо пос т!йне значения.В осиоау математично! мсдел! динамгки роботи пдро-розпод!льчого пристрою - двокаскадного клапана-пульсатора покладе-но розбиття всього робочого циклу на ряд взасмопов'язаник днскрет-них фаз спрацювання його рухомих елемент!в - клапан1в першого та другого каскад!в, в залежност! в!д ьолокення рсбочого органу. Зок-реиа, були вид!лен! наступи! ochobhI фази: 1- зростання тиску робо чох р!дини до величини, при як!Я починаеться перем!щекня pyxouoí маси 1 (рис.2); 2 - перемицешш - холостий х!д маси 1 I деформащн пружкого елементу 3 при подальшому зроствнн! тиску в Пдросистем! до задано! величини ; 3 - початок порем!¡цення вверх плунжера штовхача 8 I двокромкового золотника 9 до проходжешш тш перекрн.

i <J -

1. Конструктивна схема ггдроперфоратора ts запропонованим ударно-в!брац1йним вузлом

тя I $а » при подэльшому перемщект ыаск робочого органу 2 I зро-сга:ш! тиску в пдросистеы!; 4 - поеднання надклапанно! порсжашш. 15 1з злизоы при подгльгаоиу мод! коси 3 з крайне праве положения 1 зростанн! тиску;5 - в!дрив в!д установочного с!дла 1 зтщення вверх клапана другого каскаду 11, до приводить до сполучення робочлх по-рохшга 1з зливон, а також початку робочого ходу маси 2 н!д д!ею зу-силля пружного деформованого елеыенту 3; б - продовження робочого ходу мази 2 при непорушноыу положена! клапан!в до удару по упору 22; 7 - падшш.тиску в Пдросистеи! до и!нШально! величини.поЕер-некня клапаШв у вкх!дн1 позици. Для кохно! з цих фаз складен! не-л!н!йн! диферечЩальн! р!вняння, як! враховували перемгщеннк иас клапан!в першого га другого каскад!в, робочого органу - ыасн"2, а також баланси витрат робочоТ р!дани на переШщення мае з врахуван-няи пружних властивостей р!дини та трубопровод!в.Розв'язашя отри-ыаних систем диференцГэльних р!зшшь ускладнене, у зв'язку з наяв-ниш в них нел1н!йностя«и, а тому розв'язания сйстеыи'р!ЕШШь вико -нувалось числовюси методами на сучасних ЕОМ за допомогою спецГаль-но розроблено! програки. Результата розв'язку, отримак! шеля роз-рахунк!в показують погодженЮть з експериыеитальгаши даиими стосов но основних динам!чких та к!неыагичних характеристик досл1дягузаног. УВ вузла .По результатах розрахунк!в приведен! граф!ки, таблиц!, номограми, як! давть можлив!сть виконувати правилький ви61р пара-иетр!в г!дроприводу . На рис. 3 показано зразок графШв розрахун-ку залежност1 числа 1 енергИ удар1в порпня-бойка в!д тиску в на п!рн!й ыапстрал! г!дросистеии,а на рис. 4 - залежност! ударно! п. тужност!, енерги одинмчного удор7 та ККД вГД частоти удар!в:

12 1ч /6 А, 20 Чо . 60 п с"'

Рис. 3. ' АС. 4.

Приведен! в дан!й робот! пдропривода вюшчаать пристргй, и,. призначений для формування характеру зсвн!иньо1 сили 1 регульвань нздходхення енергП в коливзльну систему - двокаскэдшй клапан-пульсатор. Останн!й мае у своему склад! основиий заШрко-роиподпи чиЯ елемент - клапан другого-каскаду, що виконус перЮдхпне сполучення нап!рно! ыагютрал! !з злигои.в результат! д!1 на нього зшь-НОГО потоку робочо! р!дшш, Г0«вру.7ТЬСЯ проШжшш квруючим г--л

п1рио~роапод!льчии елеиантои - клапанои первого каскаду,що мае спа-щйльй^ $сЬйо^ук1ий. Приведен! диференц!альн! р1внянкя перомщення рухсйкй йасй клапана паршого каскаду та р!вняння вчтрат потоку ро-бсчо! р1динч, Ш п1сля прости* перетворенъ приведён! до наступно-

ГО р!В1ШШЯ{

{ V*V'* ,№/ аг ~0а)

