автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Синтез гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена

На правах рукописи

УДК 62-522

Труханов Кирилл Алексеевич

СИНТЕЗ ГИДРОПРИВОДА С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА

05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

005540196

Москва-2013

005540196

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Попов Д.Н.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Соковиков В.К.

кандидат технических наук Ситников С.Л.

Ведущее предприятие

ОАО «ММЗ»

Открытое Акционерное Общество «Мытищинский Машиностроительный Завод»

Защита диссертации состоится « 18 » декабря 2013 г. в 14 час. 30 мин. в конференц-зале 314э на заседании диссертационного совета Д 212.141.16 при ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ваши отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному выше адресу.

Автореферат разослан «/'3 » и о Л 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.141.16 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется проблеме модернизации машин и механизмов, составляющих различные технические системы, где в качестве исполнительного механизма используется звено с вращательным движением. К ним относятся системы поворота башен кранов, системы различных миксеров, как в строительной, так и в пищевой промышленности, системы охлаждения двигателей большегрузных транспортных средств и другие. Ведутся исследования по разработке наиболее экономически выгодных гидроприводов для указанных систем. Использование гидравлического привода для систем большой мощности связано в ряде случаев с необходимостью применять сложные конструктивные решения. Это, в свою очередь, отражается как на стоимости оборудования, так и увеличивает стоимость эксплуатации.

Выбор схемы и параметров гидропривода (синтез) представляется многоуровневой задачей, связанной со сложностью самого объекта -многокритериальной областью проектных решений системы. Эффективность гидропривода зависит от параметров, входящих в него элементов и системы, для которой он применяется, а также точного определения характеристик как отдельных элементов, так и системы в целом.

Среди различных способов управления гидроприводом для рассматриваемого класса задач дискретное управление имеет неоспоримые достоинства, так как не требует сложных гидравлических и электрических элементов конструкции. Использование дискретного управления обусловлено следующими причинами и неформализуемыми критериями. Во-первых, надежность, стоимость эксплуатации, легкодоступность и взаимозаменяемость элементной базы разрабатываемого привода. Во-вторых, простая реализация алгоритма управления. В дискретной системе нет необходимости в применении сложных модулей управления, в отличие от непрерывной (пропорциональной) системы. В-третьих, простота модернизации (изменения алгоритма и структуры системы).

Синтез структуры и оптимальных параметров гидропривода с дискретным управляемым выходным звеном позволяет решать задачи проектирования наиболее рациональных технических систем различного назначения. В связи с чем, тема диссертационной работы представляется актуальной.

Объект исследования. Объектом исследований, результаты которых приведены в диссертации, служит гидропривод с дискретно управляемым движением выходного звена, рассмотренный на примере гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

Цель проведенных исследований состоит в разработке научно-обоснованной методики интерактивного проектирования, ориентированной на выбор оптимальной структуры и параметров гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие задачи: 1). Формирование концепции алгоритма интерактивного проектирования.

2). Определение оптимальной структуры гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на основе выпускаемых промышленностью устройств.

3). Создание методики выбора оптимальных параметров гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

4). Оптимизация динамических характеристик гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

5). Верификация и анализ полученных результатов численного моделирования путем испытаний опытного образца, созданного и оптимизированного по многим критериям гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

Методы исследования. Задачи в данной работе решались на основе теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования базируются на известных положениях в области расчетов и оптимального проектирования технических систем, изложенных в работах отечественных и зарубежных авторов: Г.К. Боровин, Д.Н. Горячев, С.А. Ермаков, С.И. Ефимов, А.П. Карпенко, A.M. Кригер, И.П. Норенков, Т.В. Панченко, Д.Н. Попов, Ю.И. Рассадкин, А.И. Репин, A.B. Синицын, СЛ. Ситников, И.М. Соболь, В.К. Соковиков, Р.Б. Статников, Я.З. Цыпкин, J.H. Chastain, D.M. Dawson, G. Gotting, Т.Н. Mitchell, M.H. Salah, J.R. Wagner и др.

Для изучения динамических процессов применялось математическое моделирование проектируемого гидропривода. Расчеты динамических характеристик гидропривода и параметров его элементов проведены по разработанной с этой целью нелинейной объектно-ориентированной компьютерной модели.

Верификация теоретических положений подтверждена испытаниями опытного образца, созданного, в соответствии с предложенной в диссертации методикой интерактивного проектирования.

Научная новизна выполненной диссертационной работы состоит в следующем:

1). Предложена концепция интерактивного синтеза гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для вентилятора системы охлаждения двигателя транспортного средства.

2). С целью выбора структуры и параметров гидропривода применен генетический алгоритм, в котором целевой функцией служит соотношение между массой и развиваемой гидроприводом мощностью.

3). На основании решения задачи многокритериальной оптимизации с использованием принципа Парето показано, что принятое соотношение может служить решающим критерием.

4). Объектно-ориентированная компьютерная модель гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена, в отличие от существующих, построена в виде блок-схем уравнений, описывающих связи между исходными физическими величинами, и обладающая принципом модульности. Модель

позволяет определять оптимальные параметры настройки клапана плавного пуска гидропривода.

5). Выявлены условия и факторы использования клапана плавного пуска в системе. Это позволило расширить сферу применения гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

6). Экспериментальными исследованиями опытного образца гидропривода установлена целесообразность применения такого клапана без дополнительных регуляторов.

