Гидроприводы с разомкнутой циркуляцией и позиционным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГИДРОПРИВОДЫ С РАЗОМКНУТОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ И ПОЗИЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Такие гидроприводы используются для подъема и опускания навесных механизмов строительных, дорожных машин и в различных грузоподъемных устройствах (в домкратах, перегружателях и т.д.). Они отличаются сравнительной простотой конструкции и массовостью выпуска. Например, парк одних только бульдозеров с такими гидроприводами насчитывает более 100 тыс. шт.

На рис. 1 представлена принципиальная расчетная схема разомкнутого гидропривода, которая используется для позиционного управления отвала бульдозера. Схема привода трактора показана на рис. 2. Назначение гидропривода заключается в том, чтобы установить отвал в положение, соответствующее набору, передвижению или выгрузке грунта.

Рис. 1

Ставится задача: найти функциональную связь между рабочим объемом насоса и производительностью бульдозера при выполнении типового технологического цикла, например при разработке траншеи. Решая соответствующую систему уравнений, необходимо определить нагрузочные режимы гидропривода, т.е. характер изменения давления жидкости в течении рабочего цикла машины.

Рис. 2

При составлении системы уравнений, описывающей работу гидропривода, проведенного на рис. 2, принимаются следующие основные допущения. Рабочая жидкость имеет постоянную вязкость и объемный модуль упругости. Утечки жидкости в гидрораспределителе и цилиндре незначительны. Характеристика предохранительного клапана идеальна, т.е. время его срабатывания принимается равным нулю, забросов давления по отношению к величине давления настройки клапана нет.

Гидрораспределитель переключается из Средней позиции в крайние мгновенно, золотники имеют нулевые перекрытия. Объемный к. п. д. насоса равномерно уменьшается с повышением давления нагнетания, а механический к. п.д. пропорционален давлению. Потери на трение в гидроцилиндре пропорциональны давлению нагнетания, сила трения зависит от первоначального натяга уплотнений и не зависит от скорости поршня. Корпус гидроцилиндра принимается абсолютно жестким. Гидросистема рассматривается как система с сосредоточенными параметрами, волновые процессы в трубопроводах не рассматриваются.

Особенность описания и математического моделирования такой гидропередачи заключается в необходимости составления уравнений расхода и давления для нескольких положений гидрораспределителя, смена которых в о процессе рабочего цикла машины во многом определяет динамику гидропередачи и эксплуатационные качества механизма в целом. Общая система уравнений, таким образом, состоит из трех систем, соответствующих позициям распределителя: а) нейтраль; б) опускание; в) подъем.

Каждая из систем уравнений включает последовательное описание основных элементов гидропривода (см. рис. 3).

Насос:

(2.5)

Где М_Н, щ_Н -- момент и угловая частота вращения вала; q_H -- удельный

рабочий объем насоса на радиан поворота вала; р₁ давление нагнетания;

з_мех - механический к. п. д. насоса; k_H.O - коэффициент объемных потерь, отнесенных к единице давления нагнетания; Q₁ - расход насоса при давлении р₁.

Трубопровод высокого давления: а) гидрораспределитель в нейтрали, полости гидроцилиндра заперты; переливной клапан открыт:

Где k_ф k_кл-- коэффициенты потерь давления в фильтре и клапане распределителя;

б) гидрораспределитель в положении «опускание»:

,

Где , -- потери давления в фильтре и канале распределителя; k_р -- коэффициент потерь давления в распределителе;

k _упр.тр k_упр.п - коэффициенты пропорциональности между производной давления и соответственно скоростью упругой деформации трубопровода с жидкостью и скоростью деформации жидкости в поршневой полости цилиндра;

(А_П - площадь поршня);

в) гидрораспределитель в положении «подъем»:

где -- расход жидкости в штоковой полости цилиндра; А_ШТ -- площадь под давлением в штоковой полости цилиндра.

Гидроцилиндр а) полости гидроцилиндра заперты:

где G_пр -- усилие от силы тяжести оборудования;

R_тр -- сила трения;

R_гр- усилие от грунта;

m_пр -- масса оборудования, приведенная к штоку;

k_упр.шт-- коэффициент пропорциональности; -

б) опускание отвала, выдвижение штока:

Последнее неравенство выражает условие разрыва потока жидкости в поршневой полости гидроцилиндра.

При опускании отвала на шток гидроцилиндра действует попутная нагрузка. Она может явиться причиной разрыва потока жидкости и нежелательных кавитационных и динамических явлений в гидроприводе. Это происходит, если насос выбран неправильно, т.е. его расход недостаточен для наполнения поршневой полости цилиндра при свободном падении отвала;

в) подъем отвала, втягивание штока:

сила трения в цилиндре

,

где R_ТР.НАЧ -сила трения, определяемая предварительным натягом уплотнений (при р = О);

k_ц -- коэффициент пропорциональности между силой трения и давлением в полостях гидроцилиндра.

Сливной трубопровод:

а) гидрораспределитель в нейтрали:

р₃=0 , Q₃=0;

б) гидрораспределитель в положении «опускание»:

где с₁ -- коэффициент сопротивления сливного канала распределителя при расходе из штоковой полости; л =0,316Re^-0,25 ( число Рейнольдса,

где н_ж --кинематическая вязкость жидкости);

l_TP -- длина трубы;

U- скорость жидкости в трубе;

d_ТР диаметр трубы;

в) гидрораспределитель в положении «подъем»:

где с₂ -- коэффициент сопротивления при расходе из поршневой полости.

Таким образом, получена система уравнений, описывающая гидропривод промышленного трактора с бульдозерным оборудованием. Приведенная система должна быть дополнена уравнениями, отражающими работу дизеля с центробежным регулятором и гидротрансформатором, уравнениями движения трактора и нагрузки, действующей на отвал со стороны грунта для решения такой общей системы уравнений с многими нелинейностями рационально использовать вычислительную машину.

Нагрузки, возникающие в трансмиссии и приводе навесного оборудования отражают взаимодействие машины с грунтом. Машинист выполняет функции звена обратной связи: в случае буксования он поднимает отвал а в случае снижения нагрузки двигателя -- опускает его пытаясь реализовать оптимальную тягу и переместить больше грунта в единицу времени. При работе модели роль машиниста бульдозера выполняет оператор ЭВМ. Наблюдая по экранам осциллографа или дисплея за изменением объема «грунта» перед отвалом, за положением «отвала» и за движением бульдозера, оператор с помощью рукоятки имитирует переключение гидрораспределителя в одну из трех возможных положений: нейтраль подъем или опускание отвала. Подобная математическая модель может быть использована для расчета гидропривода промышленного или сельскохозяйственного трактора с различным навесным оборудованием

Решение системы уравнений гидропривода совместно с уравнениями дизеля, трансмиссии и уравнением, описывающим нагрузку на рабочее оборудование со стороны грунта, должно быть получено на ЭВМ в виде одновременной записи соответствующих параметров.

В процессе работы за пультом ЭВМ оператор следит по экрану, чтобы эффект буксования не был длительным и значительным, чтобы условная призма грунта перед отвалом оставалась в течение большей части пути по возможности постоянной. В конце пути, например, по цифровому прибору фиксируется объем призмы волочения грунта, время рабочего хода машины, а также время холостого хода, который выполняется на 2-й или 3-й задней передаче с поднятым отвалом.

Указанные величины необходимы для оценки производительности бульдозера. гидропривод механизм разомкнутый позиционный

,

где V_K -- объем грунта, перемещенного за одну ездку;

t_p. _х -- время рабочего хода при постоянной длине ездки и движении на 1-й передаче;

t_П -- время подъема отвала;

t_x. _х-- время холостого хода (отката).

Многократным повторением рабочих циклов машины при одновременном варьировании коэффициентом машинного уравнения, соответствующим рабочему объему q_K насоса, может быть получена ориентировочная зависимость расчетной производительности бульдозера от расхода насоса навесного оборудования П= f (Q_H)

Рис. 3

Нa основании этой зависимости установлена зона рациональных значений расхода насосов, который для трактора мощностью 150--180 кВт может быть ограничен пределами 250--350 л/мин. Относительное уменьшение производительности бульдозера при использовании насоса менее 250 л/мин объясняется уменьшением скорости подъема отвала, в то же время при небольшом расходе жидкости легче регулируется положение отвала, удается одним включением изменить толщину стружки грунта на 2--4 см, что затруднительно сделать при расходах насоса свыше 400 л/мин. При использовании насоса с большим рабочим объемом вертикальное перемещение штока и отвала выполняются с такой скоростью, что оператор не в состоянии одним-двумя включениями гидрораспределителя установить отвал в нужное положение. Перерегулирование при опускании отвала приводит к буксованию и потере грунта из призмы волочения.

Кроме ухудшения качества планировочных работ, с увеличением частоты включений цилиндра возрастают динамические нагрузки в гидроприводе и повышается утомляемость, машиниста. IIолученные на модели зависимости не являются настолько точными, чтобы устанавливать нормированную производительность новой машины, однако для определения характера зависимости П = f (Q_H) и ориентировочного определения рабочего объема насоса на стадии разработки проекта подобный метод вполне эффективен.

Вместе с оценкой рабочего объема насоса на стадии проектного расчета и моделирования важно определить соответствие давления, на которое рассчитан насос при длительной эксплуатации, давлениям, возникающим в гидроприводе в процессе выполнения рабочего цикла машины. Причем для прогнозирования ресурса насоса имеет значение не только величина, но и характер изменения давления во времени.

В рассматриваемой разомкнутой гидропередаче управление гидроцилиндром осуществляется позиционно. Насос переходит с холостого на рабочий режим каждые 3--5 с, длительность действия высокого давления составляет доли секунды, а величина этого давления колеблется в пределах 8--10 МПа при выдвижении штока и в пределах 10--20 МПа при втягивании штока.

Рис. 4. Гидросистема бульдозера с двухпоточным насосом и электрогидравлическим управлением

Размещено на Allbest.ru

Полученные на модели режимы нагрузок гидропривода позволяют уточнить программу стендовых ресурсных испытаний насосов. Частые и кратковременные повышения давления должны имитироваться на стендах соответствующим спектром нагрузок. Режим кратковременных нагружений, как показали экспериментальные исследования, для пар скольжения менее благоприятен, чем режим длительного и постоянного нагружения, при котором температурный градиент пар трения сравнительно невелик, а течение смазки в зазорах носит установившийся характер. Именно поэтому большая частота и кратковременность включения насоса может быть причиной преждевременного выхода его из строя, Обычно в таких гидропередачах применяют шестеренчатые насосы, однако требования, связанные с повышением долговечности и мощности гидропривода, заставляют рекомендовать для приводов крупных землеройных машин аксиально-поршневые насосы.

Обследование работы гидропривода фронтальных погрузчиков мощностью 442 кВт, работающих на калийном комбинате, показало, что более дешевые шестеренные насосы работают около 1500 ч, в то время как аксиально-поршневые насосы при тех же условиях эксплуатации 3000--4000 ч. Гидропривод универсального промышленного трактора должен быть рассчитан на различное навесное оборудование, в котором могут быть предусмотрены рабочие органы, имеющие вращательное и возвратно-поступательное движение с регулируемой скоростью. Иногда требуется выполнять совмещение нескольких операций, например, в канавокопателях, погрузчиках, трубоукладчиках и т.д. В связи с этим для перспективных промышленных тракторов мощностью несколько сотен киловатт рекомендуется применять гидропривод с двухпоточными ступенчато-регулируемыми аксиально-поршневыми насосами. Благодаря двум секциям насоса разного рабочего объема определяется возможным совмещать движение или ступенчато менять скорость гидродвигателей.

Такая схема позволяет исключить разрыв потока жидкости в поршневых волостях гидроцилиндров при опускании отвала, так как дифференциальное включение соединяет штоковую полость с поршневой. Явления разрыва потока жидкости в разомкнутом гидроприводе бульдозера, которые приводят к вредной аэрации жидкости, недопустимы; с помощью математической модели гидропривода можно установить условия, позволяющие исключить это нежелательное явление.

Отличительной особенностью нагрузочного режима гидропривода бульдозера является частота и кратковременность работы насоса под высоким давлением.

Наличие попутной нагрузки в разомкнутом гидроприводе создает опасность разрыва потока жидкости между насосом и гидродвигателем, в частности гидроцилиндром. Поскольку это может сопровождаться нежелательными динамическими явлениями в приводе, а также снижением долговечности насосов и других элементов гидропередачи, необходимо, чтобы расход насоса и схема включения соответствовали максимально возможной скорости гидродвигателя при попутной нагрузке.

Последняя может быть ограничена подпором в сливной линии за счет использования специальных клапанов или дросселей, а также путем дифференциального включения гидроцилиндров.

гидроприводы используются для подъема и опускания навесных механизмов строительных, дорожных машин и в различных грузоподъемных устройствах (в домкратах, перегружателях и т.д.).

простотой конструкции

принципиальная расчетная схема разомкнутого гидропривода, которая используется для позиционного управления отвала бульдозера.

функциональную связь между рабочим объемом насоса и производительностью бульдозера при выполнении типового технологического цикла, например при разработке траншеи

Отличительной особенностью нагрузочного режима гидропривода бульдозера является частота и кратковременность работы насоса под высоким давлением. Размещено на Allbest.ru