де /Я - суыер'га ыаса плунжера-штовхача 8 I двокромкового золотник.- 9} I X - поточний час 1 пермпщення иаси; Ы. - коеф!Шснт а'я;кого тертя; С - «орсткють прулсши 10; Д 1$)г -д!амегри золот-шгаа 9 I плунжера-штозхача 8, в!дпов!дно; Щ. -об'ей р!дини,в1д-пов1дно, подашШ насосом,злитий через клапан та загальний об'си по-поро'жнин; К *Ц/рм11 - коеф!ц!енг об'емно! стискливост! робочо! ршгни. Проанал!зовано вплив во!х склздових елемент!в нел!н1йного ди^ронц!ального р!вняння (1) на моаливе збудаенкя та !снувэння не-э&тухаючих пер!одичних коливань клапана. Виходячи з критерИв Гур-ьиця, вигиаченях у в1дпов!дност1 з коеф!ц1ентани одеряаного харак-аьркстичного р!вняяня, було -найдено аналинчн! умови ст!йкост! цього перох!дного процесу, що мае коливальний характер :

^¡щт-т^-т- . / (2)

. . >11ЭТ АО У "1 •

Приведен! в ц!й заложиост! коеф1ц1енти эизначають основн! кон-.

структивн! параметри клапана першого каскаду 1 характеристики приводно! г!дросис'геыи, що позначен! у р1внянн! (1) та на рис.2.Як показав анал!з робочого процесу автоколивання в систем!, виникають за рахунек непер!одичного дхерела енерги - пост1йного потоку робочо1 р!диш1, цо п!д тискои надходить в!д приводного г!дронасоса, I обу-мовлен! внутр!шн1ми зв'язкнми : взаеиодЦею у сам!й систем!. Саме аавдкки ц!й особливост! вдаеться внести в коливальну систему необ- Г Х!дш!й запас енерги ! сама в цьому полягае основна принцип!альна В!ди!нн!сть гапропонованих нами клапан!в-пульсатор!в в!д звичайких ! конструктизно под!бних запо5!*нкх чи переливних клапан!в, як! иа-вть о"н&онячну актавну силу, д!ючу на клапан першого каскаду,котра не здатиа внести необхШшй запас енерги на збуджешиг його коливань. В запроповчн!й конструкц!! зап!рно-розпод!льчого елементу пе-редбачена допом1жна ефективна ребоча площа.яка саые I сприяе виник-Ешншо двозначчост! активно! сили в залехност! в!д величин« змицен-ня елементу в!д вих!дного положения. Незатухаюч! колизання будугь вабозпечуватися в тому вкладку, кола витрата робочог р!дшш в г!д~

росистей! не пер^видують гракичио допустим!, на як! рояряхопаний по перепаду тиску конкретный кляпак-пульсатор, тобто Цв

уэгоджувться такса э 8Нал!тичтши умовями стШкост! в!дпов!дно кри-тврПв Гурриця (2).

В роэд!л1 наведен! спрошен! система диферешПалышх р!внянь, По описувть ровочнЯ процас, який ?д!Йс1{1?еться УВ вуз;;ои з кляпеком-пульсатором, а'тако* I* 8Нэл!тичниЯ розв'язок» Таким чином,С/ли отрянан! формули, со описують зекогш переШпекня робочого органу УВ вузла при рсбочсму I холостому ход!, як! можна застосовувати дяя проектних !йж?нерних рсзрахунк!в.

