автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка способов улучшения динамических режимов привода механизма поворота карьерных гидравлических экскаваторов

Яарыгокой апомобявыю-дорошый мстигут

На правах рукописи

Васильева Вероника Викторовна

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЮМОВ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА -ПОВОРОТА КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ

05.05.04 - Дорохньв и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков - 1992

Работа вьлолнена на кафедре эксплуатации дорожных машин и охраны труда Харьковского автомобшшно-дорожного института

Научные руководители

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, заслужекньй деятель науки и техники Украины профессор В. К. Руднев

- доктор технических наук.

, профессор В. П. Ломакин

- доктор технических наук, профессор A.M.Холодов

- кандидат технических наук И. Я. Фаустова

Ведущая организация ПО "Ижорский завод", г. С.-Петербург Защита состоится

УУ часов на заседании специализированного совета К 068.12.01

при Харьковском автомобильно-дорожном институте по адресу: 310078, г. Харьков, ул. Петровского 25. актовьй зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан

Ученьй,секретарь специализированного совета к.т.н.. доцент

И.В. Дощечкина

' •' '• ■ - , '.-. ■ КйВЛлО-,^-,. • 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Технический уровень экскаваторов в значительной мере зависит от статических и динамических характеристик их главных приводов, определяющих производительность и эксплуатационную надежность этих машин. Весьма актуальным являются задачи исследования динамических режимов в механизме поворота экскаватора и разработка на базе этих исследований споссх5ов снижения динамических нагрузок и повьшения производительности экскаватора за счет сокращения времени их поворотных движений. Значительный практический интерес представляет разработка эффективных способов снижения ударных динамических нагрузок в период выбора зазоров в передачах при разгоне и торможении,способов снижения резонансных динамических нагрузок и способов повьшения производительности экскаватора путем Формирования оптимальных статических и динамических характеристик привода поворота.

Цель работы состоит в повыиении производительности экскаватора путем совершенствования систем управления приводом поворота и в снижении динамических нагрузок.

Методы исследований. При решении поставленных задач применялись методы теории автоматического управления.математическое моделирование систем с решением полученных дифференциальных уравнений на ЭВМ.

Научная новизна результатов, вьносимых на защиту. состоит в том. что разработана математическая модель комплексной электро-гидро-механической системы, позволяицая изучать динамические режимы привода механизма поворота гидравлического экскаватора. Предложены новью электрогидравлические системы управления приводом механизма поворота, позволяшие повысить его быстродействие. Разработаны способ снижения ударных динамических нагрузок при вьйоре зазоров в передачах и устройство для его осуществления.

Новизна и оригинальность конкретных технических решений подтверждены 5 авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработаны, исследованы и внедрены способы улучшения динамических режимов привода механизма поворота гидравлического экскаватора. Это позволяет повысить производительность экскаватора за счёт сокраще-

ния времени поворотных движений и повьсить надежность работы экскаватора за счет снижения уровня ударных динамических нагрузок при выборе зазоров в передачах. Разработана методика машинного расчета передаточных функций сложных динамических систем, позволявшая повьсить эффективность динамических расчетов машин и механизмов путем сокращения трудоемкости работы по получению передаточных Функций. Даны рекомендации по способам снижения резонансных динамических нагрузок в механической и гидравлическое подсистемах привода поворота. ""

На защиту выносятся:

1. Математическая модель комплексной электро-гидро-механической системы привода поворота гидравлического экскаватора.

2.. Разработанные способы оптимального по быстродействию управления механизмом поворота гидравлического экскаватора и устройства для их осуществления.

3. Результаты исследований резонансных динамических нагрузок в: механической и гидравлической подсистемах механизма привода поворота.

4. Способ снижения ударных динамических нагрузок при выЗоре зазоров в передачах и устройство для его осуществления.

5. Результаты экспериментальной проверки теоретических исследований.

Реализация результатов работы. Работа вытолнена на кафедре эксплуатации дорожных машин и охраны труда Харьковского айтоыобильно-дорожного института. Результаты диссертационной работы внедрены на ГО "Ижорский завод" при разработке рабочих проектов экскаваторов с обьешьы гидравлическим приводом ЭГ-15, ЭГ-6 с ковшом вместимостью 15 м* и 6 м* соответственно.

