Введение к работе
Актуальность темы. В связи с увеличением добычи природного газа и с расширением ветвей отечественных газовых магистралей, наметилась тенденция к росту спроса со стороны газодобывающих компании на отечественные приводы запорной арматуры газопроводов. Основным преимуществом отечественных приводов остается их относительная дешевизна по сравнению с зарубежными образцами при достижении аналогичного уровня технико-эксплуатационных показателей.
На отечественных магистральных газопроводах в качестве исполнительных механизмов приводов арматуры достаточно часто применяются зарубежные приводы. Несмотря на установленный в приводе обогрев, при низких температурах они дают сбои в работе. Хорошие по надежности в работе, но очень дорогие приводы фирмы "Mokveld" (Голландия), установлены на некоторых газокомпрессорных станциях (ГКС).
Для дистанционного управления арматурой магистральных газопроводов сегодня необходимы надежные и недорогие газогидравлические приводы.
Одним из перспективных направлений создания указанных приводов является применение в них плунжерных передач. Оснащение плунжерной передачи газовым генератором волн позволит Применять плунжерные газогидравлические двигатели (ПГД) в качестве мощных быстродействующих приводов-усилителей, инерционность которых во много раз меньше, чем у любых других механизмов прямого действия. В таких приводах посторонний источник энергии создает напор газа под плунжерами, давление регулируется достаточно малым (и, следовательно, малоинерционным) вращающимся золотником. Коэффициент усиления таких приводов может быть достаточно большим.
Применение в плунжерной передаче эвольвентного зацепления позволит существенно упростит ее проектирование, изготовление и эксплуатацию.
Таким образом, выполнение данного исследования следует признать актуальным.
Цель работы. Улучшение качественных и эксплуатационных характеристик плунжерного газогидравлического двигателя.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Анализ и выбор наиболее рациональных конструктивных схем ПГД.
-
Исследование особенностей кинематического и силового взаимодействия элементов ПГД.
-
Исследование качественных показателей ПГД и разработка методики их расчета.
-
Исследование и количественная оценка вероятности утыкания вершин плунжеров в вершины зубьев Kone^acnpOa"ityil^lUt JJ'в условиях отсутствия жесткой кинематичеі кой я#язи. , ; t- ка
ts«T
.
-
Разработка методов геометрического расчета и проектирования внутреннего плунжерного эвольвентного зацепления.
-
Экспериментальное подтверждение теоретических положений работы.
Общая методика исследования. Теоретические исследования проведены на основе методов зубчатых зацеплений. Алгоритм геометрического расчета и количественнбй оценки качественных показателей ПГД реализован в виде программных приложений для ЭВМ, интегрированных в единую систему автоматизированного проектирования.
Экспериментальные исследования базируются на использовании современного оборудования, в частности, ЭВМ с аналого-цифровыми преобразователями сигнала и средств измерительной техники в лабораторных условиях на специально разработанных установках. Регистрация данных и обработка результатов производилась с помощью специально разработанного программного обеспечения.
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований подтверждается: применением методов анализа и синтеза плоских зубчатых зацеплений, проверкой теоретических положений диссертации на известных частных решениях и экспериментальным подтверждением основных положений работы.
На защиту выносятся:
1. Результаты теоретических исследований:
по геометрии зацепления в ПГД;
по качественным показателям ПГД;
по силовому и кинематическому взаимодействию элементов ПГД.
-
Методы геометрического расчета и проектирования ПГД.
-
Методы и средства экспериментального определения передаточного отношения, коэффициента перекрытия, крутящего момента и КПД
пгд.
4. Конструкции и опытные образцы новых типов плунжерных газогид
равлических двигателей.
Научная новизна.
Впервые разработана методика определения коэффициента перекрытия плунжерной передачи ПГД.
Разработан метод количественной оценки вероятности утыкания вершин плунжеров в вершины зубьев колеса и исследована ее зависимость от геометрических параметров зацепления.
Предложены методы прочностного расчета гибкого элемента ПГД, выполненного в виде металлических тросов.
Разработаны методы оценки качественных показателей и методы анализа силового взаимодействия элементов ПГД.
Получены результаты экспериментального исследования ПГД, направленного на определение КПД, коэффициента перекрытия, передаточ-
ного отношения и крутящего момента на выходном валу. Практическая ценность.
Создан ПГД, использующий в качестве рабочего тела сжатый воздух, способный работать при давлении от 1,0 до 8,0 МПа.
Разработаны кинематические схемы и конструкция ПГД, которая защищена положительным решением на патент РФ.
Разработаны методы проведения прочностных и геометрических расчетов основных элементов ПГД.
Разработан комплекс программ, объединенных в систему автоматизированного проектирования ПГД.
Разработаны, изготовлены и испытаны две модификации двигателя.
Реализация работы. Опытный образец ПГД внедрен в качестве испол
нительного механизма стенда испытания газонефтепроводной арматуры
ФГУП "Боткинский завод".
Результаты исследований, разработанные методики проектирования и оценки качественных показателей ПГД внедрены в учебный процесс в курсах "Теория механизмов и машин" и "Детали машин".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались: на научно-методической конференции "Научные и методические проблемы подготовки конкурентоспособных специалистов", г. Воткинск, 2002 г.; на Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в инновационных проектах", г. Ижевск, 2003 г ; на научно-методической конференции, посвященной 45-ти летию Боткинского филиала ИжГТУ, г. Воткинск, 2003 г.; на международной научно-технической конференции "Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук", г. Ульяновск, 2004 г..
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 8-ми печатных работах, в том числе в положительном решении на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка (93 наименования). Она изложена на 204 страницах машинописного текста, включающих 80 рисунков и 6 таблиц.
