close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование средств защиты гидроприводов лесных машин от выбросов рабочей жидкости

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ВДОВИН Сергей Леонидович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ
ГИДРОПРИВОДОВ ЛЕСНЫХ МАШИН ОТ ВЫБРОСОВ
РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Йошкар-Ола – 2015
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования
«Поволжский
государственный технологический университет»
Научный руководитель
Павлов Александр Иванович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Александров Валентин Александрович
доктор технических наук, профессор, федеральное
государственное
бюджетное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
государственный лесотехнический университет им.
С.М. Кирова», заведующий кафедрой машин и
оборудования лесного комплекса,
Тимохова Оксана Михайловна
кандидат
технических
наук,
федеральное
государственное
бюджетное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
«Ухтинский
государственный
технический университет», заведующая кафедрой
инжиниринга
технологических
машин
и
оборудования,
Ведущая организация
Сыктывкарский лесной институт (филиал)
федерального
государственного
бюджетного
образовательного
учреждения
высшего
профессионального
образования
«СанктПетербургский государственный лесотехнический
университет имени С.М. Кирова»
Защита диссертации состоится «18» декабря 2015 года в 9 ч. 00 мин. на
заседании диссертационного совета Д 212.115.02 при ФГБОУ ВПО
«Поволжский государственный технологический университет» по адресу:
424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, дом 3, конференцзал УНИД (ауд. 406, 1 корп.).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Поволжский
государственный технологический университет» и на сайте http://volgatech.net.
Автореферат разослан «__» __________2015 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент
2
К. П. Рукомойников
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность и степень проработанности темы. К современной
лесозаготовительной технике предъявляются такие требования, как
малая энерго- и материалоемкость, оптимальная компоновка узлов и
агрегатов с возможностью их унификации и стандартизации, высокий
уровень безопасности и удобство управления, применяемость для
различных видов технологических процессов. Подобным критериям в
наибольшей степени соответствуют мобильные машины, оснащенные
гидрофицированным рабочим оборудованием. Однако, как показывает
опыт эксплуатации лесосечных машин, надежность их гидросистем
остается на низком уровне. Так для отечественной техники,
применяемой в районах с холодным климатом, на гидроприводы
приходится от 33 до 53,8% от общего числа отказов. Выходу из строя
подвержены в первую очередь рукава высокого давления (РВД),
процент отказов которых составляет 29,7 – 56% от общего числа
неисправностей гидросистемы. При этом наиболее распространенным
видом отказа является разрыв РВД. Разрушение рукавов носит, как
правило,
внезапный
характер
и
сопровождается
выбросом
значительного количества рабочей жидкости, что имеет отрицательные
экологические последствия. Кроме того, непроизводительные потери
рабочей среды увеличивают затраты на ее замену и снижают
производительность труда вследствие простоя техники. Поэтому наряду
с повышением показателей надежности гидропривода необходима
разработка эффективных средств защиты от выбросов рабочей
жидкости. Существующие системы защиты обладают значительным
числом недостатков. Большинство из них не рассчитано на работу в
условиях нестационарного потока рабочей среды, характерных для
гидросистем лесосечных машин. Таким образом, актуальность
проблемы создания средств защиты гидроприводов, обеспечивающих
минимально возможные потери рабочей среды в условиях переходных
процессов, не вызывает сомнений.
Цель работы. Обоснование и разработка эффективных средств
защиты гидроприводов лесных машин от непроизводительных потерь
рабочей жидкости при внезапных разрушениях рукавов высокого
давления и трубопроводов.
Задачи исследования:
1. Обоснование и разработка технического решения средства защиты
гидроприводов лесных машин от выброса рабочей жидкости.
3
2. Разработка математической модели средства защиты
гидропривода для обоснования его параметров.
3. Проведение теоретических исследований срабатывания защитного
средства в гидроприводах лесных машин.
4. Экспериментальные исследования разработанного средства
защиты гидропривода и определение экономической эффективности от
внедрения полученного технического решения устройства.
Объект
исследования:
гидропривод лесной
машины с
установленным в нем средством защиты от выброса жидкости.
Предмет исследования: переходные процессы в гидроприводах,
амплитуды, частоты и периоды колебаний, показатели срабатывания
средства защиты гидропривода.
Методы исследования: морфологический анализ, математическое
моделирование, численный эксперимент, лабораторный натурный
эксперимент, регрессионный анализ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Средство защиты гидроприводов лесных машин от выбросов
рабочей жидкости при разрушении рукавов высокого давления и
трубопроводов, содержащее отключающий узел и датчик расхода,
соединенные линией обратной связи.
2. Математическая модель функционирования средства защиты
гидропривода в условиях стационарного потока рабочей среды,