Апробация работы. Основное положения диссертационной работы докладывалась и обсуждались на IV Всесоюзной конференции по электроприводу одноковшовых экскаваторов С г.Свердловск, 1989г.3. Вьшз сделаны сообщения в Ленинградском инженерно-строительном институте (1991г.). ПО "Ижорский завод" С1989-1990г. г. ). на ежегодных конференциях Харьковского автомобильно-дорожного института С1989-1991 г.г.З.

Публикации. По основные результатам проведенных исследований опубликовано 11 работ, из которых 5 - авторские свидетельства на

обретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 ав, заключения, списка литературы из 150 наименований и приложе-я на 60 страницах. Материал основной части диссертации изло-н на 160 страницах машинописного текста, иллюстрирован 60 сунками и 5 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и определены цель задачи исследований. Отражена научная новизна, практическая нность и реализация результатов работы.

В первой главе проведен обзор современных тенденций развития цравлических приводов экскаваторов. Показано, что в производ-ае современных гидроприводов все более важное место занимает 1уск оборудования, специально предназначенного для работы в «гугексе с электронны«! управляющими системами. Интеграция црооборудования с управляющими электронными системами позволяет /ществлять гибкое управление перемещениями, усилиями, скоростя-, ускорениями исполнительных органов и реализовать рабочие эцессы в различном механическом оборудовании с вьсокой степенью jhocth. Появляется возможность существенно улучшить статические щнамические свойства систем управления гидравлическим приводом жаваторов.

Анализ литературных данных показал, что созданы теоретические практические основы проведения исследований динамики гидропри-ia механизма"поворота гидравлических экскаваторов. Однако 1росы создания и исследования электрогидравлических систем 5авления приводом механизма поворота в настоящее время остаются срыгьыи. В этой связи особенно актуальной становится разработка 4ых систем управления, которыз с наибольшей полнотой могли бы юльзовать достоинства гидравлических систем. На основании трепаний к устройствам управления и анализа литературных, данных ¡тавлены цель и задачи работы.

Во второй главе описывается математическая модель комплексной ¡ктро-гидро-механической системы, основанная на совместном ¡смотрении динамических процессов в объемном гидравлическом воде, в многомассовой упругой динамической системе механизма юрота, в электрогидравлическом механизме регулирования подачи юсов.

В приводе механизма поворота электрогидравлического экскаватора типа ЭГ-15 использустся регулируемые по подаче насосы, кото-рыэ приводятся во вращение обшим асинхронньг.1 двигателем, связанные с ниш через понижающий редуктор. Четыре гидронасоса подаст жидкость в общую магистраль, к которой подключены четьре нерегулируемых гидромотора. Валы гидромоторов через понижающие редукторы и бегунковыэ шестерни связаны с венцовой шестерней поворотной платформы. Изменение скорости гидромоторов осуществляется при помощи насосов, подача которых регулируется по давлению электрогидравляческой системой управления. Электрогидравлический механизм изменения подачи насоса включает гидравлический механизм изменения подачи и модуль дистанционного пропорционального управления подачей. Модуль дистанционного пропорционального управления содержит электромагнит и золотник. На вход электромагнита поступает напряжение управления, величина которого пропорциональна необходимой подаче насоса. На выходе модуля дистанционного пропорционального управления формируется давление управления, которое поступает на гидравлический механизм изменения подачи насоса и вызывает переметение сервопоршня. Это перемещение приводит к изменению угла наклона шайбы насоса, т.е. осуществляется управление регулируемым насосом. -

, Математическая модель комплексной электро-гидро-механической системы привода механизма поворота экскаватора описывается системой дифференциальных уравнений 11 порядка.

Л 7Р = м™ - МИ - %и . СП

где ^ -суммарный момент инерции гидромоторов и редукторов^-угловая скорость вращения массы },; М^-момент на выходном валу гидроыотора; Мц-упругий момент, действующий между редуктором и поворотной плат-фордей; М^-мошнт трения, действущий между редуктором и поворотной платформой-

'а ~ 4 - М^ - м^ . са

где .¡2 - момент инерции поворотной платформы; скорость вращения поворотной платформы; М^ - упругий момент, действующий между платформой и рабочим оборудованием; М^- момент трения.

