Підвищення ефективності автономного рульового гідроагрегата шляхом раціонального вибору його параметрів - Автореферат

У гідроагрегаті з дросельним принципом регулювання напрямку і величини потоку робочої рідини відбувається за рахунок дроселювання прохідних перетинів. Разом з певними перевагами (простота конструкції, надійність) такий гідроагрегат має істотний недолік: низький ККД, обумовлений самим принципом дросельного регулювання, оскільки в процесі дроселювання неминучі втрати енергії з виділенням тепла. В даний час спостерігаються наступні тенденції у галузі використовування гідроагрегату: - підвищення потужності пристроїв, в яких застосовується гідроагрегат і, відповідно, підвищення потужності гідроагрегату; Враховуючи відмічені вище факти, особливу актуальність набуває проблема підвищення ККД гідроагрегату, а, отже, зниження споживання енергії і зменшення встановленої потужності приводних двигунів, що забезпечують роботу насосів гідроагрегату. Основним і найрадикальнішим шляхом підвищення ККД гідроагрегату є використовування обємного принципу регулювання, тобто регулювання за рахунок зміни робочого обєму гідромашин, що передають енергію в гідроагрегаті.У вступі обґрунтована актуальність дослідження ефективності автономного рульового гідроагрегата, сформульована мета роботи, наукова проблема і задачі, що її складають, визначені загальні положення, що мають наукову новизну та практичну цінність. (4) де: Слід зазначити, що необхідність введення зворотного звязку по кутовій швидкості ротора визначається тим, що при замиканні контура ЕМП тільки по куту не вдається одержати необхідну жорсткість механічної характеристики та якість перехідного процесу. Встановлено, що при коефіцієнті посилення 130 В/В і коефіцієнті зворотного звязку по кутовій швидкості ротора kvц=0,05 В/(рад/с), можуть бути досягнуті необхідна жорсткість і частотні характеристики певної якості. Як правило, при роботі агрегату тиск в одній з порожнин мінімальний (відповідає тиску підживлення в баку), при цьому в динамічних процесах можливо зниження тиску нижче за тиск паротворення робочої рідини з утворенням вакуумних порожнин. Проте дисертантом проведені дослідження, що показують, що таке твердження не може сприйматися однозначно і мають місце режими роботи гідроагрегату, коли жорсткість гідравлічної пружини гідроциліндра у обємного гідроагрегату така ж, або всього лише ненабагато нижче, ніж у дросельного, причому ступінь зниження жорсткості незначний і залежить від наявності нерозчиненої повітряної фази в робочій рідині.Виконаний аналіз літературних джерел, присвячених конструкціям і математичним моделям комплексу гідропристроїв і системи керування гідроагрегатом в цілому, зясування неврахованих факторів дозволили розробити більш повну нелінійну математичну модель. Запропонована математична модель і відповідна до неї структурно-функціональна схема вирішення поставленої наукової проблеми в пакеті імітаційного моделювання, дозволяє досліджувати динамічні характеристики комплексу гідропристроїв системи управління гідроагрегатом при різноманітних законах керування. Знайдена можливість безпосереднього керування похилою шайбою регульованого насоса за допомогою електромеханічного перетворювача, проте необхідно передбачити заходи щодо досягнення необхідної жорсткості механічної характеристики такого перетворювача і стійкості його контура управління. Встановлено, що характеристики замкнутого і розімкненого контурів гідроагрегату, який розглядається в даній роботі, з обємним регулюванням в цілому задовольняють вимогам, що предявляються до слідкуючих систем керування. Проведені аналітичні дослідження показали, що поблизу нульового положення похилої шайби навіть за відсутності тиску в лінії нагнітання, має місце досить істотна дія з боку плунжерів на похилу шайбу аксіально-плунжерного насоса.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі дослідження шляхів підвищення ефективності автономного рульового гідроагрегату на базі розробки його більш повної математичної моделі. Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у наступному: 1. Виконаний аналіз літературних джерел, присвячених конструкціям і математичним моделям комплексу гідропристроїв і системи керування гідроагрегатом в цілому, зясування неврахованих факторів дозволили розробити більш повну нелінійну математичну модель.

2. Запропонована математична модель і відповідна до неї структурно-функціональна схема вирішення поставленої наукової проблеми в пакеті імітаційного моделювання, дозволяє досліджувати динамічні характеристики комплексу гідропристроїв системи управління гідроагрегатом при різноманітних законах керування.

3. Знайдена можливість безпосереднього керування похилою шайбою регульованого насоса за допомогою електромеханічного перетворювача, проте необхідно передбачити заходи щодо досягнення необхідної жорсткості механічної характеристики такого перетворювача і стійкості його контура управління.

4. Встановлено, що характеристики замкнутого і розімкненого контурів гідроагрегату, який розглядається в даній роботі, з обємним регулюванням в цілому задовольняють вимогам, що предявляються до слідкуючих систем керування.

5. Зона нечутливості в замкнутому контурі складає декілька сотих відсотка, що цілком забезпечує вимоги до точності гідроагрегатів для мобільних машин.

6. В дослідженому варіанті автономного гідроагрегату стала часу перехідного процесу в складає 0,08 …0,1 секунди, що дозволяє використовувати такий агрегат в контурі керування рульових механізмів.

7. Проведені дослідження показують, що амплітудні і фазові частотні характеристики замкнутого контура залежать від амплітуди вхідного сигналу, що пояснюється насиченням по продуктивності насоса і тертям в елементах приводу.

8. Динамічна жорсткість гідроагрегату в замкнутому контурі залежить як від величини збурюючого зусилля, так і від тиску в корпусі. Збільшення збурюючого зусилля приводить до збільшення динамічної жорсткості. Збільшення тиску в корпусі гідроагрегату так само приводить до збільшення динамічної жорсткості.

9. Запропоновано істотне поліпшення динамічних характеристик гідроагрегату за рахунок організації порівняно нескладного контура керування, побудованого за принципом неповного модального управління.

10. Проведені аналітичні дослідження показали, що поблизу нульового положення похилої шайби навіть за відсутності тиску в лінії нагнітання, має місце досить істотна дія з боку плунжерів на похилу шайбу аксіально-плунжерного насоса. Відмічений ефект має істотне значення для малих насосів, що працюють при великих частотах обертання, і зменшується із зростанням габаритів насоса. Наявність великого градієнта зміни моменту поблизу нульового положення похилої шайби викликає необхідність використовування приводного механізму, що має достатню статичну і динамічну жорсткістю моментної характеристики. Одержані розрахункові залежності дозволяють набути чисельні значення силових параметрів механізму керування.

11. Виконані тестові дослідження математичної моделі комплексу гідропристроїв шляхом порівняння розрахункових динамічних характеристик з реальними, отриманими при експерименті. Показано, що має місце істотна нелінійна дія з боку гойдаючого вузла на похилу шайбу аксіально-плунжерного насоса при високих частотах обертання. Розрахункове значення цієї дії добре узгоджується з результатами експерименту.

12. Підвищення ефективності функціонування системи досягнуто шляхом оптимізації значень коефіцієнтів настройки каналів за критерієм відносної інтегральної квадратичної оцінки.

13. Обґрунтовано введення гнучких зворотних звязків за швидкістю переміщення золотника гідророзподільника і швидкістю руху штоку сервомотора, які підвищують стійкість комплексу гідропристроїв і поліпшують його динамічні характеристики.

14. Отримана аналітична залежність зусиль, що виникають на похилій шайбі аксіально-плунжерного насоса, причому аналізу піддається також режим малого тиску нагнітання. Цей режим важливий при роботі слідкуючого гідроагрегату обємного регулювання, оскільки значну частину часу похила шайба знаходиться поблизу нульових кутів відхилення при невеликому тиску нагнітання;

15. Основні наукові положення і результати роботи, викладені в дисертаційній роботі мають практичну значимість при проектуванні, а також в навчальному процесі у дисциплінах "Обємні гідропневмомашини", "Теорія автоматичного керування і динаміка гідропневмосистем" і "САПР гідропневмосистем" (НТУ “ХПІ”). Результати роботи можуть бути передані до промислових підприємств і використані у відповідності до планів виробництва.

1. Гладкий П.М., Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Нелинейная математическая модель контура управления электрогидравлического следящего привода системы регулирования паровой турбины // Вісник Сумського державного університету.- Суми, 2003.- Вип.13 (59). - С. 108 - 112. Здобувачем запропонована нелінійна математична модель електрогідравлічного слідкуючого привода.

2. Гладкий П.М., Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Динамика сервомотора регулирующих клапанов турбины Р-12-3,4/0,3 с учетом инерционности подвижных деталей механизмов парораспределения // Технологія і техніка друкарства.- К.: НТУУ„КПІ”, 2004.- Вип.2-3(4-5).- С. 81 - 84. Здобувачем запропонований алгоритм розрахунку сили опору, прикладеної до штоку сервомотора.

3. Гладкий П.М., Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Исследование динамических свойств электрогидравлического преобразователя в системе регулирования паровой турбины // Вісник Національного технічного університету „ХПІ”.- Х.: НТУ „ХПІ”, 2004.- Вип. 11.- С. 43 - 48. Здобувачем виконаний в пакеті імітаційного моделювання розрахунок і аналіз динамічних характеристик.

4. Гладкий П.М., Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Повышение динамических характеристик гидропривода объемного регулирования // Восточно-Европейский журнал передовых технологий- Х.: НТУ „ХПІ”, 2005.- Вип. 3/1(15).- С. 19 - 22. Здобувачем виконаний розрахунок динамічних характеристик гідропривода.

5. Гладкий П.М., Тайсир Мохамад Нур Фахреддин, Бурняшев А.В. Влияние газовоздушной фазы рабочей жидкости на динамическую жесткость гидроцилиндра объемного гидропривода // Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии.- Краматорск: ДГМА, 2005.- Вып. 1.- С. 172 - 177. Здобувачем виконаний в пакеті математичного імітаційного моделювання розрахунок і аналіз динамічних характеристик.

6. Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Анализ факторов влияния на усилия перестановки наклонной шайбы аксиально-поршневого насоса // Вісник Національного технічного університета „ХПІ”.- Х.: НТУ „ХПІ”, 2005.- Вип. 11.- С. 43 - 48.

7. Тайсир Мохамад Нур Фахреддин. Структурная коррекция контура управления объемного гидропривода // Вісник Національного технічного університета „ХПІ”.- Х.: НТУ „ХПИ”, 2006.- Вип. 10.- С. 67 - 73.