Диссертация (1025720), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Автор рассматриваетвопросы применения быстродействующих дискретных клапанов не только для15управления рабочими камерами насосов и гидромоторов, но и для любых другихисполнительных гидродвигателей, например, гидроцилиндров.Вработе[16]профессорЛиньяматакжекасаетсявопросовэнергоэффективности гидравлических приводов. Он предлагает при ее оценке уйтиот коэффициента полезного действия. Обосновывает он это несколькими доводами.Во-первых, оценка по КПД мало информативна, если привод срабатывает не частоили его установленная мощность невелика. Во-вторых нагрузка на исполнительныйдвигатель не всегда бывает препятствующей, и учет помогающей нагрузки крайневажен. В-третьих, понятие КПД неприменимо в случае обратного (без нагрузки) ходаисполнительного двигателя.
Таким образом, автор делает вывод, что наиболееправильным показателем энергоэффективности будет величина потерь энергии,вычисляемая как интеграл по времени от мощности потерь за полный рабочий цикл.Принимая во внимание, что подведенная к гидравлическому приводу энергия можетбыть вычислена как интеграл по времени от мощности на валу насоса, а такжеучитывая наличие аккумуляторов в гидросистеме, можно представить выражение дляпотерь энергии в следующем виде:акдвпотерь = подв − ∑ ∆ак − ∑ дв =1=1где потерь – потери энергии;подв – подведенная энергия;∆ак – изменение энергии в i-ом аккумуляторе;дв – работа, совершенная i-ым гидродвигателем;ак – суммарное число аккумуляторов;дв – суммарное число гидродвигателей.Активноепромышленноевнедрениеприводовсдискретно-фазовымрегулированием проводит британская компания Artemis Intelligent Power из группыкомпаний Mitsubishi Heavy Industries [25], [26], [27], [28].
Свои разработки компанияиспользует в трансмиссиях ветрогенераторов [19], также выпущены опытныеобразцы легкового автомобиля и автобуса с такими приводами [29].16Разработанные ими насос и гидромотор для ветрогенератора показаны наРисунках 1.1.7 и 1.1.8 соответственно.Рисунок 1.7. Многопоршневой насос с дискретно-фазовым регулированием.Рисунок 1.8. Многопоршневой гидродвигатель с дискретно-фазовымрегулированием.В составе насоса имеется 62 цилиндра, каждый из которых управляется своейпарой клапанов. По кинематической схеме такой насос можно отнести к радиальнопоршневым машинам многократного действия с внутренним кулачком.17Гидромотор представляет собой несколько эксцентриковых радильнопоршневых гидромоторов, соединенных на одном валу.
Каждый из цилиндровуправляется парой дискретных клапанов.По данным Artemis Intelligent Power энергоэффективность разрабатываемыхими приводов существенно превосходит энергоэффективность приводов с обычнымирегулируемыми насосами и гидромоторами. В качестве примера можно привестиразработанную для ветрогенератора гидравлическую трансмиссию с максимальнымкпд передачи от вала винта к валу генератора порядка 93,5%.
Также ими была созданагидротрансмиссия для ветрогенератора мощностью 7 Мвт. На Рисунке 1.1.9приведено сравнение коэффициентов полезного действия и потерь энергии дляразработанного компанией Artemis Intelligent Power насоса E-dyn 96 [30] и аксиальнопоршневого насоса с наклонным диском с рабочим объемом 70 см 3. Сравнениепроведено для двух частот вращения.Рисунок 1.9. Сравнение гидромашины E-dyn 96 с дискретно-фазовымрегулированием и регулируемой аксиально-поршневой гидромашины с наклоннымдиском.18Все рассмотренные приводы с дискретно-фазовым регулированием обладаютвысокой энергоэффективностью.
Однако им присущи и определенные недостатки.Отсутствуют данные о надежности приводов с рассматриваемым типомрегулирования. Каждая входящая в состав привода гидромашина оснащена большимколичеством управляемых клапанов. Число срабатываний клапанов в единицувремени зависит от алгоритма управления, но в любом случае остается весьмабольшим.Также нет информации об успешном применении таких приводов в режимеслежения по положению.