Практическая ценность результатов. Разработанная в диссертации методика интерактивного синтеза гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена может быть применена при создании новых образцов гидроприводов, при анализе и при совершенствовании существующих гидроприводов. Методика обеспечивает конструктору возможность проводить выбор оптимальной структуры и параметров гидропривода для технической системы с дискретно управляемым движением выходного звена.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением обоснованных допущений, принятых при компьютерном моделировании, как в гидроприводе, так и в управляемой системе в целом. Справедливость разработанной компьютерной модели и полученных на ее основе результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями опытного образца, проведенными с участием автора диссертации.

Реализация работы. Созданный на основе представленных в диссертации результатов теоретических и экспериментальных исследований гидропривод с дискретным управлением движением выходного звена для системы охлаждения транспортного средства, внедрен:

при разработке снегоболотохода ТТМ-3 «Тайга», 2012 г. Закрытое акционерное общество «Транспорт» (ЗАО «Транспорт»), г. Нижний Новгород;

при разработке сельскохозяйственного автомобиля Урал ЯМЗ-53402,2012 г. Группа ГАЗ, ОАО «Автомобильный завод «УРАЛ», (ОАО «АЗ «УРАЛ»), г. Миасс;

при разработке а/м КАМАЗ 6560 и а/м КАМАЗ 65226, 2011 г. НТЦ ОАО «КАМАЗ», г. Набережные Челны.

Основные положения диссертации отражены в печатных работах, докладывались на Московской научно-технической конференции студентов и аспирантов. По содержанию диссертации сделано два доклада на кафедре гидромеханики, гидромашин и гидропневмоавтоматики МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Научные работы. По материалам диссертации опубликованы 6 научных работ, из них 4 в журналах, рецензируемых ВАК РФ. Научные работы посвящены созданной объектно-ориентированной компьютерной модели, вопросам идентификации параметров и оптимизации проектируемого гидропривода.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 50 наименований, 5 приложений, содержит 167 страниц текста, 9 таблиц и 68 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, определены цель, объект и задачи работы. На примере привода вентилятора дана классификация существующих типов гидравлических приводов для систем охлаждения двигателей транспортных средств.

В первой главе рассмотрены тенденции развития применения приводов вентиляторов для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. Освещены особенности процессов управления и регулирования гидропривода вентилятора для систем охлаждения двигателей. Сделан вывод о преимуществах применения гидропривода в системах охлаждения двигателей транспортных средств большой грузоподъемности. Показано, что применение гидропривода вентилятора снижает потребление топлива на 14%. Представлен созданный алгоритм интерактивного проектирования разрабатываемого привода, блок-схема которого приведена на

Рис. 1.

Обоснованы выбор и применение в качестве исходной схемы гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

Принципиальная схема системы с выбранным типом управления гидромотором представлена на Рис. 2.

Во второй главе изложены теория и методы расчета гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

В рассматриваемой системе выбран клапан плавного пуска (далее КПП) для управления гидромотором. Клапан устанавливается непосредственно на насос. Применение стандартного дискретного гидрораспределителя в данном случае является нецелесообразным по двум причинам:

- возможный выход из строя элементов системы из-за резкого увеличения давления в напорной линии насоса;

- появления сильных рывков при движении транспортного средства в момент включения привода вентилятора.

С целью уменьшения перерегулирования по давлению и расходу рабочей жидкости (далее РЖ) в напорную линию насоса включен обратный клапан.

Для получения компьютерной модели системы с дискретным управлением гидромотора записаны уравнения отдельных компонентов, входящих в блок-схему привода (Рис. 2).

Уравнение баланса расходов рабочей жидкости для точки 1 имеет вид

<2™=°. прир^рш», (2)

где <3„ - подача насоса, С*Глп - расход РЖ через переливной клапан, <3„ -расход РЖ, идущей через обратный клапан, <3у„р1 - расход РЖ, поступающий к торцу золотника с меньшей площадью, С>3 — расход РЖ через главный золотник КПП, С?др - расход РЖ, проходящий через дроссель КПП, - объем жидкости в трубопроводах и элементах гидросистемы на участке насос-точка 1, Е5- модуль объемной упругости РЖ, р1 - давление РЖ в точке 1, Рншс- давление настройки переливного клапана.

Уравнения, определяющие (З3 и (Зупрь соответственно имеют вид

0,=К,-х,-л/(Р|-Р.). (3)

К^щ-я-а,-^, (4)

Оупр! = Рупр1

В уравнениях (3)-(5): К,- удельная проводимость главного золотника КПП, Из - коэффициент расхода главного золотника КПП, р - плотность РЖ, рс -давление на сливе, с!, - диаметр главного золотника КПП, р] - давление жидкости в точке 1 (давление управления, действующее на торец с меньшей площадью главного золотника КПП), - площадь торца с меньшей площадью главного золотника КПП, х3 - линейное перемещение главного золотника КПП, (1хз/<к -линейная скорость главного золотника КПП.

Уравнение баланса расходов РЖ для точки 2 (Рис. 2)

0«=к»-хв-1/(р,-Р.). (7)

К„=ц„-д-ая-5т(а (8)

Оуяр2 — Кгар2 ' м ' (9)

ах, Л

С^=Кч,-л/(р,-р2), (10)

(11)

В уравнениях (6)-(11): (Зупрг — расход жидкости, поступающей под торец с большей площадью главного золотника КПП, Уа2 — объем жидкости в элементах гидросистемы на участке главный золотник - пилотный золотник, Е„ - модуль объемной упругости жидкости, <3з„ - расход РЖ, проходящей через пилотный золотник, р2 — давление РЖ в точке 2 (давление управления, действующее на торец с большей площадью главного золотника КПП), - площадь торца с большей площадью главного золотника КПП, Цщ - коэффициент расхода пилотного золотника КПП, (1др - коэффициент расхода дросселя КПП, -диаметр пилотного золотника КПП, хш — линейное перемещение пилотного золотника КПП, Оз„ — угол конусности пилотного золотника КПП, — площадь проходного сечения дросселя КПП.

