Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие систем приводов стендов ресурсных испытаний объёмных гидравлических машин 9
1.1. Анализ развития систем приводов испытаний объёмных гидромашин 11
1.2. Диссипативные системы стендов испытаний объёмных гидромашин 12
1.2.1. Стенд для испытания гидронасоса с использованием в качестве нагрузки дросселирования гидравлического потока напорной магистрали 13
1.2.2. Стенд для испытания высокомоментного гидромотора с использованием в качестве нагрузки аналогичной гидромашины 16
1.2.3. Стенд для проведения форсированных испытаний гидромотора с использованием дросселирования гидравлического потока сливной магистрали 18
1.2.4. Стенд для проведения форсированных испытаний поршневых гидромоторов с использованием нагрузки напорной магистрали дополнительным источником расхода 20
1.2.5. Стенд для испытаний гидравлических моторов с использованием в качестве нагрузки маховой массы 23
1.2.6. Стенд для испытаний гидравлических машин с использованием нагрузки в виде механических или жидкостных тормозных устройств 25
1.3. Рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидравлических машин 27
1.3.1. Стенд для испытаний нерегулируемых гидромашин с одинаковыми рабочими объёмами, электромеханическим приводом и нагрузкой напорной магистрали дополнительным источником расхода 28
1.3.2. Стенд для испытаний нерегулируемых гидромашин с одинаковыми рабочими объёмами, гидромеханическим приводом и нагрузкой напорной магистрали дополнительным источником расхода
1.3.3. Стенд для испытаний регулируемых гидромашин с нагрузкой напорной магистрали за счет разницы рабочих объёмов испытываемых гидромашин 34
1.3.4. Стенд для испытаний нерегулируемых гидромашин с различными рабочими объёмами и нагрузкой напорной магистрали за счёт дросселирования её потока рабочей жидкости 36
1.3.5. Стенд для испытаний нерегулируемых гидромашин с различными рабочими объёмами и нагрузкой напорной магистрали за счёт передаточного отношения механического редуктора 38
1.3.6. Стенд для испытания реверсивной обратимой гидромашины с нагрузкой напорной магистрали за счёт частичного дросселирования потока рабочей жидкости 41
1.3.7. Стенд для испытаний регулируемых гидромашин с рекуперацией энергии путем использования электрических машин 43
1.3.8. Рекуперация тепловой энергии дросселируемого потока рабочей жидкости 45
1.4. Выводы по главе 47
1.5. Постановка проблемы, цель и задачи исследования 48
Глава 2. Моделирование рекуперативной гидромеханической системы привода стенда испытаний объемных гидравлических машин с различными объёмами вращательного действия 50
2.1. Моделирование электромеханической системы стенда испытаний гидромашин 52
2.2. Моделирование гидромеханической системы привода стенда испытаний гидромашин 59
2.2.1 Модель упруго-диссипативного состояния элементов участков гидропривода 60
2.2.2. Моделирование рекуперативной гидромеханической системы привода стенда испытаний объёмных гидромашин вращательного действия...67
2.2.3. Моделирование системы пневмогидроаккумулятора, позволяющего снижать скорость роста давления напорной магистрали стенда при выходе его на заданный уровень давления рабочей жидкости 80
2.3. Выводы по разделу 84
Глава 3. Теоретические исследования систем испытательных стендов гидромашин 86
3.1. Диссипативные системы приводов стендов испытаний гидравлических машин 86
3.2. Рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидромашин с постоянными рабочими объемами вращательного действия 98
3.3. Рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидромашин с переменными рабочими объемами вращательного действия 111
3.4. Методика проектного расчета рекуперативной системы стенда для испытаний объёмных гидравлических машин вращательного действия. 117.
