Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертационная работа:

Соляр Сергей Владимирович. Исследование рабочего процесса и разработка методики расчета оптимальных конструктивных параметров гидрораспределителя с плоским золотником на упругом подвесе : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.13 : М., 2005 198 c. РГБ ОД, 61:05-5/2159

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА И

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ С

ПЛОСКИМ ЗОЛОТНИКОМ НА УПРУГОМ ПОДВЕСЕ 13

1.1. Методы расчета и проектирования 13

1.2. Методы определения регулировочных характеристик 18

1.3. Анализ специализированных программных комплексов для

решения задач гидрогазодинамики 27

1.4. Выводы 30

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА

РАСХОДА ДРОССЕЛИРУЮЩИХ ЩЕЛЕЙ

ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ С ПЛОСКИМ ЗОЛОТНИКОМ НА

УПРУГОМ ПОДВЕСЕ ОТ ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ 32

2.1. Постановка задач 32

2.2. Решение тестовой задачи для дросселирующей двухкромочной

кольцевой щели 34

2.3. Моделирование течения в открытой дросселирующей щели

гидрораспределителя с плоским золотником на упругом подвесе 40

2.4. Решение тестовой задачи для цилиндрического дросселя с

широким диапазоном изменения относительной длины 46

2.5. Моделирование течения в перекрытой дросселирующей щели

гидрораспределителя с плоским золотником на упругом подвесе 52

2.6. Выводы 57

3. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ МЕТОДИКИ

РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 59

3.1. Формирование массива выходных показателей

гидрораспределителя 59

3.2. Определение основных конструктивных параметров

распределительной части 61

3.3. Определение механических и прочностных характеристик

подвижной рамки 63

3.4. Определение утечек рабочей жидкости 68

3.5. Определение перекрытий рабочих щелей 68

3.6. Определение регулировочных характеристик 80

3.7. Выводы 87

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ

ПАРАМЕТРОВ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ НА ЕГО

ХАРАКТЕРИСТИКИ 88

4.1. Исследование влияния параметров гидрораспределителя на

механические и прочностные характеристики 88

4.2. Исследование влияния параметров гидрораспределителя на

утечки рабочей жидкости 93

4.3. Исследование влияния параметров гидрораспределителя на

регулировочные характеристики 95

4.4. Выводы 105

5. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ

«РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ С ПЛОСКИМ ЗОЛОТНИКОМ НА

УПРУГОМ ПОДВЕСЕ» 106

5.1. Назначение и структура программного модуля 106

5.2. Определение оптимальных параметров гидрораспределителя 125

5.3. Исследование области применения гидрораспределителя 146

5.4. Конструктивные изменения, направленные на улучшение

характеристик гидрораспределителя 149

5.5. Выводы 155

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157

ЛИТЕРАТУРА 160

ПРИЛОЖЕНИЯ 170 

Введение к работе:

Электрогидравлические усилители с дроссельным управлением (ЭГУ) являются основной функциональной частью электрогидравлических следящих приводов и многих других силовых гидравлических систем [7, 9, 10, 11, 16 - 22, 31, 32, 36, 41, 42, 44, 46, 47 - 52, 54, 55, 57 - 67, 84, 86, 87, 88, 97 - 100, 103, 108]. ЭГУ преобразуют и усиливают до требуемого энергетического уровня входной маломощный электрический сигнал, формируемый внешней информационной системой. Данное усиление осуществляется за счёт гидравлической энергии, поступающей на усилитель от источника гидропитания. Усиление сигнала происходит путём управления величинами гидросопротивлений переменных дросселей ЭГУ при перемещении запорно-регулирующих элементов (ЗРЭ).

Укрупнённая функциональная схема ЭГУ включает следующие основные части:

- электромеханический преобразователь (ЭМП), воспринимающий маломощ ный электрический информационный сигнал и преобразующий его в сигнал механической природы (чаще всего поворотный, реже - поступательный и вращательный на неограниченный угол);

- систему гидроусилителей, состоящую, в общем случае, из нескольких каска дов (степеней) последовательного усиления энергетического уровня гидравлического сигнала до требуемого значения;

- систему обратной связи (ОС), которая может иметь различные схемо конструктивные исполнения.