учитывающая особенности конструкции и конфигурацию рабочих
элементов устройства.
3. Математическая модель функционирования гидропривода с
средством защиты в условиях переходных процессов, включающая
нелинейные дифференциальные уравнения и функциональные
зависимости и учитывающая наличие защитного средства в
гидросистеме.
4. Результаты исследования разработанного средства защиты
гидропривода, включающие рациональные параметры рабочих
элементов защитного устройства и зависимости показателей
эффективности защитного средства от условий разгерметизации.
Научная новизна работы:
1. Защищенное патентом средство защиты гидропривода от
выброса рабочей жидкости, отличающееся тем, что контроль
герметичности проводится сравнением значений расхода на двух
последовательных участках гидролинии с помощью поршневых
элементов, взаимно уравновешенных посредством обратной связи.
4
2. Математическая модель функционирования средства защиты
гидропривода в условиях стационарного потока, отличающаяся учетом
конструктивных особенностей и конфигурации рабочих звеньев
устройства.
3. Математическая модель функционирования гидропривода
лесной машины, отличающаяся наличием в структуре гидросистемы
элементов защитного средства, а также учетом влияния переходных
процессов при разгерметизации и расхода рабочей среды на
эффективность защиты от выброса жидкости.
4. Результаты исследования разработанного средства защиты
гидропривода, отличающиеся отражением показателей эффективности
предложенного устройства, превышающих показатели аналогов.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке
математических моделей гидроприводов с предлагаемым устройством
защиты от выброса рабочей жидкости.
Практическая значимость работы:
1. Разработанная математическая модель функционирования
средства защиты гидропривода в условиях стационарного потока
рабочей среды позволяет на стадии проектирования рассчитывать время
срабатывания устройства и определять его конструктивные параметры.
2. Математическая модель функционирования гидропривода с
средством защиты в условиях переходных процессов позволяет выявить
изменение показателей экономичности лесной машины за счет
применения защитного средства в ходе проектирования или
модернизации.
3. Защищенное патентом средство защиты гидропривода
обеспечивает возможность его установки на однотипные лесные
машины в условиях эксплуатации.
4. Разработанное техническое решение средства защиты позволяет
более эффективно сократить выбросы рабочей жидкости и тем самым
снизить эксплуатационные расходы.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертация соответствует специальности научных работников 05.21.01
«Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» по пунктам:
4 – Исследование условий функционирования машин и оборудования,
агрегатов, рабочих органов, средств управления; 13 – Разработка и
совершенствование методов, средств испытаний, контроля и управления
качеством работы машин и оборудования.
Достоверность результатов работы обеспечена использованием
апробированных
методов
математического
моделирования
с
5
реализацией моделей в современных программных средах,
подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных
данных с погрешностью до 8,45 % и доверительной вероятностью не
менее 95 % у полученных закономерностей, проверкой адекватности
результатов по F-критерию Фишера.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на
международных научно-технических конференциях «Гидравлические
машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное
состояние и перспективы развития» (Санкт-Петербург, 2008 г.),
«Научному прогрессу – творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2007 – 2010
гг.), «Будущее технической науки» (Нижний Новгород, 2009),
межрегиональных и всероссийских конференциях «Вавиловские
чтения» (Йошкар-Ола, 2010, 2011 гг.).
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы
при выполнении НИР в ООО «Промышленные технологии» и
Поволжском
государственном
технологическом
университете.
Разработанные математические модели и конструктивные решения
использованы в учебном процессе на кафедре транспортнотехнологических машин.
Личный вклад автора. Разработка математических моделей
срабатывания средства защиты и функционирования гидроприводов
лесных машин с защитным устройством. Разработка технических
решений
устройства
защиты
гидропривода.
Изготовление
экспериментального образца защитного средства и лабораторного
стенда для его испытаний. Проведение экспериментальных
исследований срабатывания защитного средства, обработка полученных
результатов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ
общим объемом 2,574 п.л., авторский вклад 1,938 п.л., из них 5 работ,
опубликованных в изданиях, рекомендуемых ВАК, 3 патента на
изобретение, 1 патент на полезную модель, 8 публикаций в материалах
всероссийских и международных научных конференций.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 233 стр.
машинописного текста, в том числе: основного текста – 170 с.; рис. – 76;
табл. – 15; списка литературы – 138 наименований, приложений – на 46
с. Структурно диссертация состоит из 4 разделов, заключения, списка
литературы и приложений.
6
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации,
сформулированы цель и задачи работы, объект, предмет исследования,
положения, выносимые на защиту, научная новизна, теоретическая и
практическая значимость результатов.
В первом разделе проводится обзор и анализ работ, посвященных