3.5. Рекомендации к методике проведения испытаний объемных гидравлических машин с различными рабочими объемами 120
Глава 4. Экспериментальное исследование рекуперативной гидромеханической системы привода стенда испытаний объёмных гидравлических машин 123
Общие выводы 127
Список использованных источников
- Стенд для испытания высокомоментного гидромотора с использованием в качестве нагрузки аналогичной гидромашины
- Моделирование гидромеханической системы привода стенда испытаний гидромашин
- Рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидромашин с постоянными рабочими объемами вращательного действия
- Рекомендации к методике проведения испытаний объемных гидравлических машин с различными рабочими объемами
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Системы приводов машин и агрегатов на основе объёмных гидравлических машин широко используются в различных отраслях промышленности. Одним из важнейших способов подтверждения надежности гидромашины являются её ресурсные испытания, при которых испытываемый объект подвергается нагрузкам, энергетические показатели которых равны либо превышают, нагрузку гидромашины в номинальном режиме её работы. Существуют различные способы создания нагрузки гидромашин, основанные на использование диссипативных сил, дополнительных источников расхода рабочей жидкости, сил инерции и пр., что делает процесс проведения испытаний весьма ресурсоёмким. При проведении стендовых испытаний полезная работа не выполняется, следовательно, мощность потребляемую приводом стенда следует по возможности снизить. Рядом авторов предлагались рекуперативные системы приводов стендов, позволяющие как создавать нагрузку, так и возвращать часть энергии обратно в систему испытаний, которые к настоящему времени изучены недостаточно.
Таким образом, вопросы, связанные с исследованием, проектированием и расчётом рекуперативных систем приводов испытательных стендов объемных гидравлических машин являются актуальными и своевременными. Целью работы является повышение эффективности рекуперативной системы привода стенда испытаний объемных гидравлических машин за счёт усовершенствования теории и методики её расчёта и проектирования. Задачи исследований. Для достижения поставленной в работе цели было необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать существующие типы приводов стендов проведения ресурсных испытаний объёмных гидромашин.
На основе анализа существующих типов систем приводов испытательных стендов, разработать рекуперативную систему привода испытаний объемных гидравлических машин, рабочие объемы которых в процессе испытания могут быть различными.
Создать конструкцию стенда испытаний объемных гидравлических машин, рабочие объемы которых в процессе испытания могут быть различными.
Получить математическую модель рекуперативной системы привода испытаний гидравлических машин, рабочие объемы которых в процессе испытания могут быть различными.
Экспериментально исследовать влияние свойств элементов рекуперативной системы привода на качества переходных процессов и энергетические показатели проведения испытаний.
Экспериментально исследовать влияние технологических и конструктивных параметров гидравлического привода на основе аксиально-поршневых машин на эксплуатационные свойства предлагаемой системы.
Используя результаты теоретических и натурных исследований разработать методику расчётов при проектировании и дать рекомендации по использованию рекуперативной системы привода испытаний объемных гидравлических машин.
Предмет исследования. Рекуперативная электро- гидромеханическая система привода стенда испытаний объемных гидравлических машин. Методика исследований. Выполненные в работе исследования основываются на использовании положений и методов теоретической и аналитической механики, электротехники, гидродинамики, теории упругости, численных методов
решения дифференциальных уравнений, а также методов экспериментальной
механики и имитационного моделирования.
Научная новизна работы заключается в том, что автором:
Разработана математическая модель рекуперативной электрогидромеханической системы стенда для испытаний объемных гидравлических машин с различными рабочими объёмами на основе учёта упруго-диссипативного состояния её элементов, что позволило осуществить теоретические исследования системы и выявить влияние основных конструктивных и функциональных параметров системы на процесс её функционирования (п.п. 1,2).
Определено влияние конструктивных и функциональных параметров элементов электро-гидромеханической системы привода на показатели энергетической эффективности её работы, что позволило произвести проектирование моделируемой системы с теоретически обоснованными параметрами (п. 2).
Разработана методика проектного расчёта рекуперативной системы стенда для испытаний объемных гидравлических машин вращательного действия (п. 2). Практическая ценность и реализация результатов работы.
Предложенная система привода стенда испытаний объемных гидравлических машин вращательного действия с различными рабочими объёмами позволяет уменьшить производственные и эксплуатационные затраты проведения испытаний.
Разработана методика моделирования параметров рекуперативной системы стенда испытаний гидравлических машин вращательного действия с различными рабочими объёмами, позволяющая повысить его эффективность.
Разработаны рекомендации к методике проведения испытаний объемных гидравлических машин с различными рабочими объёмами, позволяющие выявлять влияние различных функциональных параметров испытываемого объекта на динамику работы предлагаемой системы.
Результаты работы приняты к применению на заводе ООО «СП«Донпрессмаш», г. Азов, а также реализованы в виде испытательного стенда, который используются на предприятие 000 «НПП Степь», г. Ростов-на-Дону. Суммарный ожидаемый экономический эффект составляет 540 тысяч рублей в год. Апробация работы. Основные положения исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Инновационные технологии в машиностроении», Ростов-на-Дону, 2009; «Перспектива 2010», Нальчик; «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» Ростов-на-Дону, 2010; «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии», Ростов-на-Дону, 2011; «Транспорт-2011», Ростов-на-Дону; ежегодных конференциях ДГГУ в 2009...2011 годах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе три в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 108 наименований, имеет 67 рисунков, 7 таблиц, основной текст диссертации изложен на 146 страницах машинописного текста, приложений на 43 страницах.
Стенд для испытания высокомоментного гидромотора с использованием в качестве нагрузки аналогичной гидромашины
Одним из наиболее простых способов создания нагрузок на испытываемом объекте является использование нагружающих элементов, основанных на эффектах диссипации энергии. При данном методе, практически вся мощность, которой нагружается гидромашина, посредствам процессов теплообмена отдается в окружающую среду. Такими системами могут служить различной конструкции дросселирующие устройства (регулируемые дроссели, предохранительные, напорные клапаны и т.д.). Как будет показано далее, различные конструкции стендов испытаний гидромашин, в которых используется данный принцип нагружения, в значительной степени невыгодны с позиции эффективности использования энергии (энергоэффективности). Можно отметить также что системы, в которых испытываются гидромашины большой мощности, требуют значительных производственных площадей и высококвалифицированного персонала.
Стенд работает следующим образом: от источника энергии по средствам испытываемого гидравлического насоса 1 энергия вращения его вала передается энергоносителю гидравлической системы (рабочей жидкости) которая подается в напорную магистраль стенда 3 через нагрузочный клапан 6, где после дросселирования передается на двухпозиционный гидрораспределитель 8, фильтр 7 и теплообменный аппарат 5 в бак 11.
Давление на выходе из насоса изменяется путем регулирования нагрузочного клапана, в качестве которого обычно применяется предохранительный клапан с номинальным расходом, соответствующим производительности испытываемого гидронасоса. Реже для нагружения гидронасоса используется регулируемый дроссель, который устанавливается вместо клапана 6. Однако при применении в качестве нагрузки дросселя необходимо иметь в виду, что падение давления на нем зависит от вязкости рабочей жидкости и расхода ее через дроссель, вследствие чего при изменении температуры жидкости или производительности гидронасоса нагрузка на испытываемой гидравлической машине может колебаться в значительных пределах. Рост давления, ограничиваемый предохранительным клапаном, мало зависит от вязкости и расхода рабочей жидкости и поэтому режим работы системы нагружения в этом случае более стабилен.
Для предохранения гидросистемы от непредвиденного повышения давления в схеме предусмотрен предохранительный клапан 4. Измерение перепада давления на насосе производится при помощи манометров 2 и 12, а производительность насоса измеряется при помощи распределителя рабочей жидкости 8 с электромагнитным управлением, который может направлять рабочую жидкость в измерительный бак 9.
Стенд оборудуется фильтрующей установкой 7, поскольку во время испытания, особенно нового насоса, при приработке деталей в гидравлическую систему поступает большое количество продуктов износа и продуктов, оставшихся после механической обработки деталей и не удаленных промывкой. Предохранительный клапан 10 предохраняет систему в случае засорения фильтрующих элементов. В приведённом выше описании стенда для испытания насосов с созданием нагрузки при помощи предохранительного клапана или дросселя показаны принципиальные особенности стендов данного типа. В конкретных условиях схема стенда может несколько отличаться от представленной схемы (см. рис. 1.1). Так, изменение давления при помощи предохранительного клапана или дросселя может производиться не вручную, а по заданному закону управления. Ступенчатое изменение давления с различной выдержкой времени можно производить при помощи нескольких предохранительных клапанов, управляемых электромагнитами от реле времени или компьютера. Для измерения расхода жидкости вместо мерного бака и золотников могут применяться расходомеры и счетчики расхода жидкости. Для измерения числа оборотов насоса, температуры рабочей жидкости, уровня жидкости в баке, стенд оборудуется соответствующей измерительной аппаратурой. Для определения механического к.п.д. насос должен иметь балансирное исполнение или приводиться во вращение балансирной электрической машиной постоянного тока. В случае использования электрических машин постоянного тока (либо различной конструкции вариаторов) появляется возможность испытывать насос при различных скоростях вращения его ротора.