действующий между платформой и рабочим оборудованием, «'з — = % - Мтр23 ' С3>

где, ^-момент инерции рабочего оборудования; угловая скорость вращения рабочего оборудования:

где С,2- жесткость вала, соединяющего редуктор и платформу.

<и

= Са - №3) . . С5)

где С23 - жесткость рабочего оборудования, где К^- коэффициент вязкого трения, где коэффициент вязкого трения.

<1М

гм

<п

»1- »иу

(8)

где С„ -жесткость гидравлической системы; wr -скорость жидкости в трубопроводе; - суммарны! коэффициент утечек в гидросистеме.

<1Мд Кд 1

(да,, - чг,)--М„ . С9)

х * д т д

<11 Т * " д 7 д д д

где Мд- момент на выходном валу электродвигателя; Т - электромагнитная постоянная времени приводного электродвигателя; Кд- коэффициент весткости механической характеристики приводного электродвигателя

насоса; ту -скорость приводного электродвигателя; w - скорость при-

д **

водного электродвигателя в режиме идеального холостого хода.

йш

■I.-- М - . (10)

д д ? ™

где Jд -момент инерции приводного электродвигателя.

КУ =

У

У

'ноы

С11Э

где г-текущее значение параметра регулирования насоса; Г ^-номинальное значение параметра регулирования насоса.

Ку= 0-1.

дРу

^-¡г^^-Р . с 1зэ

где Ру-давление управления, поступашее на вход гидравлического механизма изменения подачи насоса; К - статический коэффициент модуля дистанционного пропорционального изменения подачи насоса: Ть- электромагнитная постоянная времени катушки электромагнита; из- напряжение управления.

, й37 ¿7

где К -статический коэффициент гидравлического механизма изменена да

подачи насоса;Т,,Т2-постоянные времени.

Разработанная математическая модель позволяет изучать динамику механизма поворота, проводить моделирование режимов разгона и торможения поворотной платформы.

В третьей главе показано, что одной из наиболее сложных технических задач является уменьшение времени поворотных движений экскаватора, позволятее повысить его производительность. Поэтому возникает задача выЗора такой системы управления приводом механизма поворота экскаватора, чтобы при минимальном времени поворотных движений динамические нагрузки были бы также минимальны.

Для анализа управления приводом поворота экскаватора были рассмотрены идеализированные характеристики работы одномассовой системы, полагая, что скорость вращения асинхронного двигателя остается неизменной, и без учета динамики собственно системы управления. Проведенная идеализация позволила выяснить основные особенности рассматриваемых систем, провести сравнительна анализ систем управления.

Известно, что минимальная продолжительность поворота достигается при максимально возможном и постоянном значении давления при разгоне и торможении.

Была рассмотрена известная система управления приводом

еханизма поворота экскаватора с нелинейной отрицательной обрат-ой связью в гидравлической линии вьсокого давления. Недостатками акой системы является падение давления в напорной магистрали acoca в течение режима разгона Сторможения), что вызывает снижена темпа разгона Сторможения), и колебания давления в конце роцесса разгона Сторможения)Скривые 1. рис.1).

Разработаны системы'управления, обладающие лучшими динамичес-виа характеристиками, приближавшимися к идеальньи. ,

В электрогидравли'ческой системе управления гидравлическим риводом объемного вытеснения, структурная схема системы приве-еца на рис.2. обеспёчивается существенное увеличение производи-вльности привода, путем поддержания в течение процесса разгона торможения) неизменного максимально допустимого значения давле-ия в напорной магистрали насоса. Для этого в режиме разгона торможения),вводится положительная обратная связь по подаче acoca. ~ 1 - '

Было определено оптимальное значение коэффициента усиления оложительной обратной связи по подаче насоса К^ . Для данной встемы были рассчитаны переходйыэ процессы в режиме разгона и орможения С кривые 2, рис.1). В начале режима разгона Сторможе-ая) наблюдается резкое увеличение момента гидромотора (давления нйпорной магистрали насоса). В течение процесса разгона гориокекия) 1юшнт гидроштора остается постоянным. Когда подача acoca достигает заданного значения, отключается положительная йратная связь и момент гидромотора падает практически до нуля. В эгнме установившегося движения система управления работает акже, как и система управления с нелинейной отрицательной обрат-эй связью в гидравлической линии высокого давления. Поэтому зэффациент отсечки» равный отношению значения давления отсечки, ?а котором вступает в работу цепь нелинейной отрицательной Зратной связи, к значению максимально допустимого давления в здролЕши. следует вьйирать равнш нулю. В этом случае система з будет разиькаться в установившемся режиме, что способствует стзэнию ее колебательности.

Анализируя графки переходных процессов данной системы управляя. можно, сделать вывод о том. что ее характеристшси значи-шьно лучке совпадают с идеализкрованнши характеристиками по равнению с известной системой управления механизмом поворота с

Переходныэ процессы привода механизма поворота

Структурная схема устройства управления электрогидравлическим приводом

нелинейной отрицательной обратной связью в гидравлической линии высокого давления.

В электрогидравлическом устройстве управления обьемньи гидравлическим приводом с большим моментом инерции.структурная схема которого приведена на рис.3, также обеспечивается реализация максимально возможной производительности путем поддержания в течение всего времени разгона либо торможения максимально допустимого ¡Значения давления в напорной магистрали насоса. Для этого в режиме разгона Сторможения) вводится положительная обратная связь по скорости гидромотора. .

Были рассчитаны на ЭВМ переходные процессы в режимах разгона и торможения (кривые 3. рис.13. Также было определено оптимальное значение коэффициента положительной обратной связи по скорости гидромотора К^ . Как и в предыдущем случае было показано, что значение коэффициента отсечки следует выЗирать равньм нулю, чтобы система не размькалась в установившемся режиме.

В начале разгона (торможения) наблюдается резкое увеличение давления в напорной магистрали насоса. Когда скорость гидромотора достигает заданного значения, включается положительная обратная связь и давление в напорной магистрали падает практически до нуля.

Анализируя переходные процессы данной систеьы управления можно сделать вывод о том, что ее характеристики также значитель- , но лучше совпадают с идеализированньыи характеристиками, по сравнению с известной системой управления с нелинейной отрицательной обратной связью в гидравлической линии высокого давления.

В устройстве управления обьемньи гидроприводом с большим моментом инерции в течение процесса разгона (тормозения) поддерживается неизменное максимально допустимое значение давления в напорной магистрали насоса. Это позволяет реализовать в течение всего процесса разгона (торможения) максимально темп7и. следовательно. обеспечить минимальное время разгона (торможения)т.е. реализовать максимально возможную производительность. Это достигается введением в систему пропорционально-интегрального регулятора и применения структуры починенного регулирования.

Для данной системы были смоделированы на ЭВМ переходные процессы в режимах разгона и торможения при различных значениях постоянной времени пропорционально-интегрального регулятора. В

Структурная схема устройства управления объемны* гидроприводом с большим моментом инерции

начале режима разгона Сторможения] наблюдается резкое увеличение давления в напорной магистрали, причем при ¡значениях постоянной времени пдопорционально-интегрального регулятора, равных 0.01с и 0.1с, значения давления превьшают максимально допустимьй уровень Скривыэ 4. рис. 1). Затем давление спадает до уровня допустимых нагрузок и в течение разгона Сторможения) поддерживается постоянное значение давления. При значении постоянной времени пропорционально-интегрального регулятора, равной 1с, первоначаль-ньй выброс давления не превьшает допустимых норм, однако в течение разгона Сторможения) наблюдается медленное падение давления в ,напорной магистрали насоса. Когда скорость гидромотора достигает заданного значения наблюдается падение давления практически до нуля.

Данная система управления позволяет получить практически идеальный режим работы при значениях постоянной времени пропор- -ционально-интегрального регулятора - 0.01с и 0.1с. Однако первоначальна выЗрос давления приводит к избыточны* перегрузкам, что является недостатком такой системы. Выбором надлежащих параметров и введением в систему задатчика,интенсивности входного сигнала,, которьм комплектуются электронные блоки управления пропоциональ-ньм гидрооборудованием можно добиться ликвидации выйроса давления в начальный момент времени. При введении задатчика интенсивности '■ входного сигнала предложенная система управления позволяет получить характеристики значительно лучшие, чем известная система управления с нелинейной отрицательной обратной связью в гидравлической линии высокого давления.