вопросам надежности гидроприводов лесных машин и снижения
непроизводительных
потерь
рабочей
жидкости.
Произведена
классификация существующих способов и устройств, предназначенных
для предотвращения выбросов рабочей среды, проанализированы их
преимущества и недостатки. Выбрано базовое техническое решение
(прототип) средства защиты гидропривода.
Обзор исследований по надежности и нагруженности гидроприводов
лесных машин, выполненных В. А.
Александровым,
Ю. А.
Беленковым, Е. А. Будевичем, Г. П. Дроздовским, З. К. Емтылем, А. А.
Комаровым, А. И. Павловым и другими; по теории гидравлических
приводов – Т. М. Баштой, Л. С. Броном, Н. И. Лебедевым, Б. Ф.
Лямаевым, Д. Н. Поповым, Л. М. Тарко, А. Х. Хандрос и другими; по
снижению потерь рабочей жидкости – В. К Аверьяновым, И. П.
Ксеневичем, В. А. Насировым, В. В. Остриковым, Ю. Н. Смирновым, В.
Н. Фоменко, Н. А. Фоменко и другими, позволяет сделать вывод о
необходимости применения в гидросистемах средств защиты от
выбросов рабочей жидкости при разрывах рукавов высокого давления.
При этом разработанные в настоящее время технические решения таких
устройств требуют дальнейшего совершенствования.
Во втором разделе выбран объект исследования – гидропривод
стрелы манипулятора ЛВ-185. Обоснованы конструктивные решения
усовершенствованных средств защиты от выброса рабочей жидкости
(рисунок 1). Разработанное устройство использует принцип сравнения
расхода жидкости на двух последовательных участках гидролинии 10.
При ее разгерметизации скорость потока жидкости в регуляторе 34 и
кольцевой щели 15 значительно превышает скорость потока в дросселе
35 и зазоре 26. Давление в линии обратной связи 30, в полостях 17 и 29
снижается. Поршень 13 смещается вниз, выводя шток 14 из зацепления с
плунжером 11 и разобщая полость 9 с каналом 6. Поршень 25 под
действием сил давления жидкости, вытесняемой штоком 16 из полости
17 по линии обратной связи 30 в полость 29, перемещается вверх,
сжимая регулируемую пружину 33. Плунжер 11 под действием перепада
7
давлений на регуляторе 34 смещается вправо, отсекая гидролинию 10 от
источника давления и одновременно соединяя канал 36 посредством
проточки 12 со сливной линией 37.
Рисунок 1 – Схема разработанного средства защиты гидропривода
стрелы манипулятора ЛВ-185:
1 – отключающий узел; 2, 3, 4, 5, 6, 19, 20, 21, 22 – каналы; 7, 8, 9, 23, 24 –
полости; 10 – контролируемая гидролиния; 11 – плунжер; 12 – проточка; 13, 25 –
поршни; 14, 16, 27, 28 – штоки; 15, 26 – кольцевые щели (зазоры); 17, 29 –
контрольные полости; 18 – датчик расхода; 30 – линия обратной связи; 31, 33 –
пружины; 32 – ограничитель обратного хода; 34 – регулятор перепада давлений;
35 – переменный дроссель; 36 – перепускной канал; 37 – сливная линия; Р1 –
распределитель; Ц1 – гидроцилиндр стрелы манипулятора
После прекращения подачи жидкости от источника в отключающий
узел 1 подвижные элементы возвращаются в исходное положение.
Разработанное техническое решение позволяет снизить аварийные
потери рабочей жидкости за счет увеличения быстродействия защитного
средства при отсутствии гидроудара в момент срабатывания и малом
гидравлическом сопротивлении.
В разделе 2 также приведены другие варианты конструкции
защитного средства. Предложена математическая модель срабатывания
устройства в условиях стационарного потока рабочей среды. Приведены
методика расчета параметров защитного средства из условий
минимального времени срабатывания и алгоритм расчета основных
8
размеров рабочих элементов – диаметра Dп поршней 13 и 25 и ширины
bщ зазоров 15 и 26. Расчеты проведены с применением математической
модели защитного устройства из условий минимального времени
срабатывания tс. Математическая модель представлена нелинейным
дифференциальным уравнением движения поршней 13 и 25 и линейным
дифференциальным уравнением движения плунжера 11 при
срабатывании защитного средства. При этом расход жидкости в
отключающем узле 1 принят постоянным и равным номинальному
значению, а расход в датчике 18 принят равным нулю.
Критерий выбора параметров защитного средства представлялись в
виде:
,
(1)
t c Dп ,bщ  t п  t з  min
где tз – время перемещения золотника 11, определяемое по формуле,
приведенной в работе Б. Т. Ситникова, и полученное из решения
первого уравнения. Время tп перемещения поршней 13 и 25
определялось из решения второго дифференциального уравнения.
Расчеты проводились для защитных средств с различными
значениями номинального расхода жидкости и при изменении подачи
насоса гидросистемы. Согласно результатам время срабатывания
средства защиты возрастает с уменьшением диаметра поршней 13 и 25 и
ширины зазоров 15 и 26 и незначительно изменяется при малом
снижении расхода. Рассчитанные на основе математической модели
рациональные значения размеров элементов защитного средства
обеспечивают наибольшее его быстродействие.
В третьем разделе проводятся теоретические исследования
гидроприводов лесных машин с разработанным средством защиты: 1 –
гидропривода подъема стрелы манипулятора ЛВ-185 с средством
защиты в напорной гидролинии; 2 – гидропривода с защитным
средством и регулируемым насосом.
Математическая модель гидропривода стрелы манипулятора
ЛВ-185 со средством защиты включает уравнение изменения давления
в напорной гидролинии до и после разрыва РВД и уравнения движения
элементов защитного устройства.
Уравнение процесса в гидролинии при разгерметизации имеет вид:
2
2
 F2 3



