Разработка методов динамического анализа тяжелых машин с гидроприводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.18, кандидат технических наук Андриенко, Павел Александрович

• Андриенко, Павел Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андриенко, Павел Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МАШИН С ГИДРОПРИВОДОМ.

1.1. Постановка задачи исследования.

1.2. Типичные математические модели гидропривода.

1.3. Основные результаты главы.

2. ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МАШИН С ГИДРОПРИВОДОМ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ЭЛЕМЕНТАХ ГИДРОПЕРЕДАЧ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

2.1. Некоторые замечания к уравнениям элементов гидроприводов машин.

2.1.1. Уравнение золотника при неустановившемся режиме движения

2.1.2. Неаддитивность уравне}шя перепада давления по длине трубы

2.2. Простейшая динамическая модель гидросистемы.

2.2.1. Учет сжимаемости рабочей жидкости и газожидкостной смеси.

2.2.2. Учет внутреннего трения рабочей э/сидкости.

2.2.3. Свободные колебания системы.

2.2.4. Дифференциальное уравнение колебаний линеаризованной системы.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МАШИН С ГИДРОПРИВОДОМ.

3.1. Динамическая модель гидропривода. без учета внутреннего сопротивления жидкости.

3.2. Динамическая модель гидропривода. с учетом внутреннего сопротивления жидкости.

3.2.1. Продольные колебания жидкости в трубе.

3.2.2. Приведение масс, податливостей и коэффициентов диссипации.

4. ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИН В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ ПРИ ИДЕАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ ГИДРОПРИВОДА

4.1. Исследование упруго-диссипативных свойств жидкости.

4.2. Динамическое исследование разводного моста.

4.2.1. Кинематическое исследование.

4.2.2. Силовое исследование моста в процессе разводки.

4.2.2. Исследование гидропередачи.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов динамического анализа тяжелых машин с гидроприводом»

Последние несколько десятилетий интенсивно разрабатываются и развиваются многочисленные системы автоматизации объектов авиационной и ракетной техники, технологические и транспортные машины. Машины являются сложными системами, состоящими из нескольких подсистем, называемых функциональными частями [17, стр. 6]. К функциональным частям относятся двигатели (приводы), механическая система, система управления и рабочий процесс. Существует достаточно большой класс машин, в которых применяются разнообразные гидравлические устройства. Это позволяет создавать автоматизированные приводы и системы управления, отличающиеся высокими динамическими характеристиками, точностью и надежностью при сравнительно небольших габаритах и массе.

При изучении динамики машин, как и всегда при выборе динамической модели, исследователя интересуют только те свойства функциональных частей, которые наиболее существенно влияют на исследуемые процессы. Поэтому рассмотрение сложных физических моделей частей машины не всегда является эффективным.

Гидросистема машины зачастую состоит из большого количества элементов. Однако, для описания динамики машины представляется важным создание модели гидросистемы как единого целого. В [20, стр. 9] говорится о том, что современные гидросистемы можно разделить на следующие виды: управляющие системы, используемые в системах управления и регулирования; технологические гидросистемы, обеспечивающие рабочие режимы машин, аппаратов, станков и других устройств.

Настоящая работа посвящена решению одной из задач указанной проблемы, а именно созданию алгоритма формирования динамических моделей тяжелых машин с гидроприводом на примере разводного моста. Тяжелыми мы будем называть машины, у которых приведенная к выходному звену привода масса рабочей жидкости значительно уступает приведенной массе механической системы, и в процессе работы механическая система не проявляет своих упругих свойств. Очевидно, что разводной мост представляет собой тяжелую машину, а его гидросистема должна быть отнесена к технологическим.

Исследованию гидравлических систем и приводов посвящено достаточно большое количество работ [6-9,12,13,18,23,27,28]. В них указывается, что для описания динамических процессов, протекающих в гидросистеме машины, необходимо составить систему уравнений, описывающих поведение каждого гидроэлемента. Необходимо также учитывать свойства жидкости как материала. Все это приводит к созданию в общем случае громоздкой системы нелинейных дифференциальных уравнений. И, если для описания уже существующей системы эти трудности, так или иначе, можно решить, то на стадии проектирования подобных машин, когда возможны рассмотрения различных вариантов, они могут оказаться непреодолимыми.

Для оценки динамики тяжелой машины в целом возникает необходимость создания простых динамических моделей гидросистемы. Итак, целью данной работы является разработка методов формирования динамических моделей тяжелых машин с гидроприводом. Адекватность составленных моделей можно проверить на результатах экспериментальных исследований.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

В первой главе формулируется постановка задачи исследования, рассматривается ряд математических моделей гидропривода, анализируются физические процессы, протекающие в гидросистемах, указываются основные допущения.

Во второй главе составляется динамическая модель гидросистемы разводного моста, исследуется влияние различных физических факторов на динамические процессы. На основании этого обосновываются принятые допущения, строятся гидромеханические аналогии и формируется простейшая модель гидропередачи.

В третьей главе исследуются линеаризованные модели гидропривода с учетом и без учета внутреннего объемного сопротивления в жидкости. Показана плохая обусловленность математической модели, учитывающей местные сопротивления. При учете внутреннего объемного трения в жидкости обосновано рассмотрение колебаний трубопроводов с жидкостью как системы эквивалентных стержней. Получены соотношения для приведения масс, податливостей и коэффициентов диссипации в машине.

В четвертой главе приведены результаты исследований упруго-диссипативных свойств жидкости на специально сконструированном стенде, которые позволяют оценить величину коэффициента объемной диссипации. На примере гидросистемы Троицкого моста в Санкт-Петербурге произведено динамическое исследование машин с гидропередачей. Результаты исследования сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на основе мониторинга. Подтверждена правомерность допущений принятых в результате исследования.

Заключение диссертации по теме «Теория механизмов и машин», Андриенко, Павел Александрович

Выводы. В этой главе приведены результаты экспериментальных исследований упруго-диссипативных свойств рабочей жидкости. Для минерального масла И20 оценено значение коэффициента диссипации. Составлена и изучена динамическая модель гидросистемы Троицкого моста в Санкт-Петербурге. Ее адекватность подтверждена результатами, полученными системой мониторинга моста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на примере разводного моста предложен алгоритм формирования динамической модели тяжелых машин с гидравлическим приводом. При этом исследовании были получены следующие результаты:

1. Разработанные ранее методы формирования динамических моделей машин с гидроприводом не являются универсальными, а предназначены для машин определенных классов (используемых в различных отраслях).

2. В работе предложена динамическая модель гидросистемы разводного моста. Проведено исследование влияния различных физических факторов на динамические процессы в гидросистеме.

3. Исследованием установлено, что на колебательные процессы в гидропередаче не влияют местные сопротивления, а наибольшую роль в них играет внутреннее сопротивление рабочей жидкости.

4. Предложен метод формирования динамических моделей тяжелых машин с гидроприводом. Он основан на аналогии колебаний трубопроводов с жидкостью с продольными колебаниями эквивалентной системы стержней. При этом дано обоснование определения тяжелой машины с гидроприводом. А также получены соотношения, связывающие объем гидросистемы с ее податливостью и внутренним трением в рабочей жидкости.

5. Создан испытательный стенд И1 для определения коэффициента объемной диссипации рабочей жидкости. Для минерального масла И20 экспериментально определено его значение ц/ = 0,007 с.

6. На основании кинематического и силового исследования исполнительного механизма моста и идеальной характеристики насоса создана математическая модель гидропередачи Троицкого моста в Санкт-Петербурге. Использование экспериментальных данных из мониторинга моста подтвердило, что местные сопротивления не влияют на колебательные процессы в гидросистеме, но создают потери напора в 15-20%. Подтверждена адекватность составленной математической модели. Получен диапазон изменения периода свободных колебаний гидросистемы, который составил [2; 6] с.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андриенко, Павел Александрович, 2007 год

1. Андриенко, П.А. О повышении точности измерений диссипативных свойств жидкости на стенде «И1» Текст. / Андриенко П.А., Терешин

2. B.А. // Теория механизмов и машин.: Периодический научно-методический журнал. 2007. - №1(9). Том 5. - С. 51-60.

3. Андронов, А.А. Теория колебаний Текст. / А.А. Андронов, А.А. Витт,3

4. C.Э. Хайкин; Предисл. Л.И. Мандельштама.— Москва : Наука, 1981 .— 568 с.

5. Ащеулов, А.В. Гидравлические приводы разводных мостов раскрывающегося типа: Состояние вопроса, основы расчета и конструирования Текст. / А. В. Ащеулов, А. А. Белов, В. И. Ванинов.— Санкт-Петербург : Изд-во СПбГПУ, 2004 .— 144 с.

6. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы : Учеб. пособие для втузов Текст. / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др .— 2-е изд., перераб .— М.: Машиностроение, 1982 .— 422 с.

7. Башта, Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие Текст. / Башта Т.М. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1971 .— 671 с.

8. Бердников, В.В. Прикладная теория гидравлических цепей Текст. / Бердников В.В. — М.: Машиностроение, 1977 .— 192 с.

9. Боголюбов, Н.Н. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний Текст. / Н.Н. Боголюбов, Ю.А. Митропольский .— 4-е изд., испр. и доп .— Москва : Наука, 1974 .— 503 с.

10. Вейц, B.JI. Динамика управляемых машинных агрегатов Текст. / B.JI. Вейц, М.З. Коловский, А.Е. Кочура .— М.: Наука, 1984 .— 351 с.

11. Гамынин, Н.С. Гидравлический привод систем управления : Учеб.пособие для вузов Текст. / Гамынин Н.С. — Москва : Машиностроение, 1972 .— 376 с.

12. Динамика гидропривода Текст. / Б.Д. Садовский, В.Н. Прокофьев, В.К. Кутузов и др.; Под ред. В.Н. Прокофьева.— Москва : Машиностроение, 1972 .— 288 с.

13. Динамика машин и управление машинами: Справочник Текст. / В.К. Асташев, В.Н. Бабицкий, И.И. Вульфсон и др.; Под ред. Г.В. Крейнина. М.; Машиностроение, 1988. 240 с.

14. Кожевников, С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин Текст. / С.Н. Кожевников, В.Ф. Пешат .— М. : Машиностроение, 1973 .— 359 с.

15. Коловский, М.З. Динамика машин Текст. / М.З. Коловский .— Ленинград : Машиностроение, 1989 .— 263 с.

16. Коробочкин, Б.Л. Динамика гидравлических систем станков Текст. / Б.Л. Коробочкин.— М.: Машиностроение, 1976 .— 240 с.

17. Объемный регулируемый гидропривод мобильных машин. Параметры ихарактеристики рабочих процессов: Учебное пособие Текст. / В.Ф. Крамской, М.И. Самойлова, А.И. Тархов; Под общей ред.

18. A.И. Тархова.- Тюмень: ТюмГНГУ, 1998.- 128 с.

19. Попов, Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем : Учеб. для вузов Текст. / Д.Н. Попов .— 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1987 .— 464 с.

20. Прокофьев, В.Н. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод Текст. / В.Н. Прокофьев, Ю.А. Данилов, JI.A. Кондаков и др. ; Под ред.

21. B.Н. Прокофьева.— Москва : Машиностроение, 1969 .— 495 с.

22. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ Текст. / [ЕЛО. Малиновский [и др.]] ; под ред. ЕЛО. Малиновского .— М.: Машиностроение, 1980 .— 216 с.

23. Тархов, А.И. Приводы траншейных экскаваторов / Н.Н. Карнаухов,

24. А.И. Тархов .-М.: Недра, 1999.-381 с.

25. Тархов, А.И., Самойлова М.И., Крамской В.Ф. Объемный регулируемый гидропривод мобильных машин. Параметры и характеристики рабочих процессов. Учебное пособие Текст. / Под общей ред. А.И. 'Гархова -Тюмень: ГНГУ, 1998г.- 128 с.

26. Штеренлихт, Д. В. Гидравлика. Кн.1 : Учебник для вузов : В 2 кн29

27. Текст. .— 2-е изд., перераб. и доп .— М. : Энергоатомиздат, 1991 .— 350с.

28. Яковлев, Н.А. Основы гидравлического расчета насосных установок и гидроприводов : Учеб.пособие Текст. / Яковлев Н.А. ; СПбГТУ .— Ленинград, 1982 .— 80 с.