Разработанный способ управления гидравлической передачей объемного вытеснения и устройство для его осуществления относится к области автоматического управления гидравлическими передачами, в которых регулируются и насос и гидромотор. Данное техническое решение позволяет повысить производительность гидравлической передачи объемного вытеснения путем сокращения времени позиционирования.

Процесс позиционирования в известном техническом решений включает в себя три этапа.

1. Этап разгона гидромотора до заданной установившейся скорости путем постоянного увеличения подачи насоса, теш которого ограничивается действием отрицательной обратной связи по давле-

нию.-

2. Этап установившегося движения гидромотора с номинальной частотой вращения, соответствующей номинальной подаче насоса.

3. Этап торможения гидромотора путем постепенного уменьшения подачи насоса, темп которого ограничивается действием обратной связи по давлению.

Увеличение производительности гидравлической передачи может быть обеспечено исключением из процесса позиционирования второго из перечисленных выше этапов, соответствующего установившемуся движению гидромотора при номинальной подаче насоса, либо же существенны« сокращением длительности этого этапа. Для этого дополнительно осуществляется разгон гидромотора от номинальной до максимальной заданной частоты вращения при поддержании на этом этапе постоянного давления в напорной гидролинии путем постепенного уменьшения рабочего объема гидромотора при неизменной максимальной подаче насоса.

Для данной системы были смоделированы на ЭВМ переходные процессы в режиме разгона при давлении отсечки, равном 0.7 от максимально допустимого значения давления в напорной магистрали насоса. В начале режима разгона на первом этапе процесса осуществляется разгон гидромотора от нулевой до номинальной частоты враще-нкя изменением подачи насоса. Система управления механизмом поворота работает также, как и система управления с нелинейной отрицательной обратной связью в гидравлической линии высокого давления. На втором этапе процесса разгона осуществляется дополнительный разгон гидромотора от номинальной частоты вращения до заданной частоты вращения изменением рабочего объема гидро-мртора при максимальной постоянной подаче насоса. Момент гидромотора снижается, а давление в напорной магистрали поддерживается постоянньм, равным давлению отсечки. Давление в напорной магистрали поддерживается нелинейной отрицательной обратной связью по давлению, сигнал которой воздействует на величину рабочего объема гидромотора. В конце процесса разгона, когда скорость гидромотора достигает заданного значения, давление в напорной магистрали падает практически до нуля и наступает этап установившегося движения гидромотора.

В заключении главы рассматриваются методы стабилизации устройств управления объешь« гидроприводом. Описываются коррек-

тирунише устройства, которые реализуются с помощью операционных усилителей, которьми комплектуются электронные блоки управления пропорциональным гидрооборудованием.

Проведено математическое моделирование предложенных систем управления с учетом динамики блока дистанционного управления и гидравлического, механизма изменения подачи насоса и с применением корректирующих устройств. Показано, что предложенная стабилизация систем управления позволяет получить характеристики, близкие к идеальньм. Новизна предложенных систем управления подтверждена 4 авторскими свидетельствами.

В четвертой главе рассматривается воздействие внутренних периодических возмущений, возникающих от кинематических погрешностей крупномодульных зубчатых зацеплений механизма поворота. При совпадении частоты этих вьиужденных возмущений, пропорциональных частоте вращения поворотной платформы, с частотой собственных колебаний механизма поворота, в элементах конструкций возникают значительные динамические нагрузки резонансного характера. снижающие их надежность.

Для исследования резонансных нагрузок был использован аппарат матричного исчисления, который хорошо приспособлен для автоматизации процедуры вычислений динамических характеристик систем на ЭВМ. Расчет производился с помощью разработанной методики, позволяющей автоматизировать определение передаточных Функций машинным способом.

Проведенньв исследования показали, что в области рабочих значений частоты вращения поворотной-платформы находятся две резонансныэ частоты. Было рассмотрено влияние приводного электродвигателя регулируемого насоса на динамику механизма поворота гидравлического экскаватора. Для этого была рассмотрена упрощенная модель гидропривода, в которой вместо реальной динамической характеристики приводного двигателя рассматривалась идеальная, абсолютно жесткая механическая характеристика. При этом частота вращения двигателя насоса остается неизменной при изменении нагрузки на его валу. т.е. приводной двигатель насоса перестает оказывать влияние на динамические процессы в гидроприводе. При этом существенно Понижается общий порядок систеш дифференциальных уравнений с 8 до 6. что обеспечивает значительное сокращение объема вычислительных работ на ЭВМ.