На стенде могут испытываться не только регулируемый нереверсивный гидронасос, как показано на рисунке 1.1, но и нерегулируемые реверсивные гидронасосы. При изменении направления потока жидкости в системе необходимо предусмотреть распределитель гидравлического потока, который меняет местами всасывающую и напорную магистраль испытательного стенда.
Стенд имеет простую конструкцию и позволяет проводить различного рода испытания гидронасосов со снятием требуемых характеристик. На стенде можно испытывать гидравлический насос на ресурс или проводить заводские контрольные испытания. Недостатком используемой в стенде системы нагружения является её низкая энегроэффективность, связанная с большим выделением тепла при дросселировании рабочей жидкости, и, следовательно, громоздкость охлаждающих устройств, ограничивает область её применения.
Моделирование гидромеханической системы привода стенда испытаний гидромашин
Известно [70], что электромагнитный момент для двухфазной двухполюсной идеализированной машины может быть рассчитан по выражению: МЭд = - -[ х7Г], (2.5) В выводе которого мнимая часть скалярного произведения модулей векторов, умноженных на синус угла между ними представляется как векторное произведение. Тогда, если представить векторы потокосцеплений V и токов / роторной и статорной обмоток в виде разложения в обмоток статора и ротора соответственно; со0 — угловая скорость синхронной частоты вращения поля статора; 0)г - угловая скорость вращения ротора (вала) асинхронного соответствующей ортогональной системе координат х - у, можно записать следующие уравнения: - потокосцепление статора и ротора, разложенное в ортогональной системе х-у; Ulx и Uly - напряжение, приложенное к обмоткам статора, разложенное в ортогональной системе х-у; гг и г2 - сопротивление электродвигателя; Zp - число пар полюсов электродвигателя; Д= Lx L2 — LQ - промежуточная функция, где: Lx и L2 - индуктивность обмоток статора и взаимная индуктивность между роторной обмоткой (одной фазой) и статорными обмотками (всеми фазами), и L0 - индуктивность рассеяния роторной обмотки; Um = 220 В - напряжение в фазовой цепи; Мэд -крутящий момент, передаваемый электродвигателем на вал I механической системы; t - время. Таким образом, предварительно рассчитав параметры схемы замещения асинхронного двигателя по справочным данным [70], возможно рассчитать по значению электромагнитного момента значение мощности в зависимости от угловой скорости вращения ротора электродвигателя.
Вследствие того, что механическая передача 2 может быть выполнена в различных конструктивных исполнениях (клиноременная, зубчатая и т.д.), в зависимости от мощности нагрузки испытываемых гидромашин и конструкции стенда, пренебрежем её упругими свойствами с целью упрощения расчета и моделирования. Изменение частоты вращения во времени для соответствующих валов системы привода стенда испытаний объёмных гидравлических машин определим по уравнениям: dt jm V где o 2- угловая скорость вращения вала гидравлического насоса; щ — угловая скорость вращения вала гидравлического мотора; YMu ТМп и Y№m суммы крутящих моментов, приведенные к соответствующим валам; Jit J\\ и Jm -значения центральных приведенных моментов инерции к соответствующему валу. Суммы крутящих моментов, для рассматриваемой системы, запишем в следующих выражениях: где: МАд - крутящий момент, создаваемый главным приводом системы (асинхронным двигателем), рассчитываемый из системы уравнений (2.12); Мгн - момент сопротивления вращения вала испытуемого гидравлического насоса (знаком «-» в уравнениях (2.16)-(2.18) учитывается противоположное направление действия момента сопротивления вращению активным моментам системы); Мнп - момент сопротивления вращению вала насоса подпитки сливной магистрали стенда, записанный с учетом направления действия его сил (так как обычно гидравлические насосы оснащены насосом подпитки всасывающего канала, и конструктивно его вал механически (без редуктора) соединен с валом напорного насоса, сумма моментов Мгн и Мнп записывается совместно); Мгм - момент, создаваемый испытуемым гидравлическим мотором; і± и і2 — соответственно передаточные отношения механических передач 1 и 2, которые задаются из соотношений (2.19) и (2.20): Уш = (УАД +Уа) h2 h2 +Jd +Угм + (/нп +Угн + h +Ус) " Я\ (2.23) в которых: /Ад — центральный момент инерции ротора асинхронного электродвигателя АД; /гн - центральный момент инерции ротора испытуемого гидронасоса; JYM - центральный момент инерции ротора испытуемого гидромотора; JaJb Jc и Jd центральные моменты инерции соответствующих шкивов системы (смотри рис. 2.1).