dp7
C л d p7 
2 


 





(
t
)
sign
(
)
Q
Q
m1
n
4
N
C
F
1
v1 
л
2
разр .

 7 12  н
(2)
dt
F 1 dt 2


 F1

(
t
)
dQ разр .
 p7 F 1  m1
 P1  0
F 1 dt
9
где m1 и Р1 – масса манипулятора с предметом труда, кг, и сила нагрузки
на рабочем органе манипулятора, Н, приведенные к штоку
гидроцилиндра подъема стрелы; F1 и F2 – площадь поршневой и
штоковой полостей гидроцилиндра, м2; р7 – давление в гидролинии, Па;
n4 – сила трения в гидроцилиндре, Н; v1 – скорость движения штока
гидроцилиндра, м/с; Qн – подача насоса, м3/с; Qразр.(t) – расход жидкости,
вытекающей через негерметичность, м3/с, в функции времени.
Движение
поршней
устройства
описывается
следующим
уравнением:






mп  mп  d xп   A( x п )  G dxп    f  п  n  n sign( v п ) 
dt
 Rо.с
 dt 




(3)

f  п dxп  C пр.  xпр  xп    ,
dt
где mп1 и mп2 – масса поршня 13 и 25 со штоками, кг (рисунок 1); хп2=хп1
– перемещение поршня 25 устройства, м; А(хп1) –перепад давлений, Па,
на поршне 13; G dxп1 / dt  – перепад давлений, Па, на поршне 25,
приведенный к поршню 13; f1п1 – эффективная площадь поршня 13, м2;
n2 и n3 – силы трения на штоках поршней, Н; vп1 – скорость движения,
м/с, поршня 13; Rо.с. – линейное гидравлическое сопротивление, Па·с/м3,
линии обратной связи 30; f3п1 – эффективная площадь торца штока 16;
Спр.2 и хпр20 – жесткость, Н/м, и начальная деформация, м, пружины 33.
Закон перемещения xз(t) плунжера 11 золотника (рисунок 1)
определялся решением дифференциальных уравнений для двух этапов:
x з  C з и C з  xз  X з , где Сз – перекрытие, а ΔХз – ход золотника, м.
mз
d  x зI
dt