Механическая подсистема привода поворота имеет переменный параметр - момент инерции рабочего оборудования, которьй может изменяться в несколько раз в зависимости от положения рукояти с ковшом по отношении к оси поворотной платформы и степени загрузки коша. Были получены зависимости от момента инерции рабочего оборудования - .13 динамических нагрузок момента гидромотора -М^; упругого момента, действующего между гидромоторами и поворотной платформой - Ми; упругого момента, действующего между платформой и рабочим оборудованием - М^. По мере увеличения ,13 имеет место снижение резонансных нагрузок при первой резонансной частоте для моментов М„ и М10, а также при обеих резонансных

у . ГМ 1Л

частотах для момента М^. Резонансныэ нагрузки для моментов М^ и Ми на второй резонансной частоте при увеличении .13 возрастают. Увеличение .13 вызывает существенное снижение первой резонансной чартоты При менее значительном снижении второй резонансной частоты.

Было показано что приводной асинхронньй двигатель регулируемого по подаче насоса не оказывает существенного влияния на уровень резонансных нагрузок при низшей резонансной частоте, а также на значения этой частоты. При второй резонансной частоте асинхронньй двигатель гидронасоса оказывает значительное демпфирующее влияние на резонансные колебания в гидравлической и механической подсистемах, обеспечивая снижение коэф$яциентов динамичности моментов в 1.1 - 1.2 раза. Вторая резонансная частота при учете влияния приводного двигателя насоса несколько снижается, что обусловлено влиянием момента инерции приводного электродвигателя на собственную частоту колебаний гидравлической подсистемы.

Учет влияния приводного электродвигателя насоса усложняет математическую модель, повыиая ее порядок. Однако, если пренебречь влиянием приводного электродвигателя, к системе привода поворота будут предъявлены несколько завьшенные требования, т. к. • расчетньв значения коэффициентов динамичности моментов будут в 1.1 - 1.2 раза вьше их действительных значений для второй резонансной частоты.

Было рассмотрено влияние жесткости гидравлического канала на динамику механизма поворота гидравлического экскаватора. Расчеты производились для" значения момента инерции рабочего оборудования, соответствующего порожнему ковшу на минимальном его вылете и для

момена инерции рабочего оборудования, соответствующего груженому ковшу на максимальном его вьшете.

Проведенные исследования показали, что по мере снижения гидравлической жесткости имеет место -снижение резонансных динамических нагрузок при первой резонансной частоте для всех моментов и при второй резонансной частоте для момента гидромотора. Для упругих моментов наблюдается минимум резонансных нагрузок на второй резонансной частоте при значениях гидравлической жесткости, равной 0.2 - 0.5 от номинального ее значения. Снижение гидравлической жесткости вызывает снижение первой резонансной частоты при менее значительном снижении второй резонансной частоты.

Для повыаения надежности и долговечности гидравлической и механической систем механизма поворота необходимо снижение уровня резонансных динамических нагрузок. Проведенный анализ показывает, что это может быть обеспечено при введении гидропневмоаккумулято-ров. снижающих эквивалентную жесткость гидравлического канала. Описан разработанный способ снижения ударных динамических нагрузок в период выбора зазоров в передачах при разгоне и торможении, позволяющий повысить надежность поворотного устройства,в эксплуатации.

В известном способе управления алгоритм управления процессом изменения частоты гидромотора в режимах выбора зазоров в передачах остается таким же. как и после окончания выбора зазора. В связи с этим в момент окончания выЗора зазора возникает значительное отличие между частотой вращения гидромотора и рабочего механизма. Это приводит к появлению больших ударных динамических нагрузок, которые снижают надежность в эксплуатации.

