На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Наука для практики

01.01.2009 Повышение энергоэффективности работы сервораспределителя гидронавесной системы трактора

 

Повышение энергоэффективности работы сервораспределителя гидронавесной системы трактора

 

Для управления рабочими механизмами в мобильных машинах сегодня используются в основном электрогидравлические распределительные устройства. Их главная функция – подвод и отвод определенного количества рабочей жидкости. Основными требованиями, предъявляемыми к гидроприводу при автоматическом управлении навесным устройством, являются быстродействие, плавность, возможность бесступенчатого регулирования скорости и энергоэффективность, которую можно оценить, например, через энергозатраты.

 

Перечисленные выше показатели во многом зависят от конструкции распределителя, преобразующего электрические сигналы от микропроцессора в исполнительные движения поршня силового гидроцилиндра, кинематически связанного с рабочим органом. Однако важным при проектировании указанных устройств является вопрос повышения их энергоэффективности, вследствие чего возникает необходимость в предварительной оценке конструкции, структуры и параметров динамической системы сервораспределителя.

Понятие «серво» – довольно разностороннее. Чаще всего оно обозначает функцию, при которой маленький входной сигнал вызывает образование большого выходного сигнала [1]. Двухкаскадный сервогидравлический распределитель, управляемый электрическим сигналом на первом каскаде, при функционировании в составе гидросистемы мобильного агрегата гидравлически связан с питающим насосом и осуществляет на втором каскаде перераспределение потока рабочей жидкости между ним и потребителями согласно заданному алгоритму управления. Через второй каскад усиления в нагрузочных режимах проходят большие потоки рабочей жидкости, поэтому необходимы сравнительный анализ количества ее потребления и определение путей его снижения в условиях наличия допустимых утечек. Для этого разработана математическая модель функционирования объекта с последующей ее реализацией в среде программирования – «Borland С++ Builder».

Математическая модель представляет объект в виде суммы конструктивных элементов. Она предполагает:

– выбор параметров установившегося режима, действующих возмущений и неизвестных переменных, подлежащих определению;

– составление дифференциальных уравнений, описывающих несвободное движение элементов определенной массы под действием внешних факторов (давление рабочей жидкости, управляющее воздействие электромагнитов), алгебраических уравнений движения потоков рабочей жидкости, а также нарастания токов с учетом индукции в обмотках электромагнитов и запаздывания в измерительном контуре;

– составление уравнений связи между неизвестными величинами (уравнения сохранения энергии, неразрывности потока и др.);

– выбор начальных условий, определяющих положение или состояние динамической системы непосредственно перед началом возмущения;

– линеаризацию дифференциальных и алгебраических уравнений с целью их совместного численного решения;

– анализ влияния различных параметров на динамические свойства системы (влияние массы, различных упругостей, коэффициентов усиления, демпфирования, учет энергозатрат гидросистемы) [2].

Выполненная идентификация разработанной модели по изготовленному перспективному образцу электрогидравлического сервораспределителя подтвердила адекватность модели по критерию Фишера [3].

С учетом приведенных выше критериев предложено модернизировать конструкцию делителя потока путем введения дополнительного структурного элемента – клапана форсировки. В этом случае вычислительные реализации процесса изменения давления в насосе представлены на рис. 1.

 

 

Мы видим, что в первом случае гидросистема функционирует более напряженно, поскольку подключения питающего насоса происходят чаще и с меньшей амплитудой, что приводит к «гудению» насоса и непроизводительному дросселированию рабочей жидкости. В свою очередь, это вызывает повышение энергозатрат на работу гидросистемы. Их можно оценить по общей формуле:

 

А = p1Qt,

(1)

где р1 – давление насоса;

Q – величина потока рабочей жидкости;

t – время реализации процесса.

На рис. 2 изображены те же процессы, что и на рис. 1, только в более развернутом виде. Для наглядного восприятия вычислительные реализации процессов расположены друг под другом таким образом, чтобы начало координат у них совпадало.

 

 

На рис. 2 мы видим, что период срабатывания базового сервораспределителя намного короче, чем у перспективного. Если обозначить периоды соответственно Т1 и Т2, то за период Т2 произойдет 12 срабатываний с периодом Т1. Следовательно, тогда формула (1) примет вид:

Абаз = 3 080 000 × 0,0011 × 5 = 16 940 Дж,

Аперсп = 8 810 000 × 0,0011 × 5 = 48 455 Дж.

(2)

С учетом количества срабатываний за время t получим:

Абаз = 16 940 × 12 = 203 280 Дж,

Аперсп = 48 455 × 1 = 48 455 Дж.

(3)

Соотношение величин равенства (3) позволит оценить энергоэффективность работы сервораспределителя по вариантам конструкционного исполнения:

(4)

Практические расчеты показали, что соотношение (4) равно 4,2.

Следовательно, повышение энергоэффективности перспективного образца сервораспределителя возможно путем снижения энергозатрат более чем в 4 раза по сравнению с базовым образцом. Такое снижение энергозатрат оказалось возможным при введении в конструкцию делителя потока клапана форсировки, что уменьшает непроизводительное дросселирование рабочей жидкости и снимает возникающую при этом напряженность функционирования сервораспределителя в составе гидросистемы.

 

Сергей ГОРАВСКИЙ, соискатель ГНУ «Объединенный институт машиностроения» НАН Беларуси

 

Литература

1. Дерр Х. Пропорциональная техника и техника сервоклапанов: учебник и справочник по гидравлическим пропорциональным клапанам и сервоклапанам, а также электронным компонентам контуров регулирования – ХИДАК, Маннесманн-Рексрот ГмбХ, Лор на Майне, 1986.

2. Строк Е. Я., Бельчик Л. Д., Горавский С. Л., Александрова Т. Л. Многофакторный анализ функционирования регулятора электрогидравлической системы управления навесным устройством мобильной машины // Машиностроение и техносфера XXI века: материалы науч.-техн. конф., Севастополь, 15–20 сент. 2008 г.: в 4 т. / М-во обр. и науки Украины, Донецк. нац. техн. ун-т. – Донецк: ДонНТУ. – 2008. – т. 4. – С. 307–310.

3. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 280 с.

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком