Исследование динамики объемного гидропривода

Лекция 6 Исследование динамики объемного гидропривода На строительно-дорожных машинах применяются различные типы приводов: механические, гидравлические, электрические. Гидравлические, в частности, объемные гидроприводы по сравнению с другими типами имеют следующие преимущества: - бесступенчатое регулирование скорости в широких пределах и ее реверсирование; - возможность получения больших передаточных отношений при сравнительно небольших весе и габаритах оборудования; - независимая компоновка агрегатов трансмиссии; - надежное предохранение системы от перегрузок; - возможность автоматизации рабочего процесса. Основными агрегатами объемного гидропривода являются насос, двигатель, регулирующая и предохранительная аппаратура. С целью упрощения расчетной схемы регулирующая и предохранительная аппаратура не показана. На рис. 1 представлена расчетная схема объемного гидропривода. Представленная расчетная схема может быть описана следующей системой уравнений: где k – коэффициент упругости рабочей жидкости и гидролиний, м3/Па; р - давление в напорной магистрали, Па; t – время, с; q - рабочий объем гидронасоса, м3\р; w - угловая скорость гидронасоса, p/c; S – площадь поперечного сечения штоковой полости гидроцилиндра, м2; k1 – коэффициент вязкого трения жидкости, Нс/м; х – перемещение штока гидроцилиндра, м; М – масса груза, кг; с – коэффициент жесткости пружины, Н/м; G – вес груза, Н. Уравнение (1) формирует изменение давления в напорной магистрали. Правая часть представляет собой разницу подачи насоса и расхода жидкости через гидроцилиндр. Если расход равен подаче, то правая часть уравнения превращается в ноль, и изменение давления в напорной магистрали не происходит. При увеличении подачи насоса по сравнению с расходом давление в напорной магистрали будет расти, при уменьшении – падать. Уравнение (2) формирует перемещение штока гидроцилиндра вверх совместно с ударной частью, преодолевая сопротивление пружины. В правой части уравнения показана алгебраическая сумма четырех сил. Первое слагаемое представляет собой активное усилие на штоке гидроцилиндра, второе – сопротивление вязкого трения, третье - сопротивление от сжатия пружины, четвертое – вес ударной части. Если активное усилие уравновешивается сопротивлениями, тогда шток гидроцилиндра стоит на месте или перемещается равномерно. Если указанное условие не соблюдается, движение штока будет с переменной скоростью. Для решения системы дифференциальных уравнений необходимо составить Simulink-схему (рис. 2). По мощности двигателя внутреннего сгорания (лабораторная работа 4) выбрать марку гидронасоса (табл.1) таким образом, чтобы его номинальная мощность не превышала мощность ДВС. Таблица 1 Технические характеристики аксиально-поршневых насосов серии 310 Типоразмер 12 28 56 80 112 160 250 Рабочий объем Vg', см3/об 11,6 28 56 80 112 160 250 Частота вращения вала n, об/мин               - минимальная nmin 400 400 400 400 400 400 400 - номинальная nnom 2400 1920 1800 1500 1200 1200 960 Подача Q, л/мин               - минимальная Qmin 4,64 11,0 22,0 32,0 44,0 64,0 100,0 - номинальная Qnom 27,4 53,6 84,0 120,0 134,0 192,0 240,0 Давление нагнетания P, МПа               - номинальное Pnom 20 20 20 20 20 20 20 - максимальное рабочее Pmax для насосов типа 310.4 - - 40 40 40 40 40 Мощность потребляемая N, кВт               - номинальная Nnom (при nnom, Pnom) 15,6 28,0 46,6 59,3 74,6 93,3 125,0 Крутящий момент приводной T, Нм               - номинальный Тnom (при Pnom) 38,8 93,8 187,6 278,5 375,2 536,1 837,6 Коэффициент подачи 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 Масса, кг 4 9 17 19 29 45 65 Нанести параметры выбранного гидронасоса на Simulink-схему, недостающие параметры принять равными: k=30*10-6 м3/Па; S=10-3м2; М=2000 кг; с=5*106Н/м, k1=600 Нс/м. Получить зависимости давления в напорной магистрали, скорости и перемещения ударной части во времени (рис. 3). В первоначальный момент времени ударная часть находится в нижнем положении на нулевой отметке. При подаче рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра в последней начинает возрастать давление, под действием которого поршень со штоком движется вверх, преодолевая сопротивление вязкого трения, жесткость пружины и вес ударной части. На отрезке времени около 0,2 секунды скорость перемещения штока пульсирует из-за переходных процессов в системе. Однако колебания вскоре затухают, и скорость перемещения стабилизируется на отметке 5 м/с. Перемещение ударной части и давление в системе нарастают и через 1секунду выходят на уровень заданных: 4 метра и 20 МПа соответственно.