В предложенном техническом решении обеспечивается необходимая малая частота вращения-гидромотора и механизма, в момент выбора, зазора, не зависящая от действительной и заданной частоты вращения гидромотора и механизма в начале режима выбора зазора, соответствующая необходимому уровню снижения ударных динамических нагрузок при выборе зазоров. С этой целью предложенная система управления диагностирует работу гидромотора в режиме выбора зазора и в данном режиме вводится алгоритм управления гидромотором, обеспечивающий необходимый уровень снижения ударных динамических нагрузок. Значение скорости гидромотора в момент окончания выбора зазора не зависит от заданной частоты вращения гидромотора. Отно-

сительная частота вращения гидромотора и механизма имеет заданное малое значение, что обеспечивает любой требуемьй уровень снижения ударных динамических нагрузок при выборе зазора.

Предложенное техническое решение может найтй широкое применение в объемных гидроприводах экскаваторов и кранов. Новизна его подтверждена авторским свидетельством.

В пятой главе описываются проведенные стендовые испытания предложенной злектрогидравлической системы управления с положительной обратной связью по подаче насоса.

Целью эксперимента являлась проверка справедливости результатов проведенных аналитических исследований разработанных систэм управления приводом механизма поворота гидравлического экскаватора.

Испытания были проведены на стенде Ленинградского инженерно-строительного института, созданном по договору с ПО "Ижорский завод".Были исследованы режимы разгона и торможения поворотной платформы.

Эксперимент показал, что характер полученных зависимостей совпадает с характером зависимостей, полученных в результате математического моделирования, в течение процесса разгона Сторможения) в напорной магистрали поддерживается практически постоянное значение давления, а подача насоса наростает Сснижается) по закону, близкому к линейному. Усредненные результаты экспериментальных исследований отличаются от рассчитанных теоретически не более, чем на 16 У. . . Это связано с допущениями, принятыми при создании математической модели. Введение положительной обратной связи по подаче насоса в течение разгона Сторможения) обеспечивает постоянное значение давления в напорной магистрали, что соответствует оптимальному режиму разгона Сторможения) поворотной платформы.

В шестой главе даются практические рекомендации по использованию основных результатов диссертационной работы: ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе получены следующие основные результаты.

1. Разработана математическая модель комплексной электро-гидро-механической системы, основанная на совместном рассмотрении процессов, происходящих в ее подсистемах. Разработанная модель позволяет вьполнять математическое моделирование на ЭВМ динами-

ческих режимов привода механизма поворота гидравлического экскаватора.

2. Предложены способы оптимального по быстродействию управления механизмом поворота и устройства для их осуществления.

2.1 Разработано устройство управления электрогидравлическим приводом, позволяющее реализовать максимально возможную производительность. поскольку в течение всего процесса разгона (торможения) в гидравлической линии высокого давления поддерживается постоянный максимально допустимый уровень давления. Предложенное устройство управления позволяет увеличить производительность экскаватора на 5-7 У. .

2.2 Предложено устройство управления объемным гидроприводом с большим моментом инерции .позволяющее поддерживать постоянное значение давления в напорной магистрали насоса в течение всего процесса разгонаСторможения). Устройство управления позволяет сократить время поворотных движений экскаватора на 10 У. и повысить за счет этого производительность экскаватора на 5 % .

2.3 Разработанная электрогидравлическая система управления гидравлическим приводом, также обеспечивает повьшение производительности экскаватора на 5-6 У. за счет сокращения времени поворотных движений.

2.4 Разработаны способ управления объемной передачей с большим моментом инерции и устройство для его осуществления, позволяющее повысить производительность экскаватора на 5-6 У. путем сокращения времени позиционирования.

2.5. Разработанные системы управления объемным гидравлическим приводом защищены 4 авторскими свидетельствами.

3. Разработаны способ снижения ударных динамических нагрузок в кинематических передачах крупномодульных зубчатых зацеплений и устройство для его осуществления. Предложенная электрогидравлическая система управления позволяет добиться необходимого уровня снижения ударных динамических нагрузок в момент выЗора зазоров в передачах. Защищена авторским свидетельством.

4. Проведены исследования резонансных динамических нагрузок в гидравлической и механической подсистемах привода механизма поворота экскаватора.

4.1 Исследования влияния приводного электродвигателя насоса показали, что приводной электродвигатель насоса не оказывает су-

щественного"влияния нй на значения резонансных частот, ни на величину колебаний при первой резонансной частоте. Однако, если при составлении математической модели пренебречь влиянием приводного электродвигателя насоса, к системе привода поворота будут предъявлены Несколько завыиенЯые требования, т.к. коэффициенты динамичности моментов будут в 1.1 - 1.2 раза выие действительных своих значений для второй резонансной частоты.

4.2 Проведенный анализ влияния жесткости гидравлического канала показал, что снижение уровня резонансных динамических нагрузок может быть обеспечено при введении гидропневмо-аккумуляторов, снижающих эквивалентную жесткость гидравлического канала.

4.3. Разработана методика машинного расчета передаточных функций сложной динамической системы, позволяющая автоматизировать вычисление передаточных функций систем.

5. Экспериментальныэ испытания электрогидравлической системы управления объемным гидравлическим приводом механизма поворота экскаватора показали, что характер полученных зависимостей совпадает с характером зависимостей, полученных в результате математического моделирования. Расхождение между экспериментальны«! и теоретическими исследованиями не превыиает 16 % . Введение положительной обратной связи по подаче насоса в течение разгона Сторможения) обеспечивает постоянное значение давления в напорной магистрали* насоса, что соответствует оптимальному режиму разгона Сторможения) поворотной платформы.

В. Проведенные исследования динамических режимов привода, механизма поворота карьерного гидравлического экскаватора и разра-' ботанные способы их улучшения могут найти применение при проектировании мощных одноковшовых и роторных экскаваторов и других машин и механизмов, работающих в тяжелых динамических режимах.

7. Основные результаты диссертационной работы внедрены на ПО "Изгорский завод" при разработке рабочеих проектов карьерных экскаваторов с гидравлическим приводом ЭГ-15. ЭГ-В с ковшом вместимостью 15 м3 и 6 м* соответственно.

8. Экономическая эффективность от реализации рекомендаций настоящей работы основана на сокращении времени поворотных движений экскаватора и увеличении за счет этого производительности

гидравлического экскаватора на 5 '/. .

Предполагаемый экономический эффект от внедрения предложенных систем управления составляет 237047 руб. за 5 лет использования экскаватора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. А.И.Сапожников, А.И.Власов, В.В.Васильева,

Д. А.Каминская Вопросы динамики электрогидравлических приводов карьерных экскаваторов // Сборник трудов IV Всесоюзной конференции по электроприводу одноковшовых экскаваторов : Свердловск - 1989г.- с. 72-74.

2. Д. Н.Шапоренко. В. М. Игейнцайг, А. И. Власов,

В. В: Васильева Вопросы динамики электрогидравлических приводов карьерных экскаваторов // Тез. докл. IV Всесоюзной конференции по электроприводу одноковшовых экскаваторов , 9 -12 октября 1989г. -Свердловск, -1989г.- с. 87.

3. А. И. Сапожников, М.И.Сандовский, В.М. Штейнцайг, В.В.Васильева, Д.А.Каминская Влияние приводного электродвигателя регулируемого насоса на динамику механизма поворота гидравлического экскаватора // Известия вузов. Горньй журнал. -1991 - N 10 - с. 92-97. .

4.В.В.Васильева, А.И.Власов Вопросы динамики мощных гидравлических экскаваторов // Тез. докл. и сообщ. : Областная конференция. Достижения ученых - народному хозяйству Смарт, сентябрь 1990г.Э - Харьков: ХАДИ. 1990, с. 316.

5. В. В.Васильева Машинный метод расчета передаточной Функции динамической системы // X. 1990 - 8с. - Деп. в УкрНИИНТИ 11.09.90. N 1600 - Ук 90.

6. А.И.Сапожников. М.И.Сандовский, В.В.Васильева,

Д. А. Каминская Математическая модель комплексной электрогидромеханической системы поворота экскаватора // X. 1990 - 12с. -Деп. в УкрНИИНТИ 05.12.90. N 1965 -Ук 90.

7. Электрогидравлическая система: Положительное решение по заявке N 4711К31 от 8.12.89/ А. И. Сапожников, М.И.Сандовский,

В.М.Штейнцайг, Д. Н. Шапаренко, Д.А.Каминская, В.В.Васильева.

8. Электрогидравлическая система: Положительное решение по заявке N 4721884 от 12.01.90 / А.И.Сапожников. М,И.Сандовский, Д.Н.Шапаренко, В.М.Штейнцайг. Д.А.Каминская, В.В.Васильева.