автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Снижение динамических нагрузок в гидроприводе лесопогрузчика

РЕФЕРАТ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9 И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние динамики гидропривода на надежность и долговеч- 9 ность гидрофицированных машин

1.2. Основные причины колебания в гидросистеме

1.3. Пути снижения динамических нагрузок в гидроприводе само- 20 ходных машин

1.4. Классификация способов снижения динамических нагрузок в 33 гидроприводе

1.5. Цель и задачи исследования 3 9 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

2.2. Методика экспериментальных исследований

2.3. Методика подготовки управляюш;их записей для стенда

2.4. Программа испытаний

2.5. Конструкция стенда

2.6. Контрольно - управляюш,ая аппаратура стенда

2.7. Перечень использовавшей аппаратуры

2.8. Статистическая обработка экспериментальных данных

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

5.1. Анализ устройств, применяемых в гидроприводе для снижения 129 динамических нагрузок

5.2. Устройства для снижения динамических нагрузок в гидропри- 135 воде лесопогрузчика

5.3. Определение основных параметров демпфирующих устройств 139 5.4 Методика определения размеров демпфирующего устройства

Актуальность проблемы. Гидропривод находит все более широкое применение на лесозаготовительных, строительно-дорожных, подъемно-транспортных, сельскохозяйственных, коммунальных и других самоходных машинах различного технологического назначения. Одним из недостатков гидравлического привода является невысокая надежность и долговечность гидрооборудования. Особенно это проявляется при увеличении номинального давления, когда требования к надежности и долговечности гидрооборудования значительно повышаются. Главным фактором влияющим на надежность и долговечность являются высокие динамические нагрузки, которые в конечном итоге приводят к разрушению насосов, гидроцилиндров, направляющей и регулирующей гидроаппаратуры, а также металлоконструкций машины. Высокие динамические нагрузки в гидроприводе возникают в момент пуска гидросистемы машины и при переходных процессах. Решить эту проблему можно за счет применения демпферных устройств, которые позволяют значительно уменьшить пиковые давления в гидросистеме. Однако использование демпферных устройств сдерживается из-за недостаточности разработки схемных решений демпфирования, их экспериментальных исследований на машинах и отсутствия для грузоподъемных машин научно обоснованной и экспериментально подтвержденной методики расчета параметров демпферных устройств.

Цель работы. Анализ способов снижения динамических нагрузок и разработка устройств предназначенных для уменьшения влияния динамических нагрузок в гидроприводе на рабочий процесс лесопогрузчика.

Задачи исследования:

1. Анализ способов снижения динамических нагрузок в гидроприводе и выявление наиболее эффективного для лесопогрузчика.

2. Проведение экспериментальных исследований динамических процессов в гидроприводе лесопогрузчика.

3. Разработка и реализация математической модели гидропривода погрузчика с учетом применения демпферного устройства и без него.

4. Анализ влияния различных факторов на демпфирование колебаний и рабочий процесс лесопогрузчика.

5. Разработка методики расчета устройств предназначенных для снижения динамических нагрузок в гидроприводе.

Научная новизна. Разработана и реализована математическая модель гидропривода погрузчика с учетом функционирования устройства снижения динамических нагрузок, работающего за счет внутренних утечек, и без него. Разработана классификация способов снижения динамических нагрузок, показано, что наиболее предпочтительным является снижение колебаний давления в насосах и гидроцилиндрах внутренними утечками, влияющих непосредственно на рабочий процесс лесопогрузчика. Разработана и реализована методика расчета устройств снижения динамических нагрузок в гидроприводе.

Практическая ценность. Разработанная методика для расчета демпферных устройств позволяет добиться снижения динамических нагрузок в гидроприводе, возникающих в процессе эксплуатации лесопогрузчика. Показано, что с помощью установки демпферных устройств можно достичь повышения надежности гидропривода самоходной машины за счет снижения динамических нагрузок. Математическая модель гидропривода погрузчика может быть применена 8 при проектировании новых и исследовании существующих грузоподъемных машин.

Апробация работы. Результаты работы рассмотрены на конференциях и научных семинарах КГТУ, на НТС СибНИИСтройдормаша, СибНИИЛП, на семинарах конструкторского отдела ОАО «Краслесмаш» в 1999-2001 г. г.

Публикация результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ и подана заявка на патент.

Реализация результатов исследований. Методические разработки приняты к внедрению на Красноярском заводе лесного машиностроения. Кроме того, материалы диссертации используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Объем работы. Диссертация включает введение, пять глав, основные выводы и список литературы. Диссертация содержит 171 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 16 таблиц. Список литературы включает 103 наименования, в том числе 14 работ зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ в результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований достигнуты следующие результаты:

1. Проведен анализ способов снижения динамических нагрузок в гидроприводе и исследовано их влияние на рабочие характеристики гидрофицированных машин.

2. Разработана классификация способов снижения динамических нагрузок в гидроприводе. Проведен их анализ, из которого следует, что наиболее эффективными считаются утечки рабочей жидкости между полостями гидроцилиндра для гашения колебаний с большой амплитудой. Для высокочастотных колебаний, возбуждаемых насосом рекомендуется использовать отражающий гаситель.

3. Разработана и реализована на компьютере математическая модель гидропривода челюстного лесопогрузчика перекидного типа с демпферным устройством, которая позволяет установить влияние параметров демпферного устройства, скорости переключения золотника распределителя, температуры рабочей жидкости и количества нерастворенного воздуха на динамику гидравлического привода. Модель позволяет получить зависимости давления в гидроцилиндре от времени работы, оценить путь, скорость и ускорение поршня в зависимости от времени работы. При использовании демпферного устройства можно устранить забросы давления, уменьшить силы страгивания, снижающие нагрузку на металлоконструкцию в два раза. Оптимальный выбор параметров демпферного устройства и гидропривода позволяет избежать негативных явлений.

4. Выполнены экспериментальные исследования динамических характеристик гидропривода лесопогрузчика, которые показали высокую сходимость теоретических и экспериментальных данных:

147 максимальное отклонение в начальный период не превышает 10 %, а в дальнейшем происходит снижение отклонения.

5. Проведен анализ влияния размеров демпферного устройства, скорости переключения золотника распределителя, температуры рабочей жидкости, количества нерастворенного воздуха на работу гидропривода лесопогрузчика с демпферным устройством, в результате которого установлено, что выбор размеров устройства имеет важное значение, определяющее в конечном итоге эффективность работы гидропривода.

6. Проведен анализ патентов устройств снижения динамических нагрузок, на основе которого разработано устройство для гашения колебаний, демпфер и подана заявка на патент.

7. Разработана методика определения основных параметров демпферного устройства для гашения колебаний, возникающих при работе лесопогрузчика.

1. Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода: /Справочник/. Киев: Техника, 1977. 320 с.

2. Абрамов В. В. Газовая фаза рабочих жидкостей гидрофицированных машин влияние на гидропривод и способы дегазации // Вестник Красноярского государственного технического университета. Сер. "Машиностроение, транспорт". Красноярск: КГТУ 1997.Вып.7 С.61-65.

3. Адлер Ю. П., Грановский Ю. В., Маркова В. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971, 280 с.

4. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод / Под ред. В. Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1969. 496 с.

5. Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение 1966.145 с.

6. Альштуль А. Д. Гидравлическое сопротивление, М,: Недра. 1982, 22лс. /j-ллу

7. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М.: 1974, 430 с.

8. А. с. (СССР) № 813075. Гаситель гидравлических ударов / Л. И. Махарадзе, Т. Ш. Гочиташвили, Д. Г. Сулаберидзе, Л, А. Алехин, И. С. Хо-хобашвили и В. Г. Турабелидзе. Опубл. в Б. И. 1981. № 10.

9. A.c. (СССР) № 1296784. Демпфер / А.Н. Деркач. Опубл. в Б. И. 1987. №10.

10. A.c. (СССР) Ш 1809203. Гаситель колебаний гидравлического действия / Я. А. Виба, А. Я Зариньш, В. К. Гайлитис и Т. Н. Новохатская Опубл. вБ. И. 1993.№ 14.

11. A.c. (СССР) № 1772510. Устройство для гашения колебаний давления / М. П. Левицкий Опубл. в Б. И. 1992. № 40.

12. A.c. (СССР) № 1760229. Гаситель колебаний давления / В. И. Ширин, А. Г. Гимадиев, Е. В. Шахматов и А. Н. Крючков. Опубл. в Б. И. 1992 №33.

13. A.c. (СССР) № 1689717. Воздушно-гидравлический аккумулятор / Л. И. Махарадзе и К. К. Гвелесиани. Опубл. в Б. И. 1991. № 41.

14. A.c. (СССР) Ш 1686246. Демпфер / В. Д. Хорунжий, В. Г. Вдовен-ко, А. Н. Татаренко и В. Ю. Российский. Опубл. в Б. И. 1991, № 39.

15. A.c. (СССР) № 682721. Демпфирующее устройство / Е. Д. Кафитин. Опубл. в Б. И. 1979. № 32.

16. A.c. (СССР) № 303461. Демпфер для гагиения гидравлического удара в гидроцилиндрах / Е. П. Добролюбов и А. С. Серебреников. Опубл. В Б. И. 1971. № 16.

17. A.c. (СССР) №241157. Устройство для гагиения колебаний / М. М. Грибов. Опубл. в Б. И. 1969. №13.

18. A.c. (СССР) № 597886. Гидравлический демпфер / М. А. Лейканд, В. А. Минин, С. В. Львов и Ю. М. Дорошенко. Опубл. в Б. И. 1978. № 10.

19. A.c. (СССР) № 280113. Устройство для остановки без удара источника колебаний /П. П. Любимов, В. П. Миненко и Э. М. Штейн. Опубл. в Б. И. 1970. №27.

20. A.c. (СССР) №.431342 Гидравлический цилиндр / В. С. Черницын, Л. М. Аронский и 3. Д. Риднер. Опубл. в Б. И. 1974. № 21.

21. A.c. (СССР) № 773377. Гаситель колебаний давления в трубопроводах / В. П. Шорин, Н. А. Климов, А. В. Артюхов и В. И. Санчугов. Опубл. в Б. И. 1980. №39.

22. A.c. (СССР) № 727937. Устройство для гашения пульсаций давления в трубопроводе / Н. И. Трефъяк и А. Н, Крайнюков. Опубл. В Б. И. 1980. №14.

23. A.c. (СССР) № 1368558. Гаситель гидравлических ударов / В. А. Фетисов и Н. Е. Хвостов. Опубл. в Б. И. 1988. № 3.

24. A.c. (СССР) №1805242. Гидравлический амортизатор / Н. И. Су-хоносов, А. С. Лубяников и Е. В. Литвинов. Опубл. в Б. И. 1993. № 12.

25. Барышев В.И. Пути повышения надежности гидросистем тракторов. М.: ЦНТИТЭИтракторсельхозмаш, вып. №10, 1984. - 48 с.

26. Бапуа Т. М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение Л 971.-67Ас.г->

27. Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. 606 с.30. .Надежность гидравлических систем воздушных судов./ Башта Т. М. и др. М.: Транспорт, 1986. 279 с.

28. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводьг/ Башта Т.М., Руднев С. С, Некрасов Б. Б. и др. М.:Машиностроение, 1982.

29. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом / Беркман И.Л., Буланов A.A., Ранев A.B. и др. Под ред. И. Л. Беркмана. М.; Машиностроение, 1971. 304 с.а 33. Богданович Л. Б. Объемные гидроприводы. Киев. Техн1ка, 1971.

30. Буренников Ю. А. Динамика гидропривода с объемно-дроссельным регулированием скорости // Гидропривод и системы управления строительных, тяговых и дорожных машин. Омск, 1980. С 107-114.

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

32. Васильченко В. А., Житкова С. А., Панин А. А. Приборы и средства технической диагностики гидроприводов строительных и дорожных машин. Обзорная информация: М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1981, № 2, -50 с.

33. Вильнер Я. М., Ковалев Я. Т. Некрасов Б. Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под. ред. Б.Б. Некрасова. Минск. 1976. ,С. {

34. Вибрация в технике: Справочник: В 6 т. Тт. 1-6 М.: Машиностроение. л

35. Гаркави Н. Г. Эксплуатация смазочных, гидравлических и пневматических систем строительных в условиях Севера. Л.: Стройиздат, 1979. т1:.

36. Галахов М. А., Гусятникова П. Б., Новиков А. П. Математические модели контактной гидродинамики. М.: Наука, 1985. 296 с.

37. Горский В. Г., Адлер Ю. П., Талалай А. М. Планирование проимышленных экспериментов (модели динамики). М.: Металлургия, 1978. 112с.

38. Гидроприводы сельскохозяйственных машин / И. А. Немеровский, В. Ф. Маркин, Л. П. Середа и др. Киев: Техника , 1979. 138 с.

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

40. Джек. Хейл. Колебания в нелинейных системах. Пер.; Под. ред. В.М Волосова. М.: Мир, 1966. 228 с.

41. Динамика следящих приводов: Учеб. пособие для втузов / Б. И. Петров, В. А. Полковников, Л.В. Рабинович и др.; Под ред. Л. В. Рабиновича. М.: Машиностроение, 1982. 496 с.

42. Жавнер В. Л., Крамский Э. И. Погрузочные манипуляторы. Под ред. проф. А. И. Колчина. Л.: Машиностроение, 1975. 162 с.

43. Забегалов Г. В., Калинин В. С. и др. Перспективные типажи отечественных одноковшовых погрузчиков, бульдозеров и бульдозеров-рыхлителей//Тр. ВНИИСтройдормаша. 1984. Вып. 100. С, 63-76.

44. Забегалов Г. В. Калинин В. С. и др. Рабочее оборудование одноковшовых погрузчиков. Обзор: (М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978, 56 с.)

45. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Л.: Машиностроение, 1975, 559 с.

46. Инструкция по определению экономической эффективности создания новых строительных, дорожных, мелиоративных, торфяных машин лесозаготовительного и противопожарного оборудования и лифтов. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1973. 280 с.

47. Каверзин С. В. Проектирование гидробаков для строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. 1982. №2 8. С. 24-25.

48. Каверзин С. В. Методы повышения работоспособности и эффективности гидропривода самоходных машин // Вестник КГТУ. Сер. Машиностроение Красноярск, 1996, С. 16-19.

49. Каверзин С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. Красноярск: ПИК "Офсс|", 1997. 384 с.

50. Каверзин С. В., Щеглов Е. М. Математическое моделирование динамических процессов в гидроприводе погрузочных машин. Вестник международной академии наук высшей школы №4(14). "Вестник МАН ВШ" Красноярск: ИПЦ КГТУ 2000. С. 199-204.

51. Коробочкин Б. Л. Динамика гидравлических систем станков. М.: Машиностроение, 1976.

52. Кольцова И. С, Лещенко В. А., Михайлов И. Г., Фрулин И. И. О содержании газов в минеральном масле гидросистем. // Вестник машиностроения. 1980.№7. С.29-32.

53. Комаров М. С. Динамика машин и механизмов. М.: Машиностроение 1969. 2921

54. Кондаков Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1982. 269 с.

55. Лебедев Н. И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Лесн. Пром-сть, 1986. 296 с.

56. Лойцянский л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978.736с.

57. Марутов В. А., Павловский С. А. Гидроцилиндры. М.: Машиностроение, 1966.

58. Максунова Е. В., Смольникова Н. С, Карпова Г. П. Некоторые вопросы исследования осевой составляющей гидродинамической силы // Прочностные и гидравлические характеристики машин и конструкций. Пермь: ППИ, 1974. С. 29-33.

59. Махарадзе Л. И. Кирмелашвили Г. И. Нестационарные процессы в напорных гидротранспортных системах и запщта от гидравлических ударов Тбилиси: Мецниереба, 1986.

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

61. Навроцкий К. Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. М.:машиностроение.1991. 384 с.

62. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред.В 2ч. 4.1,2. М.; Наука, 1987-484 с.

63. Осипов А. Ф. Объемные гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1966. 160 с.

64. Объемные гидравлические приводы / Т. М. Башта, И. 3. Зайченко, В. В. Ермаков и др.; Под ред. Т. М. Башта. М.; Машиностроение, 1969. 628 с.

65. Патент РФ. №2047808. Демпфер гидравлического удара / А.Б. Го-лованчиков, A.B. Ильин, Д.Н. Постонов. Опубл. в Б. И. 1995. № 31.

66. Полетайкин В.Ф. Проектирование лесных машин. Динамика элементов конструкции гусеничных лесопогрузчиков. Красноярск; КГТА, 1997АЛАА

67. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1977. 424 с.

68. Попов Д. Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М : Машиностроение, 1982, 240 с.

69. Динамика гидропривода // Б. Д Садовский, В. Н. Прокофьев, В. К, Кутузов, А. Ф. Щеглов, Я. В. Вольфсон. Под ред. В.Н. Прокофьева. М., Машиностроение, 1972, 292 с.

70. Свешников В.К., Усов А. А. Станочные гидроприводы. М.; Мас •шиностроение, 1988.,.

71. Скрицкий В. Я., Рокшевский В. А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. М.: Машиностроение, 1984, 176 с.

72. Слободин В.Я. Исследования влияния некоторых факторов на динамику бульдозерного агрегата методом математического моделирова-ния//Гидропривод и системы управления строительных, тяговых и дорожных машин. Омск. 1980.с. 91-95

73. Тарко Л. М. Переходные процессы в гидравлических механизмах. М: Машиностроение, 1973. 168 с.

74. Тимошенко СП. Колебания в инженерном деле. М. Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. 439Jc.

75. Федоровец В. А. Расчет гидравлических и пневматических приводов гибких производственных систем. Киев, 1988. 179 с.

76. Фомичев В. М., Чайновский Ю. В., Бирюков О. Я. Значения коэффициента расхода цилиндрических золотниковьгх распределителей гидроприводов // Вестник машиностроения. 1977. №9 сА 10-12

77. Холодов А. М. Основы динамики землеройно-гранснортных машин. Машиностроение, 1968. 156 с.

78. Щеглов Е.М. Пути снижения динамических нагрузок в гидроприводе. // Вестник Красноярского государственного университета. Вы п. 22. Машиностроение/Отв. Ред. Е.Г. Синенко. Красноярск; ИПЦ КГТУ,2001. с. 42-47

79. Щеглов Е.М. Влияние газовой фазы в рабочей жидкости на снижение динамических нагрузок в гидроприводе погрузчиков//Вестник Ассоциации выпускников КГТУ/Под ред. В.А. Кулагина, Красноярск; Изд-во КГТУ, 2001.-с. 32-38.

80. Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода. Минск.: 1982. 94 с.

81. Васке W. Auswirkungen der Kavitaüon auf olhydraulische Systeme // Olhydraulik und Pneumatik, 1979А. 23, № 1, S. 27-30.

82. Backe W., Kleinbreuer W. Kavitation und Kavitationserosion in hydraulischen Systemen // Konstrukteuer, 1981, v. 12, № 4,'52-46.

83. Backe W. Schwingngserscheinungen bei Druckregtlungen- Olliy-draulik und Pneumatik, 1981,V25(?) 2^911-914.

84. Gross L. Bestimmung der Durchflussbeiwerte verschidener Drosselemente, besonders bei kleine Druckunterschieden// Industrie-Anzeiger. V.30. №54 1972. S.1293-1299.

85. Haarhaus M. Minderung von Druckschwingumgen in Flussigkeitsrohr-leitungen.// Olhydraulik und Pneumatik, 1981, V25, №10,As802; 804-806.

86. Hahmann W. Einfluß der Hydraulischen Kapazität auf das dynamische Verhalten hydrostatischer Antriebe // Olhydraulik und Pneumatik, 1974, № 10, S. 749-752.

87. Herzog W. Berechnung des Ubertrgungsverhaltens von Flussigkeitss-challdampdem in Hydrosy steinen. Olhydraulik und Pneumatik 1976, №8 s 515521. IlC-e/fifCk'fß

88. Hoffman D. Dampfung von Flussigkeinsschwingungen in Hydraulikleinleitungen.// Olhydraulik und Pneumatik, 1980yVoj'.24,№l, s32-37.

89. Lallement J. Comportement dynamique des lignes hydrauliques Me-hAanique, matériaux, électricité, 1977, y{A60, №334, p>. 18-28. K

90. Lipphardt P. Kompression von dispergierter Luft in Hydrauliksystemen und deren Auswirkungen auf das Driickubertragungsmittel // Industrie Anzeiger, 1976, vj|. 98, № 51, -S. 883-887. (J-.

91. T00. Staeck D. Gase m Hydrauhkoien // Trifol und Schmierung, 1987/a)34, №3,- 8.201-207.

92. Theissen H. Simulation von jhjdraulischen Systemen mit langen Rohrleitungen // Olhydrauhk und Pneumatik. 19SAyh S. 209-216

93. Theissen H Volumenstrompulsation von Kolbenpumpen// Olhvdraulik und Pneumatik. 1980/N,8. S. 588-591.

94. Wright D. Standard components solve elusive shock problem,- Hydraulics and pneumatics,1975, V.28, №l0,py88-l90. a1. ZL

95. Реализация математической модели гиропривода погрузчика в Ма111сас1.

96. Задание параметров оборудования 1.1. Параметры рабочего оборудования Масса рабочего оборудования(стрелы) Масса груза

97. Масса поднимаемого корпуса цилиндра Масса штока

98. Расстояние от центра масс стрелы до оси вращения стрелы

99. Расстояние от центра масс груза до оси вращения стрелы

100. Расстояние от центра масс корпуса цилиндра до оси вращения цилиндра

101. Расстояние от оси вращения стрелы до передней проушины цилиндра Расстояние от оси вращения стрелы до задней проушины по вертикали

102. Расстояние от оси вращения стрелы до задней проушины по горизнтали