.Четверти^ роэд!л роботи присвоений експерпыенталыпш досл!д~ женням двокаскадних клапан!в-пульсатср!в I керовэних ними г1дропргь вод!в В 1 УВ вузл!в запропонованоТ в робот! коист^укц!!. Мета цих до'л!джень: пер*)в!рка адекватност! лрннятих допущень при обладали! математичких моделей рс^очого пронесу, встчновлекня роялышх законом!рностей ттроходжекня роботих режз'.м1в при р<згулгвянн1 пара- ( мегр!в Идропрнводу ! клапана-пульсатора. В розд1л! Наводеио,олмс вкспериментального стенде, вар1ант!в 1 коЯстфуктивних ссобливостей ун1вбрсального УВ вузла I двокаскаднях клап8Н1в-пульсатор1в. Описана впаратура реестрац!! роСочях процес!в в г!дроприводах. Вим!рю-валький комплекс складаеться з плейфового осцилогрпфа Н-Н5, тёнзо-Шдсилгпзча еАН'!-^, датчих1в тисну 1 перемИценнл. При встпновлен-них конкретних параметрах проводилось осцилографувакня робочих пронес! в э в!дпов!дИою нёобх!дкою повторюван!стг. Похибка оброблюван-ня експорииентальних дгних не перёвйцувала 4*6 * при в$ш!рюва:ш1 тиску I була в ме*ах до 6 * при вшЛрювонн! перем.1щень. Пор!вняння експеримектальнях залежностей з отриманиыи аналпичшш шляхсм св!д-чить тфб 1х достатнъо хорошу як!сну та к!льк!сну Погоджен!сть (з!д-хялення не перевищують 21,5 * по енергЙ, 18,8 Т , по частот1 удй-р!в 1 12..«14.5Т по величин! перем!день), що заДоВольняе вимогам проектних роэрахунк!в 1 надае можлив!сть рахувати пр^йнят! пркпу-докня достатн!мн. а матейатичну модель УВ вузла адекватною реальному зразку.* На оДн!й 1з типов« оецклограм, по показана на рис. 5, можна простежйти характер перех!дких процес!в у г!дроприво-д! досл!джуваного УВ вузла з клапаном-пульсатором. Йана осцилограмя св!дчить про ст!Йку 1 стаб!льну работу цього пристрою. На оецклограм! позначено: I - тиск в нап1рн!й маг!страл!; 2 »3 1,4 - пере-ыТивНня рухомо! ыаси робочого органу, клапан!в першого та другого каскад!в, в!дпов1дно. Запис зроблено при наступних параметрах кон-сгрукци клапана-пульсатора (рис>2):])-Юмм.Д-•

эол г1дропер$орагорэ УДДМ--15, розробленмй иони за зввлвнням РНДГ11-рУДИВШ 1 гцгстовд<;ш!й Н8 ДООЛ!дисму ззе0д1 1нституту. В рОЗДГлу ДИ-сертац!! дпчо кслгкретний инал!з пи досл!джень. Осноьн! характеристики цього УН вузла були такими: ударна пзтугн!сть 11,3 кВт, енер-г!я удяру 160-280 Дж, частота удэр!в 55 - 40 с"1, тиск в нап!рн!П г!дрол1н!Т - 17 МПа, нео5х!д:ю продук~квн!сть насоса: 100 дм3/хв. Проводилось тако* випробування гиравлИних В 1 УВ вузл1в 1нзого призначбння дан! IX р&зультпт1в .наведен! в додатках до дисертаШТ.

_В п'птсму розд!л! приводиться методика проектного розрахунку клапана-пульсатора I керованого ним г1дроприводу УВ вузла, в основу И по.кладен! результати теоретнчних 1 експеркиентальних досл!д-яень, практи«т1Л ДОСВ1Д експлуатацП. Виведено ц1лий ряд ?орыул для Кгяенерни* розрпхунк!в, приведет необхшп рексмелдацп !.прикла-ДЧ розряхунку. В П'ятсму рОЗДШ СГЕИСОП! КСНСТрутИ В 1 УВ Н8ШШ, в яких булк -практично ровл1зовон1 результати розробок г!дроприэод!в ■? клапанами-пу1ЬС?тораыи. Наведен! !х основн! техн!чн1 дан!.

ЗАГАЛШ ВИСНОВКИ I РЕЗУЛЬТАТ!! РОБОТИ

1. На основ! проведеного янал!зу основних характеристик 1сную-чй5 в!брозб5джувач!в виявлено неЯб!лып перспективный тип !х приводу - Пдравлгчний.Серед в!доиих г!дропривод!в в!брац!йних 1 удзрко-в1брпц!Пних вузл!в Прничих мапин обгрунтовзн! прреваги Пдропрнво-д!е а автомэткчним керуванням за допомогою клэпан!в-пульсатор!в.

2. Розроблена методика анал1зу та синтезу можливих принцип1-вльиих схем ! конструктивних р!шень г!дравл1чних В I УЗ вузл!в та *-?рупчих'ними клапан!в-пульсатор1'в, ззвдяки як!й було эд!йснено ви-Мр рлщонально1 консгрукцН клапана-пульсатора та компоновки удар. но-егбрац!йного вузла для конкретного облядиання - г!дроперфорато-

- 15 -

ра для бур!ння г!рських пор1д та !ниах машин.