Основная классификация электрогидравлических усилителей приведена на рис. В.1.

Основной технико-конструктивной частью каскада усиления ЭГУ является совокупность деталей, объединенных понятием «гидравлический распределитель» или «гидрораспределитель» (ГР).

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ (ЭГУ) Л

по виду ГР первого каскада по числу каскадов усиления

Л

по наличию сигнала ОСЦИЛЛЯЦИИ по виду обратной связи

• однокаскадныи;

? двухкаскадный;

? трсхкаскадный;

• многокаскадный

- без осцилляции;

- с естественной осцилляцией;

- с принудительной осцилляцией

струйный с подвижной трубкой;

• струйный с подвижной плитой;

струйный с дефлектором;

• сдвоенный «сопло-заслонка» с подвижной заслонкой;

• счетверенный «сопло-заслонка» с подвижной заслонкой;

золотниковый с цилиндрическим ЗРЭ;

• золотниковый с плоским ЗРЭ на упругом подвесе;

ЗОЛОТНИКОВЫЙ С ПЛОСКИМ riOBODOTHblM ЗРЭ

- с силовой ОС;

- с гидравлической ОС;

- с механической ОС;

- с электрической ОС;

- с кинематической ОС;

- с комбинированной ОС

Рис. В.1. Классификация электрогидравлических усилителей мощности

В случае применения двух и более каскадных схем первый каскад должен воспринимать и обрабатывать (усиливать) информационные сигналы, обладающие низким энергоуровнем, что предъявляет особые требования по надежности, помехоустойчивости, чувствительности, линейности регулировочных характеристик и быстродействию этого каскада. Поэтому во входных каскадах используются, так называемые, проточные схемы, потребляющие гидравлическую энергию даже при отсутствии информационного сигнала, т.е. в ждущем режиме. Подавляющая часть многокаскадных ЭГУ имеет в первом каскаде ГР типа «струйная трубка», «сдвоенное сопло-заслонка», реже - «счетверенные сопла-заслонки» и золотниковые ЗРЭ. Выходные каскады усиления многокаскадных ЭГУ построены на базе непроточных золотниковых ГР с положительными или «нулевыми» перекрытиями дроссельных щелей ЗРЭ. Для однокас-кадных ЭГУ приходится искать компромисс между преимуществами проточ 7

ных схем и, обладающими существенно лучшей экономичностью и жесткостью характеристик, непроточными ГР [18, 21, 57, 61 - 66, 84, 86, 97 - 100, 108].

В связи с очевидным стремлением уменьшения количества каскадов в ЭГУ при одновременном улучшении его технико-эксплуатационных и экономических характеристик особого внимания заслуживает комплекс вопросов, связанных с расширенным применением ГР с плоским золотниковым ЗРЭ на упругом подвесе (или ГР с плоским золотником на упругом подвесе), который выделен на рис. В.1.

Конструктивная схема ГР с плоским золотником на упругом подвесе приведена на рис. В.2. Конструкция состоит из двух основных деталей плоский ЗРЭ— 1 и основания 2. В верхней части ЗРЭ выполнены два пропила 8 и 9 и четыре фрезерованных паза 7, образующих систему из четырех плоских упругих пластин. Тем самым подвижный ЗРЭ представляет собой упруго-деформируемую консольную П-образную рамку 10 (подвижная рамка), нижняя плита которой может совершать плоскопараллельное движение в пределах, ограниченных максимальным смещением хтах. Усилие, необходимое для деформации упругих подвесов (перемещения ЗРЭ), развивается магнитной системой (якорем) ЭМП. В центральную часть рамки запрессована втулка 4, в которой запрессован поводок 3 со сферическим хвостовиком для присоединения ЗРЭ к выходному звену ЭМП. Нижняя плита ЗРЭ с запрессованными в неё втулкой 4 и поводком 3 образует золотник. В основание с натягом установлена втулка 5, имеющая пропилы, которые образуют дросселирующие щели требуемой шириной рабочих каналов / /, внутренний диаметр dt образует внутренние дросселирующие щели (внутренние рабочие щели), внешний диаметр d2 образует внешние дросселирующие щели (внешние рабочие щели). Во втулку 5 запрессована втулка 6, через которую подаётся рабочая жидкость с давлением /;„ и расходом О„. Золотник, а также втулки основания, образующие дросселирующие щели, являются распределительной частью ГР.

