Теоретические основы расчета системы управления гидравлического привода стенда для испытаний поршневых гидравлических цилиндров

Введение. Долговечность и работоспособность гидравлических машин определяется в результате ресурсных испытаний. При этом для силового нагружения гидравлического двигателя применяются различные тормозные устройства (механические, электрические, гидравлические и др.), в результате чего теряется значительное количество энергии. Этого можно избежать, если при ресурсных испытаниях использовать метод вращательного движения с рекуперацией энергии. Такой подход применим для гидравлических насосов, моторов, а также гидравлических цилиндров.

Материалы и методы. Представлен испытательный стенд, конструкция которого позволяет воссоздать условия, максимально соответствующие реальной эксплуатации гидравлических цилиндров. При этом возможна рекуперация энергии. Для решения задач исследования использованы методы математического моделирования, рассчитаны основные функциональные параметры предлагаемой конструкции. Определение приращения давления в различных точках гидравлической системы базируется на теории объемной жесткости. При моделировании движения подвижных элементов гидравлической системы стенда использованы законы движения ротора.

Результаты исследования. В структуре испытательного стенда рассматриваемые гидроцилиндры размещены в напорной магистрали между гидронасосом и гидромотором. Это позволяет существенно уменьшить сам стенд и сэкономить значительное количество энергии за счет ее рекуперации. Приведена принципиальная гидравлическая схема стенда для испытаний поршневых гидроцилиндров, в рамках которой показана работа подвижных элементов системы. Выполнено математическое моделирование гидравлической системы стенда. Показана кинематическая схема механизма передачи движения между испытуемыми цилиндрами.

Обсуждение и заключения. Представленная в статье система уравнений показывает, каким образом определяется приращение давления в выбранных узловых точках системы рекуперации энергии (в частности, как приращение зависит от времени, приведенного коэффициента объемной жесткости, расхода рабочей жидкости, площади поршней). Величины скоростей перемещения плунжеров гидравлических цилиндров определены согласно кинематической схеме механической передачи стенда. Итоги исследования позволяют утверждать, что, благодаря представленному в статье решению, результаты ресурсных испытаний гидравлических цилиндров будут адекватно отражать их работу при номинальном режиме эксплуатации.

1. Никитин, О. Ф. Надежность, диагностика и эксплуатация гидропривода мобильных объектов / О. Ф. Никитин. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 312 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта [и др.]. — Москва : Машиностроение, 1982. — 423 с.

3. Устьянцев, М. В. Повышение эффективности привода стенда испытаний гидромашин вращательного действия : автореф. дис. … канд. техн. наук / М. В. Устьянцев. — Ростов-на-Дону, 2012. — 18 с.

4. Исследование рекуперативной гидромеханической системы стенда испытаний объемных гидромашин / А. Т. Рыбак [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 11, № 9 (60). — С. 1651–1661.

5. Рекуперация энергии при испытании гидроцилиндров / А. Н. Чукарин [и др.] // Вестник Ростов. гос. ун-та путей сообщений. — 2009. — № 4. — С. 12–16.

6. Рекуперация энергии при испытании поршневых гидроцилиндров / А. Н. Чукарин [и др.] // Инновационные технологии в машиностроении : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2009. — С. 64–67.

7. Рыбак, А. Т. Моделирование и расчет стенда для испытаний плунжерных гидравлических цилиндров / А. Т. Рыбак, С. А. Фреинт, Д. С. Мазнев // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения : тр. 10-й междунар. науч.-практ. конф. 1–3 марта 2017 г. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2017. — С. 692–695.

8. Фреинт, С. А., Математическое моделирование гидросистемы стенда с улучшенными характеристиками / С. А. Фреинт, А. Т. Рыбак // Системный анализ, управление и обработка информации : тр. VII междунар. семинара 6–12 октября 2016 г. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2016. — С. 57–61.

9. Рыбак, А. Т. Моделирование гидромеханической системы испытательного стенда с рекуперацией энергии / А. Т. Рыбак, С. А. Фреинт, А. Ю. Пелипенко // Механика, оборудование, материалы и технологии : мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. 29–30 марта 2018 г. — Краснодар : ПринтТерра, 2018. — С. 163–169.

10. Моделирование и исследование динамики привода стенда испытаний гидравлических машин возвратно-поступательного действия / А. Т. Рыбак [и др.] // Динамика технических систем «ДТС-2018» : сб. тр. XIV междунар. науч.-техн. конф. 12–14 сентября 2018 г. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ. — С. 68–72.

11. Богуславский, И. В. Научно-методологические основы проектирования приводов технологических машин / И. В. Богуславский, А. Т. Рыбак, В. А. Чернавский. — Ростов-на-Дону : Ин-т управления и инноваций авиационной промышленности, 2010. — 276 с.

12. Рыбак, А. Т. Совершенствование научно-методологических основ проектирования систем приводов технологических машин / А. Т. Рыбак, И. В. Богуславский // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2010. — Т. 10, № 2 (45). — С. 249–257.

13. Modeling and calculation of hydromechanical systems dynamics based on the volume rigidity theory / A. T. Rybak [et al.] // MATEC Web of Conferences. — 2018. — Vol. 226. — P. 6.

14. Теоретические исследования гидромеханического привода рабочего органа мобильной технологической машины / А. Р. Темирканов [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2015. — Т. 15, № 2 (81). — С. 56–64.

15. Рыбак, А. Т. Моделирование и исследования синхронного гидромеханического привода мобильной технологической машины / А. Т. Рыбак, А. Р. Темирканов, О. В. Ляхницкая // СТИН. — 2017. — № 9. — С. 15–20.

16. Рыбак, А. Т. Динамика синхронного гидромеханического привода мобильной технологической машины / А. Т. Рыбак, А. Р. Темирканов, О. В. Ляхницкая // СТИН. — 2018. — № 3. — С. 4–7.

17. Rybak, A. T. Dynamics of Synchronous Hydromechanical Drive in Mobile Machine / A. T. Rybak, A. R. Temirkanov, O. V. Lyakhnitskaya // Russian Engineering Research. — 2018. — № 38 (9). — P. 702–704. DOI 10.3103/S1068798X18090253.

18. Rybak, A. T. Synchronous hydromechanical drive of a mobile machine / A. T. Rybak, A. R. Temirkanov, O. V. Lyakhnitskaya // Russian Engineering Research. — 2018. — № 38 (3). — P. 212–217.

19. Tsybry, I. K. Analysis of the influence of positive feedback on the quality of the control system [Электронный ресурс] / I. K. Tsybry, V. I. Ignatenko. — Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/320732047_Analysis_of_the_influence_of_positive_feedback_on_the_quality_of_the_control_systemDOI:%2010.1051/matecconf/%20201713202011 (дата обращения : 12.08.19).

20. Рыбак, А. Т. К вопросу о вычислении приведенного коэффициента объемной жесткости гидролиний / А. Т. Рыбак, О. В. Ляхницкая // Механика, оборудование, материалы и технологии : тр. междунар. науч.- практ. конф. — Краснодар : Изд-во Кубан. гос. технолог. ун-та, 2018. — С. 169–175.

21. Rybak, A. Modelling the reduced coefficient of volumetric rigidity in high-pressure rubber-cord shell hoses [Электронный ресурс] / A. Rybak, O. Lyakhnitskaya. — Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/320732124_Modelling_the_Reduced_Coefficient_of_Volumetric_Rigidity_in _High-Pressure_Rubber-Cord_Shell_Hoses (дата обращения : 12.08.19).