3. Обгрунтован! теоретично та п!дтверджен! експерииенталько законои1рност1 функцюнуЕання найвахливЮого пристрою г!дрссистеми - даокаскадного клапана-пульсатора, забезпечувчого автоматична ке-рузання перюдичними перемиценюши поршня (плунжера) робочого г!д-роцил!ндра тГльки по потоку робочог р!дини, вперше установлено най б!льш сутгев! характеристики 1 параметра Пдросистеми, як! визнача-ють умови збудження та 1снуванкя пер!одичких незатухаючих коливань його керуючого зап!рно-розпод!льчого елеыенту - клапана першого каскаду.

4. Запропонована повна та опрощена иатеиатична модёл! робочог./ процесу типового пдроприводу УВ вузла, що керуеться за допоыогою двокаскадного клапана-пульсатора, як! в!дрязняються тиц.що базуить ся на дискретному розбитт! робочого циклу на окреы! взаемопов'нза-н! елементи - фази, що надало ысжливють за допомогою чисельнох'о експерииентування на основ! матеыатичноГ иодел! та використовуючи ЕОМ, провести детальний анал1з впливу основних характеристик 1 параметр^ пдросистеми та конструкцН клапана-пульсатора на частс-тоту, ампл!туду, швидкЮть перем!щення рухомих деталей робочого органу I клапана-пульсатора,

5. Встановлен! узагальнен! анал!тичн1 залежност! - критерП, як! зв'язують пом!ж собою основн! параиетри приводно1 г!дросисте1£л

I конструктI В I УВ вузла, придатн! для практичних розрахунк!в при попередн!й оц!нц! 1 вибор! раЩональних паранетр!в на стад1Т еск!з-ного проектування.

6. Розроблен! та випробуван! на спец!альному стенд! експери-ментальн! зразки двокаскадних нлапан!в-пульсатор!в та керованих ними ударно-в!брац!йних вузл!з. Встановлено експериментально стШсу

1 стаб!льну роботу запропонованих Г1дравл1чних В 1 УВ вузл!в 1 клапан! в-пульсатор! в. Результата експеримент!в шдтверджують достов!р-Шсть теоретичних положень. Клапан-пульсатор забезпечуе стаб!льну генерац!» !мпульс!в тиску робочо! р1дини при перепад! тискудр в робоч!й камер! в!д 2 до 32 МПа з регульованою частотою повторюва-ност! в!д 1 до 60 Гц в залежност! в!д продуктивное« Пдронзсоса.

7. На основ! одержаюа теоретичних ! експериментальних резуль-т!в розроблена методика розрахунку параметр!в В ! УВ вузл1в з дво-каскадюш клапансм-пульсатором. Методика використана для проектування ударного вузла г!дроперфоратора УДЦМ-15 для бур!ння прських пор!д, г!дравл!чного збуджувача коливань для в!броконЕейера Д-1, а також передана 1 використсвуеться ВНДП1Рудм8швм, НДГР1 та ншшн

оргаШЗаЩяии при внкоианн! досл1дно-конструкторсышх роб!т.

8. Розроблен! та впровадяен! у виробництво реальш вузли в!б-раЩйно! 1 удпрно-в1брац1йнот д11, конструкци якмх эа1гацен1 ввтор-ськиии св!доцтеани та патентами.

Основшгй змют дисертацИ викладено в наступких роботех: 1. Гидропривод сваепогружапцих и грунтоуплотнянюи маснн / U.E. Иванов, И.Б. Матвеев, Р,Д. Нскович-Лотоцкий, В.А. Пишется, И.В. Коц. - М. Машиностроение, 1??7. - 174 с. .* 2. Иванов M.Е., Нскович-Лотоцкий Р.Д., Коп И.В. Специальная гидроаппаратура упра&ле.дя короткоходовкми возвратно-поступательными прямолинеРнкми и вращательтлш перемзиекиями в мавсностроеняя. Обзор. - М.: НИИМзш, 1982. - 52 с.

3. Ивзнов М.Б., Коц И.В., Матвеев И.Б. Математическая модель гидропривода возвратно-поступательного действия, управляемого клапаном-пульсатором // Гидропривод и гидропневмоавтоматика.: Респ. иежвед. науч.-техн. сб. - Киев, Техника, 1981. bi.tj. 17.- с. 49-54.

4. Пономарчук А.Ф., Бовдуй Б.Г., Коц И.В. Математическая модель ударного узла гидравлической бурильной маютп: // Гидропривод и гидропневмоавтомапска: Респ. иежвед. науч.-техн. сб.- Киев.Техя!-К8, 1982. - в;и. 19. - с. 51-54.

5. Аналитическое исследование динамики рабочего процеса пире влич ее ко го ударно-вибрационного узла / И.В. Коц, М.Е. Иванов,

A.Ф. Пономарчук,А.А. Малярчук // Гидропривод и гидропневмозвтомати-ка:Респ.мэжвед.науч.-техн.сб.-Киев,Техн1ка,1987.-в:.п.23.-с. 113-119.

6. Коц И.В., Иванов М.В., Лебедь А.Я. Анализ условий возбуждения м существования периодических колебаний управляизе-го запорно-рвепределительнего >леыента // Гидропривод и гидропневмоавтоыатика: Респ. межвед.науч.-техн.сб.- Киев, Техн1ка,1989. - в:.п. 25,с.53-59.

7. A.c. 1046495 СССР. МКИ3Е 210 3/20. Гидравлическая бурильная машина ударного действия / А.Ф. Пономарчук, Б.Г. Бовдуй, И.В. Коц, Г.М. Алексеев, A.A. Гуливец(СССР)* 3443552/22-03; Заявлено 18.05.82; Опубл. 07.10.83. Бюл. Я 37.

8. A.c. 1320136 СССР, МКИ4 В 65С 27/22. Гидравлический вибрационная привод / А.4>. Пономарчук, И.И. Каварма, И.В. Коц,

B.И. Заика (СССР).- Л 3965951/27-03; Заявлено 21.10.85; Опубл. 30.06.87. Бил. Я 24.

9. A.c. 1372039 СССР, МКГ Е 02В 11/02. Устройство ударного действия / А.Ф. Пономарчук, Б.Г. Бовдуй, И.В. Коц, Г.С. Ратушняк, В.А. Пишейга (СССР).- * 4030388/22-03; Заявлено 24.02.86; Опубл.

07.02.88. Бюл. Я б.

10. Патент Украпы 2554, ЫК15 Е 01С 19/34. Пдро1иерц1Йва Ыб-ротрамбовка /X. Мубарак, О.Б. Волошин, I.B. Коц, Б.С. Фарбор. « 4944254/335 заявлено 10.06.91; дов!дка про видачу 28.02.94. Коц И.В. Разработка и исследование клапэкоЕ-пульсаторов для гидравлических приводов вибрационных и ударно-вибрационных узлов горных машин.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технически наук по специальности 05.02.03. - системы приводов. Винницкий государственный технический университет. Винница, 1995. Защищается б научных работ, 3 авторских свидетельства и патент по гидроприводам вибрационных и ударно-вибрационных (В и УВ) узлов горныг машин, управляемых двухкаскадшми клапанами-пульсаторами, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований. Разработаны полная и упрощенная модели рабочих процессов типового гидравлического В и УВ узла с клапаном-пульсатором и алгоритш ш исследования численными методами с помощь» ЗВМ. Установлены закономерности функционирования клапана-пульсатора, предложена методика i критерии пригоднее для расчетов конструкций на стадии проектирования. Осуществлена практическая реализация результатов работы. При водятся данные об Эффективности внедрения их в производство. Kots I.v. Designing and research valve-pulsatores ior hydrauJic drives of vibration and shock-vibration mechanisms by mining machine's.

Thesis being submitted lor scientific degree oi the Candidate of technical sciences on speciality C5.C2.03. - drive systems, т^г Vinnitsa State Technical University. Vinnitsa, 1994. There're defended 6 sclentlfical works and 3 author's .certificate and patents on hydraulic drives ci vibration and shock-vibration (V & SV) mechanisms of mining machines, which operated by tvro-cas• cade valve-pulsatores, and also results of theoretical an J expc-rl-mental reseaches. The complicated and simple mathematical ridels at labour processes for typical hydraulic V & SV mechanic with valve pulsator have been worked out, algorhythms with numerical method of computer also have been proposed. Regularities of a function cT the valve-pulsator were established. Method and criterion:; which are gooi for calculations of constructions in the stage of designing were gave us. Practical realisation of results of the work, there're results about effect of inculcation them into production.

КЛ13Ч0В1 слова: пдравлхчний привод, клапан-пульсатор, в!бра-ц1йн! 1 ударно-в1бращйн1 вузли, досл!дження, математична модель