2
mз
d x зII
dt
2


f  з  J1 x зI ,

,
dx зI 


  n sign( v з )  C пр.  xпр  x зI   

dt 

dx зII
 f 1з  J 2  x з ,
 II dt




)
sign( v з ) 
 2 ,25d з p 2 ( x з II C з n1

(4)
(5)
 C пр.1  x пр1  x з   0 ,
0
II 

где mз – масса золотника, кг; n1 – сила трения, действующая на
золотник, Н; vз – скорость золотника, м/с; f1з=f2з – площади торцов
плунжера, м2; J  ,
 – соответственно,
 и J 
,
/
/

1  x зI dx зI dt 
2  x зII dx зII dt 
перепад давлений на торцах плунжера 11 до и после открытия
перепускного канала 36, Па; Спр.1 и хпр10 – жесткость, Н/м, и начальная
деформация, м, пружины 31 золотника; I, II – индекс, обозначающий
этап 1 и 2; dз – диаметр плунжера золотника, м; р2(хзII - Сз) – давление,
10
Па, в полости проточки 12, являющееся функцией перемещения (хзII - Сз)
золотника после открытия перепускного канала 36.
Основным показателем эффективности защитного средства,
выявляемым при теоретических исследованиях, является объем
сохраненной рабочей жидкости Vсохр., м3. В качестве входных данных
модели использованы: расход жидкости через негерметичность Qразр. и
время от начала подъема стрелы манипулятора до момента
разгерметизации (время разгерметизации) Тразр.. Зависимость для объема
сохраненной рабочей жидкости представлена на рисунке 2.
Анализ результатов исследований позволил прийти к выводам, что
количество сохраненной рабочей жидкости линейно возрастает с
увеличением расхода через негерметичность Qразр и не зависит от
времени Тразр.
Рисунок 2 – Зависимость объема сохраненной рабочей жидкости, дм3, от расхода
через негерметичность, дм3/мин для времени момента разгерметизации:
а) – 0,04, 1 и 2 с; б) – 3, 4, 5 с
Таким образом, устройство работает на протяжении всего цикла
подъема стрелы и наиболее эффективно – при интенсивных утечках
рабочей среды.
Исследование
срабатывания
защитного
устройства
в
гидроприводе с регулируемым насосом, часто применяемом в
мобильных машинах, проводилось на математической модели,
учитывающей податливость линии обратной связи и утечки через
золотник 11 в сливную линию 37 (рисунок 1). Математическая модель
включает следующие уравнения: 1) изменение давления в гидролинии
до и после разгерметизации; 2) уравнения движения поршней 13 и 25 до
и после разгерметизации; 3) движение плунжера золотника 11.
11
Уравнение изменения
разгерметизации:
Cл
давления
в
гидролинии
до
и
,
p7
dp7
 Q F 1  p7 , t  
 Q ут.з  р7   Qн  0
dt
N разр.
после
(6)
где Сл – податливость гидролинии, м3/Па; QF1(р7, t) – расход через
гидродвигатель и датчик 18; Nразр. – сопротивление истечению жидкости
из поврежденной гидролинии; Qут.з(р7) – расход утечек в сливную
линию через золотник, м3/с, зависящий от давления р7 в гидролинии.
Уравнения движения поршней 13 и 25 до и после разгерметизации:

(7)
2

 

mп1  mп2  d x2п   A1( xп )  G1 dx п , р7 t ,t    f 1п1  р13 f 3п1  n2  n3 sign( vп ) 
dt