В случае необходимости учета упруго-диссепативных свойств механической передачи, руководствуясь известными методиками [70,78], выражения (2.16)-(2.18) позволяют проводить учет их влияния.
Задаваясь в уравнениях (2.13) - (2.23) значениями соответствующих центральных моментов инерции, передаточными отношениями механических передач 1 и 2, и решая её совместно с системами уравнений, определяющих крутящие моменты, создаваемые асинхронным электродвигателем, испытуемым гидравлическим насосом, его насосом подпитки и испытуемым гидравлическим мотором, возможно найти значения мощностей, передаваемых рассматриваемыми передачами, произвести выбор их типа, а также провести расчет конструктивных параметров по известным методикам [4,78].
Рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидромашин с постоянными рабочими объемами вращательного действия
На рисунке 3.4. представлены результаты расчетов расходов рабочей жидкости испытываемого гидронасоса и нагрузочной системы, анализ значений которых показывает, что в рассматриваемой конструкции предохранительного клапана поток, создаваемый испытываемым гидронасосом, делится на два потока - потока управления клапаном позиции 4, проходящего через калиброванные отверстия системы (рисунка 2.7) и расхода рабочей жидкости через клапан третьего каскада (поз. 2 рисунка 2.7). Причем, основным потоком, несущим большую часть энергии является кривая 2 рассматриваемого рисунка. Необходимо отметить, что характер изменения их величины при переходных процессах в значительной степени зависит от геометрических параметров системы, определяющих силы, действующие на запорно - регулирующие элементы. При рассматриваемом управлении клапан работает следующим образом: - во время от 0 до 1 секунды: клапан управления 4 (рисунок 3.1) открыт; поток рабочей жидкости проходит через калиброванные отверстия системы и дросселируясь сливается в бак, причем клапан первого каскада (поз. 4, рисунок 2.7) остается закрытым, вследствие того, что результирующий вектор действия суммы сил в большей степени определяется силой сжатой пружины 5; результирующий вектор действия суммы сил запорно-регулирующих элементов 1 и 2 в большей степени определяется перепадом давления между напорной и сливной магистралью стенда и силой воздействия сжатой пружины 3. Как показывают результаты расчетов, приведенных на рисунке 3.7. в рассматриваемый момент времени перемещения клапана второго и третьего каскадов совпадают друг с другом, что объясняется незначительной величиной реактивной составляющей сил, действующей на клапан третьего каскада при текущем значении давления рабочей жидкости в подклапанной полости. - во время от 1 до 2 секунд: мгновенное перекрытие потока рабочей жидкости клапаном управления позиции 4 (рисунка 3.1) приводит к выравниванию перепада давления на калиброванных гидравлических сопротивлениях предохранительной системы, что приводит к тому, что на некоторый момент (примерно 0,04 с) результирующий вектор действия сумм сил всех соответствующих клапанов направлен на их закрытие, что приводит к перекрытию потока рабочей жидкости между полостями р\ и /?10. Поток рабочей жидкости, поступающий от насоса в напорную магистраль стенда, вызывает рост давления в ней, что приводит к росту всех величин приведенных объёмных жесткостей системы, примерами которого могут служить результаты расчета, изображенные на рисунке 3.6. Как только силы, определяемые перепадом давления, действующие на клапан первого каскада, станут превышать силу его сжатой пружины, происходит открытие данного клапана. Открытие клапана первого каскада приводит к созданию достаточного перепада давления, необходимого для открытия клапана второго каскада, что приводит к увеличению расхода рабочей жидкости, поступающей в подклапанную полость рі. В рассматриваемый момент времени наблюдается незначительное запаздывание открытия клапана третьего каскада, что приводит к созданию максимального давления разгрузки в напорной магистрали стенда, необходимого для его открытия. После открытия клапана третьего каскада на него начинает действовать реактивная сила действия потока рабочей жидкости, которая, в совокупности с действующими силами перепада давления и сил трения позволяют ему оставаться открытым и обеспечивать условие открытия клапана второго каскада. Это обстоятельство позволяет компенсировать пульсацию давления в полости р5 (рисунок 3.5, 3,7) за счет соответствующего самостоятельного перемещения клапана второго каскада, возникающую вследствие необходимой высокой жесткости пружины 5. - во время более 2 секунд: в начальный момент времени происходит мгновенное открытие клапана поз. 4 рисунка 3.1, и удержание его в данном положении на протяжении дальнейшего времени, что приводит к соединению полости рб канала управления со сливной магистралью стенда и резкой разгрузке системы по давлению, после чего все клапаны находятся в аналогичном состоянии, описанном для времени от 0 до 1 секунды.