Р1 J Рп \ Р2 5 On 6 42 1 • А ( \ /

Рис. В.2. Гидравлический распределитель с плоским золотником на упругом подвесе

При смещении ЗРЭ в каком- либо направлении (например влево) жидкость поступает по левому боковому каналу к потребителю (давление в канале pi и расход qi), а с помощью правого канала обеспечивается отвод жидкости от потребителя на слив (давление р2 и расход qi). При изменении полярности информационного сигнала ЗРЭ перемещается вправо и уже правый боковой канал становится напорным, а левый — сливным. Нужные значения перекрытий обеспечиваются допусками на изготовление перечисленных деталей и их соединений, а зазор между плоскостью втулки 3 и плоскостями втулок 5 и 6 8 — также специальными технологическими приёмами, например прокладками из фольги.

Как следует из приведенного описания, ГР с такими ЗРЭ имеют целый ряд преимуществ по сравнению с цилиндрическими и поворотными ЗРЭ, а также обладают свойствами, характерными для проточных высокочувствительных ГР типа «сопло-заслонка» и «струйная трубка» [62, 64 - 66]. Они имеют меньше деталей, существенно проще конструктивно и технологически, поскольку рабочими поверхностями являются плоскости, не имеют кинематических пар трения, так как перемещение плоского ЗРЭ при подаче управляющего сигнала происходит вследствие деформации (изгиба) упругих пластин. Это повышает чувствительность и надежность работы ГР. Попадание твердых частиц в зазор менее опасно, чем в цилиндрических золотников парах, поскольку за счёт деформации упругих пластин имеется возможность выдавливания частицы в проточный тракт без заклинивания системы.

В качестве недостатков ГР рассматриваемой схемы в существующей литературе обычно отмечается их менее удобная компоновка, а также сравнительно невысокие рабочие давления. В таких ГР практически исключена возможность реализации такого эффективного приёма, как создание «вложенных» и оболочечных конструкций по принципу «матрёшки», что весьма часто используется применительно к цилиндрическим золотниковым парам, размещаемым одна внутри другой, а всего комплекта - в штоке гидроцилиндра. Создание резервированных ЭГУ на базе таких ГР также наталкивается на трудности связанные с резким увеличением массогабаритных показателей.

Несмотря на то, что ГР с плоскими ЗРЭ на упругом подвесе используются уже несколько десятков лет, в литературе имеются лишь весьма отрывочные и разрозненные сведения по их расчёту, проектированию и конструированию. Поэтому решение задачи по формированию практически пригодного алгоритма и программы расчёта основных параметров и характеристик ГР, построенных с учётом возможностей современной компьютерной техники и ориентированных на интерактивное взаимодействие пользователя с компьютером, является актуальным.

Однако плоский ЗРЭ на упругом подвесе обладает целым рядом специфических свойств, пренебрежение которыми может привести к существенным погрешностям в расчётах, использующих общеизвестные соотношения и формулы. В указанной связи прежде всего, следует обратить внимание на течение жидкости в специфических дроссельных щелях такого ГР. В данных ГР имеется значительная гидравлическая сила, «отжимающая» ЗРЭ от плоскости основания (увеличивающая зазор 8), что приводит к росту объёмных потерь и ухудшению регулировочных характеристик. Наблюдающаяся тенденция повышения рабочих давлений в силовых гидросистемах различных объектов (а, следовательно, и ЭГУ) может привести к проблемам проектирования ГР из-за возможной потери продольной устойчивости подвижной рамки. Простое решение, связанное с увеличением жёсткости упругих подвесов, потребует установки более мощных и, тем самым, инерционных и крупногабаритных ЭМП, что неизбежно ухудшит динамические и массогабаритные показатели системы.

Таким образом, цель данной работы - обеспечить возможность расширения применения ГР с плоским золотником на упругом подвесе в однокаскадных ЭГУ, а также в первых каскадах усиления двух и более каскадных ЭГУ, за счет оптимизационного проектирования, основывающегося на алгоритмизированной методике расчета основных конструктивных параметров, которая реализует диалоговое взаимодействие разработчика ГР с современной компьютерной техникой.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать процесс течения рабочей жидкости через дросселирующие ще ли ГР;

- сформировать математическую модель, описывающую механические и

прочностные характеристики, образование начальных перекрытий и регулировочные характеристики ГР;

- исследовать влияние основных конструктивных параметров на характери стики ГР;

- разработать систему алгоритмов, обеспечивающих интерактивные способы

определения оптимальных сочетаний конструктивных параметров ГР; - создать и отладить программный модуль, реализующий разработанную сис тему алгоритмов;

- исследовать границы области применения ГР;

- провести анализ путей совершенствования конструктивной схемы ГР.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- в анализе существующих методов расчета гидравлических параметров тече ния жидкости в дросселирующих щелях гидрораспределителя;

- в использовании современных способов расчета гидравлических параметров

течения рабочей жидкости в рабочих щелях ГР с плоским золотником на упругом подвесе и установлении зависимости изменения коэффициента расхода от числа Рейнольдса Re;

- в формировании целостной математической модели ГР, которая описывает

механические и прочностные характеристики, деформации втулок, вследствие которых образуются перекрытия дросселирующих щелей, и регулировочные характеристики, на базе которой сформирована методика расчета основных конструктивных параметров ГР;

- в установлении влияния различных конструктивных параметров и точности

изготовления ГР на его характеристики;

- в применении методов оптимизации при определении конструктивных пара метров ГР. Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

- в разработке программного модуля расчета основных конструктивных пара метров ГР, реализующего методы оптимизации и интерактивное взаимодействие пользователя с компьютером, позволяющего получать варианты решения, что ускоряет расчеты и повышает качество разработки, который внедрен в программный фонд ЦНИИ АГ (приложение 8);

- в определении конструктивных параметров оптимизированного ГР, предна значенного для работы в первом каскаде двух и более каскадном ЭГУ, а также ГР предназначенного для работы в однокаскадном ЭГУ;

- в установлении области применения исследуемого ГР; - в усовершенствовании конструктивной схемы ГР.

На защиту выносятся:

- результаты исследования зависимостей коэффициента расхода открытых и

перекрытых дросселирующих щелей от Re;

- математическая модель ГР;

- результаты исследования влияния основных конструктивных параметров ГР

на его характеристики;

- методика и программный модуль расчета оптимальных конструктивных па раметров ГР;

- результаты определения конструктивных параметров ГР, работающих в ка честве первого каскада в двух и более каскадном ЭГУ, а также в однокас-кадном ЭГУ;

- результат исследования области применения ГР;

новые конструктивные схемы ГР, позволяющие улучшить его характеристи ки.

По материалам диссертационной работы опубликованы две статьи [15, 79J и четыре тезиса докладов на научно-технических конференциях [76 - 78, 80], а также получены два патента на полезные модели (приложения 6 и 7) [104, 105].

Подобные работы
Яровой Андрей Викторович
Методика расчета и обоснование выбора параметров уплотнений рабочих колес радиально-осевых насос-турбин на основе снижения потерь
Зуева Елизавета Юрьевна
Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета
Кашинцева Ольга Альбертовна
Исследование тепломассообменных процессов при обжатии слитка с жидкой сердцевиной и разработка методики расчета
Русакова Людмила Владимировна
Разработка методики и исследование переходных процессов в измерительной части релейной защиты
Пашков Павел Игоревич
Разработка методики статистического управления технологическими процессами на основе исследования взаимодействия показателей качества
Смирнов Сергей Юрьевич
Разработка методик математического моделирования и исследований электрических и тепловых процессов в ограничителях перенапряжений
Мохов Михаил Альбертович
Разработка методики расчета процесса движения трехфазных смесей (нефть - вода - газ) в вертикальных трубах
Осокин Владислав Анатольевич
Математическое моделирование и разработка методики инженерного расчета процесса конденсации в центробежном поле
Чудин Антон Сергеевич
Математическое моделирование и разработка методики инженерного расчета процесса получения гранул методом обкатки
Андрейко Наталья Геннадьевна
Разработка методик и расчеты нестационарных процессов тепломассопереноса в элементах энергооборудования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net