 dt



2
 R о.с f 3п1 dx п  C пр.2  x пр2  x п   0 ,
0


dt
mп1
,
d 2 xп1  A1(
xп1 )  f 1п1  р13 f 3п1  n2 sign( vп1 )  р12 хп1 f 3п1  0
2
dt
(8)
где: хп – величина одновременного смещения поршней, м, из-за
снижения расхода в датчике 18 вследствие утечек; А1(хп) – перепад
давлений, Па, на поршне 13; G1dx / dt , р t ,t  – перепад давлений, Па, на
п
7
поршне 25; р13 – давление, Па, в перепускном канале 36 и проточке 12,
действующее на шток 14; vп – скорость одновременного движения
поршней, м/с; хп1 – смещение поршня 13, м, из-за податливости линии
обратной связи 30; А1(хп1) – перепад давлений, Па, на поршне 13 при его
смещении; р12(хп1) – давление в линии обратной связи, Па.
Уравнения движения плунжера золотника защитного средства
аналогичны уравнениям (4) и (5).
Показателями эффективности защитного средства являются
объем потерь рабочей жидкости, нагнетаемой насосом Vпот.нагн., и
суммарный объем потерь рабочей среды Vпот. с учетом податливости
защищаемой гидролинии и напорной магистрали насоса. Срабатывание
устройства исследовалось для двух факторов: 1) различной подачи Qн
насоса; 2) различной площади Sрег.1 регулятора перепада давлений 34
при минимальной площади переменного дросселя 35 (рисунок 1).
По результатам исследования выявлено, что при постоянной
площади сечения регулятора 34 защитного средства установление
подачи насоса Qн выше, чем номинальный расход устройства, приводит
к снижению объема потерь рабочей жидкости. В случае использования
защитного средства в гидроприводах с регулируемым насосом
наименьшая чувствительность к изменению подачи обеспечивается при
12
площади сечения регулятора 34 от 2 до 3% от сечения подводящей
гидролинии (30 – 50% от максимальной площади сечения регулятора).
В четвертом разделе изложены программа, методика и результаты
экспериментальных исследований защитного средства. Испытания
проводились в лаборатории гидропривода и гидропневмоавтоматики
ФГБОУ ВПО «ПГТУ». Последовательность испытаний и параметры
устройства соответствовали условиям, заданным в ходе теоретических
исследований. В качестве контрольной величины принимался
суммарный объем потерь рабочей жидкости, определяемый с помощью
мерной емкости. Внешний вид экспериментальной установки приведен
на рисунке 3.
Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки для исследований средства
защиты:
1 – отключающий узел защитного устройства; 2 –защищаемая гидролиния;
3 – датчик расхода защитного устройства; 4 – клапан переливной Г52-14;
5 – гидромоторы ГМ36/1 гидромеханизма 24-5615-10; 6 – распределитель
крановый; 7 – гидрораспределители 54БПГ73-12, имитирующие
разгерметизацию; 8 – мерная емкость; Н1 – установка насосная двухпоточная
Г48-12; Р1 – распределитель Р-80В3; РП – регулятор расхода ПГ55-22;
М1 – манометр ОБМ1-160; СТ – строботахометр СТ-5
Результаты экспериментальных исследований подтверждают малую
чувствительность защитного средства к изменению подачи насоса
гидросистемы при площади сечения регулятора 2…3% от сечения
13
подводящего трубопровода. Также подтверждено повышение
быстродействия защиты при увеличении расхода в гидросистеме. По
результатам проверки согласованности результатов теоретических и
экспериментальных исследований адекватность математической модели
подтверждается по F-критерию Фишера. Расхождение между
расчетными и опытными данными не превышает 8,45% (рисунок 4).
Рисунок 4 – Зависимости теоретических и экспериментальных
значений Vпот, дм3, от расхода Qн в гидросистеме, дм3/мин, для площади сечения
Sрег.1 регулятора перепада давлений, м2·10-6:
1 – 4,609; 2 – 3,848; 3 – 3,078; 4 – 2,294; 5 – 1,57
_ _ _ – теоретические зависимости; _______ – экспериментальные
зависимости
Также в четвертом разделе проведен расчет экономической
эффективности использования предлагаемого защитного средства.
Экономический эффект от снижения потерь рабочей среды при
номинальном расходе 80 дм3/мин составляет 413,6 руб. в год в расчете
на одну машину и достигается за счет сокращения затрат на
приобретение и замену рабочей жидкости.
14
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Основные выводы:
1. Разработанные варианты технических решений средств защиты
гидроприводов лесных машин от выбросов рабочей жидкости
позволяют снизить аварийные потери горюче-смазочных материалов и
повысить экономичность лесных машин. Выбранные конструктивные
параметры средств защиты обеспечивают их работу в составе
гидросистем лесосечного оборудования различной мощности.
2. Предложенная математическая модель срабатывания защитного
средства в условиях стационарного потока жидкости и основанный на
модели алгоритм расчета позволяют определить рациональные размеры
основных элементов устройства по критерию минимального времени
срабатывания. Проведенное теоретическое исследование зависимости
объема потерь жидкости при срабатывании устройства от расхода в
гидросистеме показывает эффективность защиты при расходе в
гидролинии, меньшем номинального.
3. Разработанная математическая модель функционирования
гидропривода стрелы манипулятора ЛВ-185 со средством защиты
позволяет определить быстродействие устройства с заданными
конструктивными параметрами в условиях переходных процессов.
Наибольшая эффективность защиты характерна при интенсивных
утечках рабочей среды, близких к номинальной подаче насоса. При этом
высота подъема стрелы манипулятора в момент разгерметизации
незначительно влияет на объем сохраняемой рабочей среды.
4. Предложенная математическая модель гидропривода с
регулируемым насосом и защитным средством позволяет выявить
влияние расхода в гидросистеме и параметров настройки устройства на
эффективность его срабатывания. Увеличение расхода в гидроприводе
свыше номинального приводит к снижению потерь рабочей среды,
благодаря возрастанию быстродействия защитного средства. При этом
наименьшая чувствительность устройства к изменению подачи
обеспечивается при площади сечения регулятора перепада давлений,
составляющей 2…3% от сечения подводящей гидролинии.
5. Экспериментальными исследованиями подтверждены результаты
математического моделирования процесса срабатывания защиты.
Согласованность результатов теоретических и экспериментальных
исследований подтверждена проверкой по F-критерию Фишера.
Расхождение опытных и теоретических данных не превышает 8,45%.
15
6. Экономический эффект от использования защитного средства
достигается за счет снижения затрат на приобретение рабочей жидкости
и при номинальном расходе в гидроприводе 80 дм3/мин составляет 413,6
р. в год на одну машину.
Рекомендации:
1. Разработчикам и производителям гидравлической аппаратуры
рекомендуется использовать для защиты гидроприводов от выбросов
рабочей среды конструкции гидромеханического принципа действия,
реализующие сравнение расходов на двух последовательных участках
гидролинии (магистрали) и переключающие источник давления
гидросистемы на слив в случае разгерметизации.
2. Организациям, занимающимся производством, эксплуатацией и
ремонтом гидрофицированных лесных машин, рекомендуется
устанавливать предлагаемые средства защиты от выброса рабочей
жидкости в напорных магистралях гидросистемы в процессе
модернизации техники.
3. Параметры и размеры рабочих элементов средства защиты
гидропривода рекомендуются к применению конструкторскими бюро,
проектирующими гидроприводы и гидроаппараты для мобильных
машин. При этом для повышения скорости срабатывания защиты
необходимо устанавливать площадь сечения регулятора перепада
давлений устройства 2…3% от площади сечения подводящей
гидролинии.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:
1. Павлов А.И., Вдовин С.Л. Аварийный автоматический отсечный
клапан гидроприводов лесных машин / А.И. Павлов, С. Л. Вдовин //
Вестник МГУЛ – Лесной Вестник – 2010. – №1 (70). – С. 92 – 98.
2. Павлов А.И., Вдовин С.Л. Обоснование параметров аварийного
отсечного клапана гидросистем лесных машин / С.Л. Вдовин, А.И.
Павлов // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. – 2009. – №3 (66). – С. 103 –
106.
3. Вдовин С.Л. Применение защитных отсечных устройств для
повышения экологичности и эффективности движителей и
технологического оборудования машин с гидроприводом / С.Л. Вдовин
// Интеграл. Научно-практический межотраслевой журнал. – 2011. – №2
(58). – С. 27 – 29.
4. Вдовин С.Л. Совершенствование отсечных устройств
гидропривода транспортных машин и спецтехники для повышения их
16
эффективности и экологичности / С.Л. Вдовин // Интеграл. Научнопрактический межотраслевой журнал. – 2012. – №1 (63). – С. 61.
5. Вдовин, С.Л., Охотников, А.В. Повышение экономичности и
экологичности приводов лесных машин / С.Л. Вдовин, А.В. Охотников //
Интеграл. Научно-практический межотраслевой журнал. – 2013. – №3
(71). – С. 72.
В материалах всероссийских и международных конференций:
6. Вдовин, С.Л. Анализ существующих методов и устройств,
предотвращающих выброс рабочей жидкости из гидроприводов / С.Л.
Вдовин // Научному прогрессу – творчество молодых: сб. материалов
Всерос. науч. студен. конф. по естественнонауч. и техн. дисциплинам,