На рисунке 3.6. представлены результаты расчетов двух характерных текущих значений коэффициентов приведенных объемных жесткостей, соответствующих полости предохранительной системе в расчетной точке р5 (рисунка 2.7) и напорной магистрали стенда (рисунок 3.1). Данные приведенные объемные жесткости имеют отличительные характерные черты, определяемые объемами и свойствами материалов, входящих в их состав. Приведенная объемная жесткость напорной магистрали стенда имеет относительно малое значение, вследствие того, что объем ее относительно велик и при моделировании использовалось значение модуля упругости материала стенки, соответствующее его значению для рукавов высокого давления, причем изменением объёмов при моделировании пренебрегалось. Коэффициент приведенной объемной жесткости полости предохранительной системы, в соответствующий расчетной точке р5 (рисунка 2.7), имеет относительно высокое значение, вследствие того, что объем его составляющих относительно мал и при моделировании использовалось значение модуля упругости металлической стенки, причем учитывалось изменение объёмов материалов, входящих в её состав, определяемое относительным перемещением исполнительных элементов. Однако можно отметить, что скорость роста давления в обеих приведенных объемных жесткостях значительно не отличается. Это происходит вследствие того, что скорость роста давления в значительной степени зависит от величин суммарных входящих и исходящих в нее расходов рабочей жидкости за время dt. Таким образом, основное влияние на величину нагрузки испытываемого объекта оказывает нагрузочное предохранительное устройство. Вследствие этого, нагрузка, создаваемая дросселирующими (диссипативными) устройствами должна быть по возможности снижена. Как известно, мощность потока рабочей жидкости прямо пропорциональна произведению перепада давления на гидравлическом сопротивлении и расхода рабочей жидкости, проходящего через его живое сечение. Перепад давления определяет заданную нагрузку на испытываемой гидромашине и снижать его значение представляется невозможным (т.к. он задается методикой испытаний). Существуют различные методики проведения испытаний, при которых исследуемые объекты нагружаются статическими и динамическими нагрузками, не требующие обеспечение больших значений расхода рабочей жидкости, проходящей через нагрузочное дросселирующее устройство. Данные методики, при проведении испытаний отдельных элементов гидромашины, в значительной степени усложняются проведением большого количества испытаний с целью статистической оценки их достоверности, так как нагрузка на испытываемом объекте только в некоторой степени соответствует реальному режиму их работы. Таким образом, идеальными условиями проведения испытаний является их проведение в составе сборочной единицы, работающей в реальных условиях. Следовательно, снижение потерь энергии при использовании дросселирующих устройств необходимо проводить по расходу рабочей жидкости, проходящей через него в совокупности с обеспечением параметров нагружения гидромашин, соответствующих методике проведения испытаний.
Как следует из анализа, проведенного в первой главе, Наиболее перспективными системами испытаний, с точки зрения энергетической эффективности, являются рекуперативные системы приводов стендов испытаний гидромашин, теоретический анализ которых показан в следующем разделе представленной главы.
Рекомендации к методике проведения испытаний объемных гидравлических машин с различными рабочими объемами
Данный стенд предназначен для проведения испытаний объёмных гидравлических машин вращательного действия, рабочие объёмы которых могут меняться в процессе испытаний.
Согласование рабочих объемов, а также условия выхода системы на рекуперативный режим обеспечиваются за счет величины передаточного отношения механической передачи, связывающей валы испытываемых гидравлических машин.
Эффективность стенда в значительной степени зависит от величины расхода рабочей жидкости, проходящей через предохранительную (нагрузочную) систему стенда, которая определяется установленным значением передаточного отношения механической передачи, соединяющей валы испытываемых гидромашин.
Передаточное отношение механической передачи 2 должно быть выбранным таким, чтобы на протяжении этапов испытаний его величина (соответственно расхода рабочей жидкости, превышающего потребляемый расход гидромотора) могла компенсировать утечки и перетечки рабочей жидкости в рабочих каналах испытываемых гидромашин между их напорными и сливными магистралями, а также расход рабочей жидкости, обеспечивающий стабильную работу предохранительной системы, так как при малых величинах расхода потока рабочей жидкости через нее наблюдается вибрационная нагрузка системы испытаний, что негативно скажется на определяемых параметрах испытываемых объектов.
В качестве подводящей гидроаппаратуры напорной и сливной магистралей стенда рекомендуется применять рукава высокого давления, которые в некоторой степени служат демпфирующими элементами системы, что позволяет создавать более мягкие режимы нагружения гидромашин.
В качестве главного привода системы рекомендуется применять асинхронные машины, так как энергия, потребляемая данным видом привода, зависит от создаваемой нагрузки вращению его вала. При необходимости изменения угловых скоростей вращения валов испытываемых гидромашин можно использовать различного рода вариаторы, установленные вместо механической передачи 1, что позволит совместить достоинства работы асинхронного электродвигателя с необходимыми требованиями к частотному управлению вращению валов испытываемых гидромашин. Также возможно использовать частотное управление угловой скоростью вращения вала электродвигателя.
В качестве предохранительной системы напорной магистрали стенда рекомендуется использовать клапаны непрямого действия, обладающие хорошей глубиной регулирования нагрузочных параметров системы.
Механическая передача удовлетворительно осуществляет свои функции при использовании клиноременных передач, отличающихся не дорогой их стоимостью и легкостью замены в случае её неисправности. Также клиноременная передача, как и рукава высокого давления, служит демпфером колебаний передаваемых мощностей. Необходимо отметить, что мощность, передаваемая клиноременной передачей равна рекуперируемой мощности, т.е. мощности, соответствующей создаваемому крутящему моменту гидромотора в среднем равная от 60 до 85 % от мощности нагрузки гидронасоса, в связи с этим, конструкторский расчет должен осуществляться особенно тщательно, также как и сборка её конструкции.
При проведении ресурсных испытаний гидравлических насосов и гидравлических моторов объемные коэффициенты полезного действия гидромашин могут изменяться не в равной степени, что может привести к увеличению дросселируемого потока рабочей жидкости вследствие перетечек рабочей жидкости в каналах гидромашин, и как следствие, снижению эффективности работы стенда.
Для обеспечения стабильного режима нагружения рекомендуется использовать теплообменные аппараты, с целью исключения влияния действия температурного фактора. Изменение параметров рабочей жидкости может также привести к нестабильной работе предохранительной системы и, как следствие, к возникновению ударных нагрузок. Также рекомендуется использовать «отстоянные» рабочие жидкости, с целью снижения процентного содержания нерастворенного в них воздуха, так как они могут привести к возникновению кавитации.
При проектировании станины необходимо предусматривать возможность установки виброопор, которые обеспечат снижение её вибрационных нагрузок, а также соответствующих защитных экранов, закрывающих рабочие органы стенда во время его работы, т.к. при возможных поломках создается угроза нанесения травм обслуживающему персоналу вследствие высоких мощностей, циркулирующих в рекуперативной гидромеханической системе стенда.
Давление зарядки пневмогидроаккумулятора рекомендуется принимать равным 60-70% от давления, на которое настроен на открытие предохранительный клапан низкого давления сливной магистрали стенда.
При разработке соответствующей методики проведения испытаний, ресурс работы гидропередачи в целом можно определять путем измерения времени, в котором механическая передача способна создавать условия компенсации утечек и перетечек рабочей жидкости, т.е. поддержание заданного уровня давления рабочей жидкости в напорной магистрали стенда при неизменном передаточном отношении механической передачи. По скорости падения давления в напорной магистрали стенда при проведении ресурсных испытаний можно судить о скорости износа пар трения испытываемых гидравлических машин. Как только задаваемая (с помощью передаточного отношения /2) разница величин расходов рабочей жидкости насоса и мотора станет равна величине расходов перетечек и утечек, рост давления в напорной магистрали станет невозможным.
Экспериментальное исследование рекуперативной гидромеханической системы привода стенда испытаний объёмных гидравлических машин.
В данном разделе произведено экспериментальное подтверждение верности аналитических выводов и математической модели рекуперативной системы привода испытаний гидростатической трансмиссии.
Экспериментальные исследования рекуперативной системы привода испытаний гидростатической трансмиссии проводились на специально разработанном стенде, фотография которого приведена на рисунке 12.