Уравнение, описывающее электрическую часть КПП, имеет вид:

и = М1 + Ь.|, (12)

где и - напряжение на входе в электрическую часть КПП, 1 - сила тока в цепи, Я — активное сопротивление катушки электромагнита, Ь — индуктивность катушки электромагнита.

Электродвижущая сила пропорциональна току в обмотке катушки, т.е.:

уь=аЛ+ь> (13>

сп I*

Уравнение движения пилотного золотника КПП представлено в виде: Р,-Свр,Х„-Ьтр1-^ = т„.^, (15)

в уравнении (15): хзп - линейное перемещение пилотного золотника КПП, щ,п - масса пилотного золотника, Спрзп — коэффициент жесткости пружины пилотного золотника КПП, Ь^ - коэффициент трения для пилотного золотника КПП.

Уравнение перемещения главного золотника КПП представлено ниже: Р1-Рупр1-р2-Р)шр2 + С1чв-(х0-х)-Ь11,2 = (16)

в уравнении (16): х3 — линейное перемещение главного золотника КПП, Хо -

максимальное смещение золотника, т3 — масса золотника, Спр, - коэффициент жесткости пружины главного золотника КПП, Ьтрг - коэффициент трения для главного золотника КПП.

Если учитывать линейный характер изменения индуктивности от тока в обмотке, то можно ввести коэффициент пропорциональности Кц, = 4,4 Гн/А.

Вращающий момент Мщ, который развивает гидромотор, равен сумме моментов, создающих нагрузку на вал гидромотора:

М„=М,+Мтр+Мь, (17)

где Мі - момент от действия инерционной нагрузки, М.Р — момент, вызванный трением в гидромоторе и в опорах вентилятора, Мь - момент сопротивления, создаваемого вентилятором.

Указанные в уравнении (17) моменты определяют следующие соотношения:

М^Р^-ІІ,.^, (18)

(20)

1и (21)

в уравнениях (17) - (21): рвозд - плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе, Рф - фронтальная поверхность вентилятора, 11, — внешний радиус лопастей вентилятора, г - внутренний радиус лопастей вентилятора, т - масса вентиляторного колеса, и, - осевая скорость на выходе вентилятора, 1т - момент инерции двигателя и элементов конструкции нагрузки (вентилятора), К^ - коэффициент сопротивления, шш - угловая скорость вращения вала ГМ (принято, что скорость вращения вала ГМ равна скорости вращения вентилятора), <вв — угловая скорость вращения вала вентилятора, шш = со,.

После подстановки в уравнение (17) величин согласно соотношениям, (1821), это уравнение принимает вид:

М°=1»"^+К-'<В"+М1- (22)

Для определения влияния и учета динамических процессов в гидролинии (далее ГЛ) с РЖ, соединяющей КПП и гидромотор, использована математическая модель ГЛ с сосредоточенными параметрами, справедливая при следующих допущениях:

- волновые процессы не рассматриваются в следствие незначительной длины ГЛ;

- режим течения РЖ установившийся и соответствует автомодельному (Яе

>105).

В разрабатываемом приводе рекомендуется применять в качестве РЖ гидравлические масла, обеспечивающие стабильность вязкости в широком температурном диапазоне и предназначенные для работы гидравлических приводов от минус -60°С до плюс +100°С.

Тепловые процессы в контуре системы охлаждения двигателя описывают следующие уравнения:

и.-с. •^] = 0„-т.срс(Те-Т,), т, • сс • = тг-Сре(Тс-Тг)-есра.т.-(Тс-Т_),

(23)

ат.

Л те-сс те-с,

Мт.-ТД

(1Т Ш,-С„ , . е-с -т. , .

=-Е-(Т.-Т.)--=--(Т.-ТЛ

<11 т,сс

= К,-К2(Т,-Т,),

ат.

А

^=к3(тг-т,)-к«(те-т_),

(24)

(25)

в уравнениях (23) - (25): К, =С>Ш /(т„ сс),К2 =(т, срс)/(те сс),К3 =(т, сре)/(тг сс)

, К4 = (еср>'Ш,)/тг-сс , где рц, - мощность тепловыделения двигателя транспортного средства, ш, - масса хладагента в двигателе, сс — удельная теплоемкость хладагента, ш'г - массовый расход хладагента в радиаторе, с^ -удельная теплоемкость хладагента, е — эффективность вентилятора (отношение произведения изменения давления на расход вентилятора к подводимой мощности), Сра - удельная теплоемкость воздуха, тг — масса хладагента в радиаторе, ш'а - массовый расход воздуха, Т„ - температура окружающей среды, Те - температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя, Тг температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора. Значения температур, используемых при расчетах - в °К; в результатах - °С.

При компьютерном моделировании системы с ЮШ были также учтены:

- зона насыщения по линейному перемещению главного золотника КПП, равная б мм;

- зона насыщения по линейному перемещению пилотного золотника КПП, равная 2,5 мм;

- зона насыщения по линейному перемещению запорного элемента обратного клапана, равная 5,8 мм;

- гистерезис статической характеристики датчика температуры равный

15°С;

- температура окружающей среды равна +60°С;

- значения величин и коэффициентов, используемых при расчете, представлены в единицах системы СИ.

Кроме того, предполагалось, что по условиям установки радиатора на транспортном средстве за кабиной, потоком набегающего воздуха на систему охлаждения двигателя можно пренебречь; поток хладагента в системе охлаждения двигателя постоянный; структура потока теплоносителя соответствует модели

идеального перемешивания; условия работы транспортного средства создают максимальную нагрузку на двигатель с максимальным тепловыделением;

Разработанная с помощью приведенных выше уравнений нелинейная объектно-ориентированная компьютерная модель гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для вентилятора системы охлаждения двигателя транспортного средства приведена в диссертации.

Третья глава посвящена выбору оптимальных параметров исследуемой системы, анализу экспериментальных данных, уточнению и идентификации на их основе составленной математической модели гидропривода. Предлагаются и обосновываются методы улучшения характеристик готовых устройств, входящих в гидропривод.

Задача выбора оптимальных параметров гидропривода состояла из двух этапов:

на первом, решалась задача оптимизации переходных процессов с определением параметров системы гидропривода, допускающих изменение при выборе оборудования и оказывающих влияние на переходные процессы. Цель задачи состояла в выяснении необходимости введения в систему с дискретно управляемым движением выходного звена корректирующих устройств. При решении задачи предложен и исследован метод оптимизации динамических характеристик клапана плавного пуска гидромотора вентилятора для системы охлаждения двигателя. Сделан вывод, что систему с дискретно управляемым движением выходного звена можно использовать без введения дополнительных регуляторов;

на втором этапе рассматривалась задача оптимального выбора параметров проектного варианта всего гидропривода для технической системы. Выбрана целевая функция и методы оптимизации проектного решения. Определены области допустимых значений параметров гидропривода, приняты функциональные ограничения, обеспечивающих его устойчивую работу и эффективность охлаждения;

Задача первого этапа - оптимизация динамических характеристик гидропривода, позволила добиться наилучшего переходного процесса и определить параметры системы, влияющие на его качество: ёдр — диаметр дросселя КПП и Сдр - жесткость пружины обратного клапана, установленного в напорной линии насоса. Вследствие недостаточной определенности значения коэффициента расхода рабочей жидкости р.др через дроссель, и угол истечения РЖ а относительно оси золотника, были приняты в компьютерной модели в диапазоне значений: 0,71..0,82 - для величины цдр, и 30..72° - для а, соответственно.

Перед процессом оптимизации величины с1др - диаметр проходного сечения дросселя КПП и С,,, - жесткость пружины обратного клапана были приняты равными 1,57 мм и 51580 Н/м, соответственно.

В качестве критериев при оптимизации динамических характеристик были выбраны максимальные динамические ошибки по давлению и расходу РЖ, характеризующие: минимальный уровень шума в системе и максимальный ресурс компонентов привода. Оптимизация реализована при помощи пакета прикладных

программ для построения нелинейных систем управления Nonlinear Control Design (NCD) Blockset. Исходя из приведенного, установили:

- максимальная динамическая ошибка по давлению РЖ не более 3%, ошибка на установившееся значение после переходного процесса pi - ±2%;

- максимальная динамическая ошибка по расходу РЖ не более 1%, ошибка на установившееся значение после переходного процесса расхода РЖ - ±1%.

Уменьшение максимальных значений динамических ошибок и увеличение точности установившихся значений по давлению и расходу РЖ не приводит к улучшению переходных процессов.

После оптимизации системы получены значения параметров:

- ¿др = 1,40 мм;

-С„р = 41894 Н/м.

Коэффициенты вязкого трения bjp для пилотного золотника КПП и для главного золотника были приняты согласно литературным источникам, соответственно, 63 Н*с/м и 450 Н*с/м.

Переходные процессы, после оптимизации системы, приведены на Рис. 3.

Полученные в результате компьютерного моделирования переходные процессы показали, что максимальная динамическая ошибка по давлению и расходу РЖ составили, соответственно:

по давлению:

Ошга.р=((184,57-179,78)/179,78)* 100%=2,66%, (26)

по расходу жидкости, поступающей к гидромотору:

о^сгЦбЭ,85-69,24)/69,24)*100%=0,88%, (27)

Совместно с компьютерным моделированием созданной 'системы проводилось экспериментальное исследование гидропривода. С целью верификации разработанной компьютерной модели был проведен эксперимент для определения реального переходного процесса по давлению РЖ в напорной линии насоса после КПП (давление РЖ pi).

По экспериментальному переходному процессу была выполнена идентификация параметров системы, значения которых являются приближенными вследствие недостаточной определенности сил трения в элементах гидропривода.

После идентификации установлены следующие значения параметров системы:

- коэффициент вязкого трения для главного золотника КПП Ьтр2 = 800 Н*с/м;

- жесткость пружины главного золотника КПП Сир, = 42350 Н/м.

При скорректированных параметрах системы экспериментальные графики переходных процессов по давлению РЖ (рО практически совпадают с полученными в результате компьютерного моделирования, см. Рис. 3.

, бар (ц р = 0,77 мм/бар)

12 ............ I, 1,+1 ......

ДI = 11+1 -1| = 0,1 с Время % с (ц( = 280 мм/с)

Рис.3. Сравнение экспериментальных и расчетных переходных процессов.

А — отклик системы на ступенчатое воздействие по давлению РЖ р1, полученный в результате первоначального компьютерного моделирования системы; Б — отклик системы на дискретное включение КПП по давлению РЖ рь полученный при эксперименте; В - отклик системы на ступенчатое воздействие при компьютерном моделировании по давлению РЖ рь полученный после идентификации параметров системы (Ь-^г и С„р,)

Задача второго этапа — выбор оптимальных параметров проектного варианта системы решена с помощью применения генетического алгоритма (далее ГА) и модифицированного генетического алгоритма (далее МГА).

При оптимизации проектного варианта системы была использована целевая функция Д.Н. Попова в качестве решающего критерия. Для ГТТ с неограниченным по углу вращательным движением выходного звена целевая функция имеет вид: .. га-Ав-д"

М„

(28)

в которой т - масса всего устройства вместе с рабочей жидкостью, Пв угловая скорость выходного звена, q - характерный объем гидромотора, равный q=V0/2■7г> где У0 - рабочий объем гидромотора, Мв - максимальный вращающий момент, действующий на выходное звено. Индексы "ш" и "в" указывают на связь числа с массой и вращательным движением выходного звена устройства, соответственно.

Целевая функция вида (28) представляет собой безразмерный параметр подобия, оценивающий массогабаритные показатели устройства, отнесенные к его мощности. Входящие в формулу (28) величины зависят от конструкции и размеров элементов гидропривода, что исключает возможность указать

зависимости этих величин друг от друга. При решении задачи выбора оптимальных параметров гидропривода на примере системы охлаждения двигателя транспортного средства необходимо найти такой проектный вариант, чтобы предложенная в виде (28) целевая функция имела бы минимальное значение.

Для определения параметров системы целевая функция вида (28) была адаптирована применительно к проектному варианту. Величина Ї2В в диссертации выражена через диаметр Б, рабочего колеса вентилятора и его окружную скорость ив на радиусе Ов/2. В результате получено соотношение

2 -V»

(29)

шв 2МЧМ-М,

При применении генетических алгоритмов, необходимо формулу (29) преобразовать, представив совокупность варьируемых параметров в виде

Х=(х0,х,,х2,х3,х4) , (30)

где Хо = ив (м/с), X! ~~ D„ (м), Х2 = Vo (м3), Хз = М„ (Нм), Х4 = ш (кг).

С помощью (30) формулу (29) можно представить как

X -x2-xw

х - (31)

2. • я ■ xj • х3

Ограничения варьируемых при выборе оптимальных параметров системы были приняты, исходя из каталогов фирм-изготовителей гидрооборудования и рекомендаций в практике ее использования. Эти ограничения как начальные Х„а, и конечные Хкоя значения параметров следующие: Хт=(70 0,55 2-10"5 60 5), Х„ =(110 0,70 5-Ю"5 90 10)

Для оценки результатов решения задачи по выбору параметров с помощью одного решающего критерия, используемого в генетическом алгоритме, был применен ЛПт-поиск при двух критериях: решающего в виде функции (31) и мощности, развиваемой гидромотором.

Полученные решения с помощью ГА и МГА параметров исследуемой системы доставляют минимум одному критерию (31), который вследствие этого является решающим. Чтобы выяснить, потребуется ли варьировать значения параметров, если независимо от критерия (31) изменять полезную мощность гидромотора, был использован ЛПт-поиск для определения оптимальных параметров системы в соответствии с принципом Парето.

Размерное значение мощности, развиваемой гидромотором Nra, определяет соотношение:

N™=Mratora=M™~^-, (32)

Для оптимизации параметров системы соотношение (32) представлено в безразмерной форме (F и Nm - безразмерные величины отмечены чертой сверху):

— __Мга_ 2"цв/(цв)щ|х

™ (M™L, ' DB/(DB)m •

В этом случае

Ртах

Критерием оптимальности служит минимальное расстояние выбранной точки в пространстве нормированных критериев от начала координат.

При проектировании рассматриваемой системы, кроме целевой функции и параметрических ограничений, требовалось учитывать такие неформализуемые условия, как возможности использования в гидроприводе реально существующих комплектующих систему устройств. Вследствие этого, окончательно были приняты параметры вентилятора и гидромотора, указанные в последней строке Таблицы 1. Полученные в результате оптимизации параметры системы приведены в первых строках Таблицы 1.

Таблица 1.

Параметры исследуемой системы_

" ____Параметры Способ определения -—___ иВ) м/с о„ мм V* см3 мв, Нм ш, кг

Значения параметров, полученных при использовании ГА с помощью одного решающего критерия 70,00 631,9 21,90 71,39 8,16

Значения параметров, полученных при использовании МГА с помощью одного решающего критерия 70,00 625,9 23,20 70,54 8,20

Значения параметров, полученных при использовании принципа Парето с применением ЛПт-поиска по двум критериям 75,283 671,3 21,46 72,24 8,65

Значения параметров, принятые с учетом неформализуемых критериев и используемых в разработанной системе с гидроприводом 74,88 650,0 26,00 70,4 8,82

При указанных в Таблице 1 значениях параметров и„, Ц„ Мв полезная мощность гидромотора, вычисленная с помощью формулы (32), приведена в

Таблице 2.

Таблица 2.

_Мощность развиваемая гидромотором_

Способ определения значений мощности Значение мощности гидромотора, кВт

Получено при использовании ГА 15,82

Получено при использовании МГА 15,78

Получено при использовании принципа Парето с применением ЛП,-поиска 16,20

Значение, принятое в результате нтерактивного проектирования системы 16,25

Результаты оптимизации системы приведены на Рис. 4.

проектные варианты ГП -------Аппроксимация фронта Парето

1 - Точка, полученная в результате применения ГА по одному решзюшему критерию;

2 • Точка, полученная а результате применения МГА по одаому решающему критерию;

3 - Точка, полученная в результате применения ЛПТ-поиска по двум критериям;

4 - Точка, соответствующая прннятнн ДЛЯ опытного образца параметрам системы,

Рис.4. Результаты определения оптимальных параметров системы с гидроприводом

различными способами

В четвертой главе детально рассмотрены методика и алгоритм интерактивного решения поставленной задачи, основные этапы которых были рассмотрены в предыдущих главах диссертационной работы.

Первый этап методики состоял в формировании технического задания на проектирование гидропривода и его согласование с заказчиком.

Вторым этапом интерактивного метода синтеза гидропривода стал сбор информации и разработка алгоритма расчета по проектированию подобного класса систем.

Третий этап методики интерактивного режима проектирования гидропривода заключался в определении оптимальной структуры и значений параметров гидропривода с расчетом динамических характеристик конкретно выбранной схемы с целью уточнения структуры гидропривода. Также было установлено, что для систем, к которым предъявляются жесткие критерии по шумовыделению, целесообразней применять гидромотор с геликоидными шестернями. Согласно предоставленной информации от производителя, в этом случае уровень шума снизится с 72 дБА до 56 дБА.

По разработанному проекту был создан опытный образец системы, принятый после испытаний заказчиком к использованию в реальных условиях.

Интерактивность метода обусловлена участием автора диссертации в анализе и исследовании создаваемого гидропривода на всех стадиях по принятию решений, связанных с рассматриваемой задачей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В заключении представлены результаты и выводы по синтезу гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства опытного образца. Результаты состоят в следующем:

1. Разработана интерактивная модель проектирования и исследования гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере синтеза гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства. Разработанная модель позволяет определять оптимальную структуру и параметры гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

2. Разработана и апробирована нелинейная объектно-ориентированная компьютерная модель гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена. Предложенная модель обеспечивает исследование динамических характеристик гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

3. На основе разработанной в диссертации методики оптимального проектирования конструктор получает возможность выбрать, из числа рассматриваемых проектных вариантов, лучший по совокупности критериев. Разработанная методика может быть применена при создании новых образцов гидроприводов, при анализе и при совершенствовании существующих гидроприводов с дискретным управлением гидромотора.

4. Предложен способ по определению параметров системы клапана плавного пуска (с1др и С11р1Л).

На основании проведенных исследований могут быть сделаны следующие выводы:

1. Выбранная целевая функция при указанных для нее параметрических ограничениях в случае гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена может быть принята как решающий критерий.

2. Применение клапана плавного пуска, установленного на насосе, сокращает затраты мощности холостого хода и уменьшает тепловыделение в гидросистеме с 2 кВт до 0,2 кВт.

3. Разработанная компьютерная объектно-ориентированная модель может быть использована при оптимизации переходных процессов по давлению в напорной линии насоса, с определением требуемых параметров системы клапана плавного пуска (с!др и Спркл), позволяющих добиться

наилучшего процесса управления в подобных системах без введения в структуру системы дополнительных регуляторов.

4. Для увеличения надежности и снижения стоимости системы целесообразно объеденить клапана плавного пуска, переливной клапан системы и антикавитационный клапан в один блок, монтируемый на гидромоторе.

5. В случае дополнительных требований по допустимому уровню шума, применение гидромотора с геликоидными шестернями, согласно предоставленным данным от производителя гидромотора, позволит снизить уровень шума с 72 дБА до 56 дБА, что не изменяет сделанных выше выводов.

Основные материалы диссертации представлены в перечисленных ниже работах:

1. Труханов К.А. Гидропривод вентилятора для системы охлаждения автомобильного двигателя // Известия МГТУ «МАМИ». - 2011. - № 2 (12). - С. 78-84 (0,38 п. л.).

2. Труханов К.А. Математическое моделирование гидропривода вентилятора для системы охлаждения автомобильного двигателя // Известия МГТУ «МАМИ». - 2012. - №1 (13). - С. 84-96 (0,75 п. л.).

3. Труханов К.А. Проблемы оптимального проектирования гидропривода вентилятора для системы охлаждения автомобильного двигателя // Студенческий научный вестник. Сборник статей докладов общеуниверситетсой научно-технической конференции «Студенческая научная весна - 2012», посвященной 165-летию Н.Е. Жуковского. 02 - 29 апреля 2012 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана I - М. : HTA «АПФН», 2012. (Сер. Профессионал). Т. 12, Часть 3. - С. 414-416 (0,13 п. л.)

4. Труханов К.А. Проблемы оптимального проектирования гидропривода вентилятора для системы охлаждения автомобильного двигателя [Электронный ресурс] // Молодежный научно-технический вестник. - 2012. - № 12 (декабрь).-Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/475773.html. (01.07.2013).

5. Труханов К.А. Переходные процессы в гидроприводе вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства // Известия МГТУ «МАМИ». - 2013. -№1 (15). - С. 195-204 (0,56 п. л.).

6. Труханов К.А., Попов Д.Н. Выбор оптимальных параметров гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства [Электронный ресурс] // Научн. техн. журн. Наука и Образование. -2013. - №7 (июль). - Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/590873.html . (01.07.2013). (0,63/0,5 п. л.).

Подписано к печати 11.11.13. Заказ № 728 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5,стр.1 (499) 263-62-01

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.Э. БАУМАНА

На правах рукописи

04201450170

ТРУХАНОВ Кирилл Алексеевич

СИНТЕЗ ГИДРОПРИВОДА С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА

05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Попов Д.Н.

Москва - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОПРИВОДОВ С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА ..„10

1.1. Назначение и виды систем с дискретно управляемым

движением выходного звена..........................................................................10

1.2. Типы приводов вентилятора для системы охлаждения двигателей.........................................................................................................12

1.3. Характеристика гидропривода вентилятора для системы

охлаждения двигателя транспортного средства.......................................19

1.4. Создание методики интерактивного проектирования

технической системы на примере разработанного гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена............................31

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА НЕЛИНЕЙНОЙ ИНТЕРАКТИВНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ И РАСЧЕТЫ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ГИДРОПРИВОДЕ С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА..............................................................35

2.1. Определение требуемой мощности гидропривода с дискретно

управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства..............................................................................................................35

2.2. Нелинейная объектно-ориентированная интерактивная

компьютерная модель гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена..........................................................................47

2.3. Математическая модель контура охлаждения двигателя транспортного средства..................................................................................57

Стр.

2.4. Нелинейная интерактивная компьютерная модель контура клапана плавного пуска.................................................................................69

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРОПРИВОДА С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА.............................89

3.1. Оптимизация динамических характеристик гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для вентилятора системы охлаждения двигателя транспортного средства..............................................................................................................89

3.2. Оптимизация проектного варианта гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для вентилятора системы охлаждения двигателя транспортного средства......................93

3.3. Идентификация и верификация результатов математического исследования с экспериментальными данными.....................................101

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕРАКТИВНОГО СИНТЕЗА ГИДРОПРИВОДА С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА И РЕЗУЛЬТАТ ЕЕ ВНЕДРЕНИЯ..............................111

ВЫВОДЫ.............................................................................................................122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................126

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большое внимание уделяется проблеме модернизации машин и механизмов, составляющих различные технические системы, где в качестве исполнительного механизма используется звено с вращательным движением. К ним относятся системы поворота башен кранов, системы различных миксеров, как в строительной, так и в пищевой промышленности, системы поддержания температуры, в том числе охлаждения двигателей большегрузных транспортных средств, приводы лебедок и другие. Ведутся исследования по разработке наиболее экономически выгодных гидроприводов для указанных систем.

Использование гидравлического привода для систем большой мощности связано в ряде случаев с необходимостью применять сложные конструктивные решения. Это, в свою очередь, отражается как на стоимости оборудования, так и увеличивает стоимость эксплуатации.

Выбор схемы и параметров гидропривода представляется многоуровневой задачей, связанной со сложностью самого объекта -многокритериальной областью проектных решений системы. Эффективность гидропривода зависит от параметров, входящих в него элементов и системы, для которой он применяется, а также точного определения характеристик как отдельных элементов, так и системы в целом.

Среди различных способов управления гидроприводом дискретное управление является одним из целесообразных, так как не требует сложных гидравлических и электрических элементов конструкции. Использование дискретного управления обусловлено следующими причинами и неформализуемыми критериями. Во-первых, надежность, легкодоступность и взаимозаменяемость элементной базы разрабатываемого привода. Во-вторых, простая реализация алгоритма управления. В дискретной системе нет

необходимости в применении сложных модулей управления, в отличие от непрерывной (пропорциональной) системы. Алгоритм управления требует включения в состав системы новых элементов, а замена алгоритма связана с существенным усложнением конструкции. В-третьих, простота модернизации (изменения алгоритма и структуры системы) [1].

Синтез структуры и оптимальных параметров гидропривода с дискретно управляемым выходным звеном позволяет решать задачи проектирования наиболее рационально технических систем различного назначения.

Одной из актуальных задач синтеза и исследования, где в качестве исполнительного механизма применяется звено с вращательным движением, является гидропривод вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

В настоящее время при синтезе системы управления гидроприводом вентилятора для системы охлаждения двигателя руководствуются упрощенным представлением [2]. Также отсутствует методика определения оптимальных параметров агрегатов и их типу в рассматриваемой системе. Это вызывает большие эксплуатационные издержки и затраты мощности на привод вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства и, соответственно, к удорожанию всего комплекса. Выбор схемы и параметров системы представляется многоуровневой задачей, связанной со сложностью самого объекта - многокритериальной областью проектных решений системы охлаждения автомобильного двигателя. Эффективность охлаждения зависит от параметров радиатора, параметров элементов гидропривода и их характеристик (массы, КПД, рабочих объемов, выбор и настройки пружин, отверстий дросселей, теплопередачи в среде и разнообразных непрогнозируемых возмущений).

При синтезе гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена необходимо обеспечить работу с оптимальными энергетическими характеристиками, обеспечивающими минимум расхода

подводимой мощности от двигателя к гидроприводу при различных режимах его работы, что невозможно без точного определения характеристик гидравлического привода и управляющих устройств. Также необходимо учитывать неформализуемые критерии оценки работы и эксплутации привода, такие как:

- стоимость используемого оборудования;

- стоимость ремонтных и регламентных работ;

- взаимозаменяемость компонентов гидропривода;

- доступность стандартно выпускаемых промышленностью элементов и производственные возможности;

- сведения и знания про возможные компоненты будущей системы;

- надежность и ресурс;

- шумовыделение.

Исходя из вышесказанного тема диссертационной работы на тему «Синтез гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена» является актуальной задачей.

Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать научно-обоснованную методику интерактивного проектирования, ориентированную на выбор оптимальной структуры и параметров гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

1.1. Формирование концепции алгоритма интерактивного проектирования.

2. Определение оптимальной структуры гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на основе стандартно выпускаемых промышленностью элементов.

2.1. Анализ уровня и тенденций развития систем управления и приводов, конструктивных и компоновочных решений

гидропривода на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

3. Создание методики выбора оптимальных параметров гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

3.1. Определение и выбор целевой функции для анализа и разработки системы гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

4. Оптимизация динамических характеристик гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

4.1. Разработка нелинейной объектно-ориентированной

интерактивной компьютерной модели гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

5. Верификация и анализ полученных результатов численного моделирования путем испытаний опытного образца, созданного и оптимизированного по многим критериям гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

В первой главе проводится анализ тенденций развития гидроприводов с дискретно управляемым движением выходного звена. Проводится сравнительный анализ и сопоставление конструкций и типов гидроприводов на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Рассмотрены особенности процесса управления и регулирования гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства. Представлен созданный алгоритм интерактивного проектирования разрабатываемого

привода. Обоснованы выбор и применение в качестве исходной схемы гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена для системы охлаждения двигателя транспортного средства.

Во второй главе разрабатывается нелинейная объектно-ориентированная интерактивная компьютерная модель гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена.

Третья глава посвящена анализу экспериментальных данных, уточнению на их основе составленной нелинейной объектно-ориентированной интерактивной компьютерной модели гидропривода. Предлагаются и обосновываются методы улучшения характеристик существующего гидравлического привода. Рассмотрены вопросы оптимального проектирования гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства. Выбраны методы решения задачи оптимизации проектного решения. Определен вид целевой функции для оптимизации гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена на примере привода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства. Определены области допустимых значений параметров гидропривода, обеспечивающих его устойчивую работу и эффективность охлаждения. На основании решения задачи многокритериальной оптимизации с использованием принципа Парето показано, что принятое соотношение для целевой функции может служить решающим критерием.

Приведена рекомендация по выбору параметров, влияющих на качество и вид процесса управления. Показана целесообразность оптимизации процесса (динамики) регулирования гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена. Предложен и исследован способ оптимизации работы клапана плавного пуска (далее КПП) для управления гидромотором, обеспечивающий независимость показателей качества переходных процессов при изменении задания внешних возмущающих факторов.

В четвертой главе детально рассмотрены методика и алгоритм интерактивного синтеза поставленной задачи и внедрения разрабатываемого привода.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы:

Закрытое акционерное общество «Транспорт» (ЗАО «Транспорт»), г. Нижний Новгород при разработке снегоболотохода ТТМ-3 «Тайга», 2012 г.;

Группа ГАЗ, ОАО «Автомобильный завод «УРАЛ», (ОАО «АЗ «УРАЛ»), г. Миасс при разработке сельскохозяйственного автомобиля Урал ЯМЗ-53402, 2012 г.;

НТЦ ОАО «КАМАЗ», г. Набережные Челны при разработке а/м КАМАЗ 6560 и а/м КАМАЗ 65226, 2011 г.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОПРИВОДОВ С ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО

ЗВЕНА

1.1. Назначение и виды систем с дискретно управляемым движением выходного звена

Дискретные системы автоматического управления широко используются в самых разнообразных отраслях техники, отличаясь простотой, а в ряде случаев и лучшими динамическими свойствами, чем иные типы систем управления. Они применяются как в стационарных системах управления промышленного назначения, так и в системах управления подвижными объектами, предназначенных, например, для космических исследований [1].

Возможность создания дискретных элементов управления на новых принципах работы и допускающих изменение параметров релейного элемента, позволяет придать указанным системам новые свойства.

Системы с дискретным управлением нашли широкое назначение и применение:

- электрогидравлический привод лебедок;

- системы поворота башен кранов;

- системы различных миксеров, как в строительной, так и в пищевой промышленности;

- экстремальная система регулирования, применяемая в сахарном производстве для поддержания постоянного коэффициента теплопередачи выпарного аппарата при получении сахара;

электрогидравлический регулятор винта изменяемого шага, предназначенный для поддержания постоянства числа оборотов авиационного двигателя;

- электропневматический релейный автомат курса;

- система автоматической ориентации космического летательного аппарата. Автоматическая ориентация орбитальных космических аппаратов, как правило, осуществляется с помощью реакции струи сжатого газа или пара. Управление струей производят электрические соленоидные клапаны, работающие по принципу «открыто — закрыто», т. е. обладающие релейным действием.

Еще одним применением релейной системы может служить система автоматического регулирования температуры в технологических установках, на примере гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена - вентилятора для охлаждения двигателя в автомобилях/автобусах/рельсовых автобусах большой мощности.

1.2. Типы приводов вентилятора для системы охлаждения двигателей

В настоящее время стремительно развиваются «разумные» системы регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя в технологических установках т.к., например, классический постоянный привод вентилятора и водяного насоса отнимает часть мощности двигателя при этом на относительно больших установившихся скоростях (движение по шоссе) зачастую работа вентилятора не нужна. Поэтому ниже будут описаны некоторые системы «разумных» вентиляторов.

Вентилятор - неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного двигателя. При жидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном - подает этот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретым частям мотора. С момента появления вентиляторов инженеры решают, как сделать его привод оптимальным.

Вентилятор на автомобиле используется для повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Существует три распространенные системы охлаждения, в которых вентилятор может иметь различный привод:

- механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя

- ременный привод);

- электрический (управляемый электродвигатель);

- гидромеханический (гидромуфта, вискомуфта).

- гидравлический (гидромотор, насос и система управления расходом рабочей жидкости (далее РЖ) - переливной клапан, устанавливаемый параллельно гидромотору или регулируемый насос).

Если рассматривать механическую систему привода вентилятора -

самое простое конструктивное решение, известное и хорошо отработанное.

Вращение вентилятора осуществляется с помощью клинового ремня от шкива, устанавливаемого на концевом участке коленчатого вала. Но в этом случае вентилятор работает постоянно, а значит, постоянно шумит, потребляет мощность, которая составляет по некоторым оценкам 3-6% от мощности двигателя, и, главное, охлаждает двигатель независимо от его температурного режима, что не обеспечивает оптимальных режимов эксплуатации автомобиля. Также к недостаткам данного вида привода следует отнести отсутствие возможности регулировать вращение вентилятора в зависим