20-21 апреля 2007 г. / редкол.: Иванов В. А. [и др.] – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2007. – 328 c. – С. 117.
7. Вдовин, С.Л. Снижение потерь рабочей жидкости при разрушении
рукавов высокого давления гидроприводов лесных машин / С.Л. Вдовин
// Научному прогрессу – творчество молодых: сб. материалов
Международн. научн. студен. конф. по естественнонауч. и техн.
дисциплинам: в 3 ч. – Ч. 2. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. – 287 с. – С.
78 – 79.
8. Вдовин, С.Л. Конструктивные меры снижения потерь рабочей
жидкости при разрушении рукавов высокого давления гидроприводов /
С.Л. Вдовин // Гидравлические машины, гидроприводы и
гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы
развития: труды Международной научно-техн. конференции. – СПб.:
Изд.-во Политехн. ун.-та, 2008. – 242 с. – С. 151 – 152.
9. Вдовин, С.Л. Обоснование конструкции и параметров аварийного
клапана гидропривода / С.Л. Вдовин // Научному прогрессу – творчество
молодых: сб. материалов Международн. науч. студен. конф. по
естественнонауч. и техн. дисциплинам: в 3 ч. – Ч. 2. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2009. – 266 с. – С. 17 – 19.
10. Вдовин, С.Л. Отсечный клапан экологической защиты
гидросистем лесных машин / С.Л. Вдовин // Будущее технической
науки: сб. материалов Международн. молодежной научно-техн.
конференции [Электронный ресурс]. – Нижний Новгород: НГТУ, 2009. –
1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – С. 117 – 118.
11. Вдовин, С.Л. Устройство аварийной защиты гидропривода от
выбросов рабочей жидкости / С.Л. Вдовин // Научному прогрессу –
творчество молодых: сб. материалов Международн. научн. студен. конф.
по естественнонауч. и техн. дисциплинам: в 3 ч.– Ч. 2. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2010. – 368 с. – С. 19 – 20.
17
12. Вдовин, С.Л., Кудрявцев, И.А. Отсечное устройство
гидропривода противопожарной машины / С.Л. Вдовин, И.А. Кудрявцев
// Россия в глобальном мире: вызовы и перспективы развития.
Четырнадцатые
Вавиловские
чтения:
материалы
постоянно
действующей Всерос. междисциплин. науч. конф. с международн.
участием: в 2 ч. / под общей ред. проф. В.П. Шалаева. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2011. – Ч. 2 – 388 с. – С. 283.
13. Вдовин, С.Л. Функционирование отсечного устройства в
гидроприводе машины / С.Л. Вдовин // Инновационные ресурсы и
национальная безопасность в эпоху глобальных трансформаций.
Пятнадцатые Вавиловские чтения: материалы постоянно действующей
Всерос. междисциплин. научн. конф. с международн. участием: в 2 ч. /
редкол.: В.П. Шалаев [и др.]. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2012. – Ч. 2 – 308
с. – С. 222 – 223.
Патенты на изобретения и полезную модель:
14. Патент 2477407 Российская Федерация, МПК7 F 16 K 17/22.
Отсечный клапан / Вдовин С.Л. (Россия); заявитель и патентообладатель
Марийский государственный технический университет. – №
2011154691/06; заявл. 30.12.2011; опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7. – 9 с.: ил.
15. Патент 2522013 Российская Федерация, МПК7 F 15 B 20/00.
Автомат разгерметизации гидросистемы / Вдовин С.Л. (Россия);
заявитель и патентообладатель Поволжский государственный
технологический университет. – № 2013121172/06; заявл. 07.05.2013;
опубл. 10.07.2014, Бюл. № 19. – 11 с.: ил.
16. Патент 2531480 Российская Федерация, МПК7 F 16 K 17/24, F 15
B 20/00. Отсечный клапан / Вдовин С.Л. (Россия); заявитель и
патентообладатель Поволжский государственный технологический
университет. – № 2013129512/06; заявл. 27.06.2013; опубл. 20.10.2014,
Бюл. № 29. – 13 с.: ил.
17. Патент 74435 Российская Федерация, МПК7 F 16 K 17/22, F 16 K
17/24. Отсечный клапан / Павлов А.И., Вдовин С.Л. (Россия); заявитель
и патентообладатель Марийский государственный технический
университет. – № 2008102403/22; заявл. 22.01.2008; опубл. 27.06.2008,
Бюл. № 18. – 2 с.: ил.
18
Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.115.02
или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанный и
заверенный печатью учреждения, по адресу: 424000, Республика Марий Эл,
г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, дом 3, ПГТУ, ученому секретарю диссертационного
совета Рукомойникову К.П. Факс (8362)41-08-72.
19
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
747 Кб
Теги
выбросов, защита, рабочей, лесные, средств, совершенствование, жидкости, машина, гидроприводы
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа