Підвищення ефективності гідравлічних слідкуючих приводів випробувального устаткування

4. Встановлено, що у випадку приналежності слідкуючого гідроприводу до першого класу (мале переміщення вихідної ланки при дії позиційного навантаження великої жорсткості) введення додаткового негативного зворотного зв'язку з перепаду тисків у керованих порожнинах гідроциліндра підвищує демпфірувальні характеристики гідроприводу і принципово не погіршує його швидкодію.

5. Розроблено нелінійну математичну модель ЕГСП з еталонною моделлю. Проведені дослідження динамічних процесів у гідроприводі при різних значеннях жорсткості позиційного навантаження (різних класів приводів) і параметрів ланцюга зворотного зв'язку на базі електронної моделі дозволили виявити наступні закономірності:

ефективність ланцюга зворотного зв'язку з еталонною моделлю виявляється тільки в ті періоди, коли розподільний золотник ЕГП не досягає упорів;

ступінь впливу еталонної моделі на динамічні процеси в гідроприводах, що належать до різних класів, неоднакова: так, для ЕГСП третього класу наявність еталонної моделі практично не впливає на його динаміку і несуттєво зменшує сталу статичну погрішність; для приводів другого і першого класів наявність ланцюга еталонної моделі значно підвищує їхню швидкодію і зменшує сталу статичну помилку;

зменшення постійної часу еталонної моделі не робить істотного впливу на швидкодію гідроприводу;

найбільший вплив на швидкодію ЕГСП і сталу статичну погрішність має значення коефіцієнта підсилення блоку порівняння сигналів зовнішнього зворотного зв'язку й електронної моделі; при збільшенні значення якого до визначеної величини в приводі встановлюються автоколивальні процеси.

6. Показано переваги застосування в гідроприводі випробувальної машини диференціального гідроциліндра при однобічному керуванні одночасно працюючих двох напірних крайок золотника ЕГП. Така структурна схема дозволяє зменшити габарити й експлуатаційні енергетичні витрати. Запропоновано нову схему одноштокового циліндра, що забезпечує в рамках заданих габаритів максимальне симетричне тягове зусилля. Отримано умови застосування даного гідроциліндра в слідкуючому приводі, які обумовлюють малу несиметричність швидкісної характеристики.

7. Розроблено уточнення методики визначення швидкісної характеристики гідравлічного слідкуючого привода. Встановлено, що у випадку впливу на привод позиційного навантаження, погрішність методики визначення даної залежності шляхом подачі керуючого сигналу з постійним прискоренням знижується при зменшенні його значення, але при цьому звужується досліджуваний діапазон характеристики. При високих значеннях добротності приводу і жорсткості навантаження одержання швидкісної характеристики з прийнятною точністю практично неможливе.

8. Розроблено методику моделювання і чисельного розрахунку в розподілених параметрах нестаціонарних процесів у довгому трубопроводі при перемінній вздовж тракту температурі рідини. Ефективність і адекватність методики підтверджені експериментальними дослідженнями. Встановлено, що при фіксованій температурі рідини в керованій порожнині гідродвигуна закон розподілу температури рідини в гідроканалі не робить істотного впливу на нестаціонарні процеси. Більшою мірою на ці процеси впливає температура рідини в порожнині, а визначальну роль відіграє швидкість відкриття золотника й об'єм керованої порожнини.

9. Розроблено нелінійну математичну модель ЕГСП із довгими єднальними трубопроводами і методика чисельного розрахунку його динаміки в розподілених параметрах з урахуванням перебудови профілю швидкостей. Запропонована методика моделювання і розрахунку дозволяє проводити на етапі розробки слідкуючого гідравлічного приводу без попереднього аналізу вибору моделі гідроканалу чисельні дослідження його динаміки, у тому числі визначати галузь конструктивних і експлуатаційних параметрів, що забезпечують безкавітаційні умови роботи.

Дослідження динамічних процесів у ЕГСП, що мають у своїй структурі різні типи гідроциліндрів з'єднаних з ЕГП довгими гідроканалами, дозволили встановити наступне:

для приводу першого класу кращим є застосування диференціального гідроциліндра з виключенням хвильових процесів у зливальному трубопроводі;

у випадку приналежності приводу до другого чи третього класу, кращі динамічні показники, виходячи з якості перехідних процесів і нестаціонарності руху рідини в трубопроводі, має гідропривід із двоштоковим циліндром.

10. Запропонована схема і розроблена нелінійна математична модель ЕГСП, реалізованого на основі застосування клапана постійного перепаду тиску. Показано, що за своїми динамічними характеристиками розроблений привод поступається ЕГСП із переливним клапаном, однак забезпечує значне скорочення експлуатаційних енергетичних витрат і може бути рекомендований для роботи в системі випробувальної машини з частотним навантаженням до 25 Гц.

11. Розроблено комплекс методик з нелінійного моделювання і розрахунку динамічних процесів у гідропульсаторному приводі і електрогідравлічній системі керування двочастотним навантаженням випробувальної машини. Доведено перевагу застосування в гідропульсаторному приводі диференціального циліндра з однією керованою порожниною. Показано несиметричність навантаження випробуваного зразка й отримана аналітична залежність, що дозволяє оцінити її значення при різних знаках збільшення тиску і класах гідроприводів.

Запропоновані методики забезпечують комплексний підхід до аналізу динамічних процесів у складній системі випробувальної машини на етапі її розроблення з обліком усіх основних конструктивних параметрів гідроприводу і силового контуру.

12. Розроблено методику синтезу електрогідравлічної системи керування випробувальної машини для механічного осісиметричного навантаження дисків газотурбінних двигунів. Отримано аналітичні умови рівноважного положення диска в процесі його випробування. За результатами синтезу створена випробувальна машина, багаторічний досвід експлуатації якої показав її ефективність з підвищення надійності і довговічності газотурбінних двигунів.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Тумаркин М.М., Скляревский А.Н., Паршкина С.М. Некоторые особенности преобразования электрического сигнала в гидравлическое давление // Известия вузов. Машиностроение. - 1984. - № 4. - С. 27 - 32.

Здобувачем розроблена нелінійна математична модель системи перетворення керуючого електричного сигналу в гідравлічний тиск.

2. Тумаркин М.М., Скляревский А.Н., Мекердичан Л.П. Электрогидравлическая система управления испытательным стендом //Вестник машиностроения. - 1985. - № 7. - С. 43 - 45.

Здобувачем запропонована концепція розробки гідравлічної системи випробувального стенда для навантаження дисків.

3. Скляревский А.Н., Тумаркин М.М., Мекердичан Л.П. Стабилизация положения диска при многоосевом растяжении // Известия Вузов. Машиностроение. - 1985. - № 10. - С. 77 - 81.

Здобувачем запропонована гідросхема системи стабілізації випробувального диску, її математична модель і алгоритм розрахунку.

4. Скляревский А.Н., Тумаркин М.М., Савченко Ю.В. Влияние переменной температуры жидкости на нестационарные процессы в гидравлическом канале // Вестник машиностроения. - 1988. - № 10. - С. 9 - 11.

Здобувачем розроблена математична модель нестаціонарного руху рідини в каналі, методика досліджень.

5. Мекердичан Л.П., Омельченко В.В., Степанов Н.В., Скляревский А.Н., Тумаркин М.М. Методика испытания полноразмерных дисков ГТД на электрогидравлическом стенде. // Проблемы прочности. - 1989. -№ 2. - С. 113 - 115.

Здобувачем розроблені положення по застосуванню електрогідравлічного стенда для випробування дисків ГТД.

6. Скляревский А.Н., Тумаркин М.М., Стах Е.П. Динамика гидропульсаторного привода // Известия вузов. Машиностроение. - 1990. - № 11 - 12. - С. 34 - 38.

Здобувачем розроблена математична модель гідропульсаторного приводу, виконані розрахунки й експериментальні дослідження.

7. Скляревский А.Н., Тумаркин М.М., Савченко Ю.В. Некоторые особенности построения электрогидравлических следящих приводов испытательных машин // Вестник машиностроителя. - 1991. - № 3 - С. 23 - 26.

Здобувачем запропоновані схема структурної класифікації слідкуючих гідроприводів і положення по виділенню їх трьох класів.

8. Скляревский А.Н., Денисенко А.И., Чижко С.В. Динамика гидроаккумуляторного привода с длинными гидроканалами //Известия вузов. Машиностроение. - 1994. - № 10 - 12. - С.49 - 52.

Здобувачем виконане моделювання динамічних процесів у гідроакумуляторному приводі і чисельні дослідження.

9. Скляревский А.Н. Некоторые особенности выбора типа гидроцилиндра испытательной машины // Збірник наукових праць междун. наук. -техн. конф. “Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва”. - Київ: НТУУ “КПІ”, 1998. - Т. 1. - С. 84 - 86.

10. Скляревский А.Н. Динамические и энергетические процессы в гидропульсаторном приводе испытательной машины //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Запоріжжя. - 1999. - № 1. - С. 76 - 78.

11. Скляревский А.Н. Моделирование и особенности расчета динамических процессов в электрогидравлическом следящем приводе с длинными гидроканалом // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Запоріжжя. - 2000 -№ 1. - С. 111 - 117.

12. Скляревский А. Н. К вопросу снижения энергозатрат в гидроприводе испытательной машины.// Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Запоріжжя. - 2000. -№ 2. - С. 88 - 91.

13. Скляревский А.Н. Некоторые вопросы улучшения энергетических показателей гидроприводов испытательных машин // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. “Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. - Вип. 7.- Кіровоград. - 2000. - С. 75 - 80.

14. Скляревский А.Н. Скоростная характеристика гидравлического следящего привода с позиционным нагружением //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. Запоріжжя. - 2001. -№ 1. - С. 86 - 89.

15. Скляревский А.Н., Денисенко А.И. Моделирование и особенности алгоритма расчёта динамических процессов в гидравлической системе нагружения испытательной машины // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов.- Донецк: Дон ГТУ. - 2001. -Вып. 17. - С. 236 - 240.

Здобувачем розроблені нелінійна математична модель і алгоритм розрахунку динаміки ЕГСП з довгим трубопроводом.

16. Скляревский А.Н. Динамические процессы в электрогидравлическом следящем приводе с эталонной моделью // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. Запоріжжя. - 2002. - № 1. - С. 99 - 102.

17. Скляревский А.Н. Исследование динамических и энергетических характеристик гидроприводов испытательных машин // Вестник национального технического университета Украины “КПИ”. Машиностроение - Вып.42. - Т.1. - Киев - 2002. - С. 153 -157.

18. Скляревский А.Н. Возможности реализации гидравлического следящего привода с одноштоковым гидроцилиндром, обеспечивающим симметричность тяговых характеристик // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. Запоріжжя. - 2002. - № 2. - С. 104 - 107.

19. Скляревский А.Н., Денисенко А.Н. К вопросу моделирования динамических процессов в электрогидравлическом следящем приводе с длинным гидроканалом // Вибрации в технике и технологиях. - № 2 (28) - ВДАУ. - 2003. - С. 32 - 38.

Здобувачем розроблена методика моделювання і розрахунку динамічних процесів у силовому слідкуючому гідроприводі з урахуванням нестаціонарних процесів у гідроканалі.

20. Скляревский А.Н. Методика расчета нестационарных процессов в длинных каналах гидроприводов // Вестник двигателестроения. - 2003. - № 1 - С. 114 - 117.

21. Скляревский А.Н., Денисенко А.И. Динамика позиционного гидравлического следящего привода с длинными гидроканалами //Промислова гідравліка и пневматіка.- ВДАУ- 2003. - № 1. - С.47-51.

Здобувачем розроблена математична модель позиційного електрогідравлічного слідкуючого приводу. Виконано комплекс чисельних досліджень динаміки приводів, реалізованих за різними схемами.

22. Скляревский А.Н. Синтез системы стабилизации положения тела вращения при многоосевом нагружении // Вісник Сумського державного університету. Технічні науки. - 2003. - № 13. - С.5 - 10.

23. Скляревский А.Н. Влияние волновых процессов в трубопроводах на динамику гидравлического следящего привода // Сборник трудов Х международной научно - технической конференции “Машиностроение и техносфера XXI века”. - Т.3. - Донецк. - 2003. - С. 122-126.

24. А.с. 1112158 СССР, МКИ F15 B9/03; G 05 B19/02. Электрогидравлическое устройство управления установкой для усталостных испытаний дисков //М.М Тумаркин, И.Я. Токарь, В.С Зарудный, А.Н Скляревский, В.В. Омельченко, Л.П. Мекердичан, С.М. Паршкина (СССР). № 3539798/24-24; Заявлено 12.01.83; Опубл. 07. 09. 84, Бюл. № 33 - 3с.

Здобувачем обґрунтовані принципи схемного рішення пристрою.

25. А. с. 1268831 СССР. МКИ F15 B15/14. Гидроцилиндр. / М.М Тумаркин, А.Н. Скляревский, Л.П. Мекердичан, Н.П. Карпенко, В.В. Омельченко, С.М. Паршкина (СССР). - № 3920833/31-06; Заявлено 29. 05. 85. Опубл. 07.11.86, Бюл. № 41.- 2с.

Здобувачем запропоноване принципове рішення по забезпеченню симетричності тягових і швидкісних характеристик гідроциліндра.

26. Андреев А.В., Скляревский А.Н., Тумаркин М.М. Электрогидравлический следящий привод: Учеб. пособие. - К.: УМК ВО, 1988. - 64 с.

Здобувачем розроблені основні принципи математичного моделювання і розрахунку характеристик гідравлічних приводів.

27. Машинное моделирование характеристик ЭГСП: Учеб. пособие /А.В. Андреев, А.Н. Скляревский, М.М. Тумаркин. /Под общ. ред. М.М. Тумаркина. - К.: УМК ВО, 1989. - 80 с.

Здобувачем розроблені положення по моделюванню і розрахунку елементів гідроприводів.

28. Скляревський О.М. Об'ємний гідропривод (основи проектування і розрахунку): Навчальний посібник, - Запоріжжя: ЗНТУ. - 2001. - 212 с.

29. Экспериментальные характеристики электрогидравлических приводов с различными формами реализации обратной связи по давлению. /М.Е. Гойдо, Ю.А. Староверов, А.Н. Скляревский, М.М. Тумаркин, Ю.В. Савченко. /Сб. науч. трудов. “Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин”. - Челябинск: ЧПИ. - 1988. - С. 78 - 84.

Здобувачем виконані експериментальні дослідження.

30. Тумаркин М.М., Скляревский А.Н., Савченко Ю.В. Моделирование нестационарных процессов в гидравлических каналах при переменной температуре жидкости //Инженерно-физический журнал. - 1988. - Т. 54. - № 2. - С 318.

Здобувачем виконане моделювання процесів.

31. Скляревский А.Н., Скляревская В.Н. Моделирование нестационарных процессов в каналах гидроприводов // Проблемы технологии машиностроения / Научные труды. - Вып. 271. - М.: МГУЛ, - 1995. - С. 79 - 86.

Здобувачем розроблена методика моделювання. Виконані розрахункові дослідження.

Анотації

Скляревський О.М. Підвищення ефективності гідравлічних слідкуючих приводів випробувального устаткування. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.02.03 - системи приводів. - Харківський національний технічний університет, м. Харків, 2004.

Дисертація присвячена питанням математичного моделювання і розрахунку динаміки гідроприводів випробувального устаткування та підвищенню їх ефективності. Запропоновано схему структурної класифікації слідкуючих гідроприводів. Розроблено комплекс методик моделювання і розрахунку динамічних процесів у гідроприводах, реалізованих за різними схемами, у т.ч. слідкуючих приводів з довгими трубопроводами. Зроблено оцінку впливу перемінної температури рідини уздовж гідроканалу на динаміку системи. Розглянуто питання поліпшення динамічних характеристик приводу і підвищення його економічності. Досліджено процеси в гідропульсаторному приводі, визначена залежність розміру несиметричності навантаження від знаку і значення тиску в порожнині циліндра і класу приводу. Виконано синтез гідросистеми осісиметричного навантаження дисків газотурбінних двигунів.

Ключові слова: гідравлічний привод, динаміка, моделювання, чисельний розрахунок, гідроциліндр, граничні умови, синтез.

Скляревский А.Н. Повышение эффективности гидравлических следящих приводов испытательного оборудования. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.03 - системы приводов. - Харьковский национальный технический университет, г. Харьков, 2004.

Диссертация посвящена вопросам математического моделирования и расчета динамики гидроприводов испытательного оборудования для механического нагружения и повышения их эффективности. В работе сформулирована цель и задачи исследований. Выполнен анализ современных подходов к моделированию процессов в гидроприводах, приведены особенности их применения в испытательном оборудовании.

Предложена схема структурной классификации гидравлических следящих приводов, с выделением трех классов гидроприводов, исходя из относительного значения перемещения выходного звена. Предложен комплекс уточнений математической модели гидропривода.

Разработана базовая математическая модель электрогидравлического следящего привода с учетом основных нелинейных факторов, конструктивных и эксплуатационных параметров. Адекватность и универсальность модели подтверждены экспериментальными исследованиями.

Рассмотрено влияние на динамику привода дополнительной обратной связи по перепаду давлений в полостях цилиндра при действии позиционной нагрузки большой жесткости. Исследованы динамические процессы в гидравлическом следящем приводе с дополнительной обратной связью на основе эталонной модели. Выявлено, что эффективность применения данной цепи обеспечивается только в те периоды, когда распределительный золотник не достигает крайних положений (упоров). Установлена разная степень ее влияния на динамические процессы в приводах, принадлежащих к различным классам.

Выполнена сравнительная оценка различных способов управления гидроцилиндром. Показаны преимущества применения дифференциального цилиндра с односторонним управлением двумя напорными кромками золотника. Разработана новая схема одноштокового цилиндра, обеспечивающего в рамках заданных габаритов симметричное тяговое усилие. Уточнена методика определения скоростной характеристики следящего гидропривода при действии позиционной нагрузки.

Разработана методика моделирования и расчета в распределенных параметрах нестационарных процессов в длинном трубопроводе при переменной по тракту температуры жидкости. Адекватность модели подтверждена экспериментальными исследованиями. Выполнены исследования влияния закона распределения температуры жидкости в системе на нестационарные процессы в ней.

Разработана методика моделирования и расчета динамики гидравлического следящего привода с учетом нестационарных процессов в длинных трубопроводах. Описание движения жидкости в гидроканалах выполнено в распределенных параметрах с учетом перестройки профиля скоростей по сечению потока. Численные расчеты проведены методом характеристик, для определения граничных условий применен метод половинного деления. Адекватность математической модели подтверждена экспериментами, проведенными при различных параметрах трубопроводов и значениях управляющего сигнала. Исследованы процессы в гидравлических следящих приводах с длинными трубопроводами, имеющих в своих структурах различные типы цилиндров и принадлежащих к различным классам. Установлена предпочтительность применения определенного типа цилиндра для различных условий нагружения привода.

Предложена схема гидравлического следящего привода с клапаном разности давлений, поддерживающим постоянный перепад между давлением питания и давлением в управляемой полости цилиндра. Показано, что данный привод является более экономичным по сравнению с приводом с переливным клапаном.

Разработан комплекс методик по моделированию и расчету динамики гидропульсаторного привода и гидросистемы управления двухчастотным нагружением. Получена зависимость величины несимметричности нагружения от знака и значения давления в управляемой полости дифференциального цилиндра и класса привода.

Разработана методика синтеза гидравлической системы управления испытательной машиной для нагружения дисков газотурбинных двигателей. Получены аналитические условия равновесного положения диска в процессе его нагружения. По результатам синтеза разработана и изготовлена испытательная машина.

Ключевые слова: гидравлический привод, динамика, моделирование, численный расчет, гидроцилиндр, граничные условия, синтез.

Skliarevsky A. N. The increase of efficiency of hydraulic servo power drives of the test equipment. - Manuscript. The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of technical sciences on a specialty 05.02.03 - systems of drives. Kharkov national technical university. Kharkov, 2004.

The dissertation is devoted to questions of mathematical simulation and calculation of dynamic of hydraulic power drives of the test equipment and increase of their efficiency. The scheme of structural classification of servo drives is offered. The complex of methods of simulation and calculation of dynamic processes in hydraulic power drives, which are realized under different schemes, including hydraulic servo power drives with long pipelines, is developed. The estimation of influence of variable temperature of a liquid along hydrochannel on dynamics of system is executed. The question of improvement of dynamic characteristics of a drive and increase of its profitability is considered. Processes in hydraulic drive with variable flow of liquid are investigated, the dependence of pressure in the hydrocylinder and a class of a drive are found. Synthesis of hydrosystem of load of disks of gas turbine engines is executed.

Key words: a hydraulic drive, dynamics simulation, numerical calculation, the hydrocylinder, boundary conditions, synthesis.

Размещено на Allbest.ru