Для его реализации потребуется очень большое числорабочих камер в гидромашине, иначе ряд достижимых положений может быть сильнодискретизирован. Отсюда же следуют трудности создания приводов с широкимдиапазоном скоростей. В частности, если речь идет о приводах вращательногодвижения, при работе на малых скоростях возникнут проблемы, связанные сконечным числом рабочих камер в гидромашине и с дискретностью регулирования.Вопрос диапазона достижимых скоростей вращения гидравлических приводовследует рассмотреть отдельно. Верхняя граница диапазона для большинстваприводов определяется следующими общими критериями: ограничение скорости движения элементов конструкции, участвующих впарах трения, включая узлы уплотнений и подшипников; ограничения скорости движения жидкости в каналах.Нижнийпределугловойскорости,характеризующийсявысокойнеравномерностью вращения, вплоть до остановки вала, зависит от конструкцииисполнительного механизма, характера внешних нагрузок и многих других факторов.В различных литературных источниках указывают следующие значения нижнегопредела скоростей вращения выходного вала: 8…16 об/мин для гидродвигателей смалым крутящим моментом (3…20 Н*м) и 2…3 об/мин для двигателей с большимкрутящим моментом (более 100 Н*м) [31]; 3 об/мин для радиально-поршневыхгидромоторов многократного действия [32]; гидромоторы бесшатунного типаработают достаточно плавно при весьма малых числах оборотов до 1 об/мин [33].19Причинами неравномерности вращения выходного вала гидромотора при малыхскоростяхявляютсявозрастающаяотносительнаядоляутечекврасходе,пропускаемом через гидравлическую машину, и нелинейный характер сухого трениякак в самом гидромоторе, так и в нагрузке [34].Приведенные выше данные хорошо согласуются с современным состояниемвопроса.
В Таблице 1 приведены параметры аксиально-поршневых (АП) и радиальнопоршневых (РП) гидродвигателей, выпускаемых на сегодняшний день компаниямиBosch Rexroth и Dusterloh Fluidtechnik [35], [36].20Таблица 1.НазваниеТипAE10АП НДAE40АП НДKM11РПKM110РПRM80NРПRM5000XРППроизводительDusterlohFluidtechnikDusterlohFluidtechnikDusterlohFluidtechnikDusterlohFluidtechnikDusterlohFluidtechnikDusterlohFluidtechniknmin,nmax,об/миноб/мин103000300932000667191036003601257501502158001604021507550019009001012000200021nmax/nminNmax,кВтРПDusterloh(высокоточный)FluidtechnikАП кулачковыйDusterloh(высокоточный)FluidtechnikMCR3РПBosch Rexroth0.5670134080MCR5РПBosch Rexroth0.5475950135MCR10РПBosch Rexroth0.5215430126RMHP90AEHP40Как видно из Таблицы 1, наибольшим диапазоном угловых скоростей обладаетгидромотор AEHP40 компании Dusterloh Fluidtechnik, являющийся уникальной всвоем роде гидромашиной со специальной системой распределения и с особымиконструкторскими решениями в области узлов трения.Среди отечественных работ, посвященных созданию новых гидравлическихприводов и методов управления ими можно отметить несколько работ С.Л.21Самсоновича, посвященных приводам на основе волновых исполнительныхмеханизмовсгидравлическимволнообразователем[37],К.Л.Навроцкого,посвященных шаговым гидравлическим приводам [38] и патент автора Л.П.
Руссина[39] «Двигатель объемного вытеснения».На Рисунке 1.1.10 показана схема двигателя из указанного патента [39].Рисунок 1.10. Двигатель объемного вытеснения Руссина.Шток 16 цилиндра 1 приводит в движение вал 6 посредством кривошипноползунного механизма 5. Рабочая среда (сжатый воздух или жидкость) поступает вполости цилиндра по трубопроводу 3 через распределяющее устройство 7.Управление распределяющим устройством осуществляется при помощи электроннойсистемы управления 8, 17, 19, 20 с учетом показаний датчика положения 15. Длядостижения устойчивого вращения без остановок в мертвой точке, автор предлагаетиспользовать два исполнительных цилиндра, штоки которых движутся со смещением22фазы 90° градусов друг относительно друга. Был разработан прототип такогопривода, работающий на сжатом воздухе.
Данные по достижимому диапазонускоростей, работе в следящих режимах и энергоэффективности этого приводаотсутствуют.Все рассмотренные выше гидравлические приводы имеют некоторыепреимущества перед широко известными приводами с дроссельным и с машиннымрегулированием, выражающиеся либо в более высокой энергоэффективности, либо вбольшей универсальности применения. Однако, и они не всегда могут удовлетворитьвсе требования, предъявляемые к гидравлическим приводам, особенно работающимв составе следящих систем.1.2.Общиепринципыпостроенияэлектрогидравлическихприводов сраздельным управлением группами поршнейЭлектрогидравлический привод с раздельным управлением группами поршнейпредставляетсобойнесколькогидравлическихцилиндров,выполненныхраздельными агрегатами, либо конструктивно объединенных в блок цилиндров,штоки которых согласованно взаимодействуют с механизмом преобразованиядвижения.
Согласованная работа гидроцилиндров осуществляется при помощиспециальныхраспределяющихустройств.Распределяющимиустройствамиуправляет специальный электронный блок, получающий в качестве входныхсигналов определенные задания и данные о текущем положении выходного звенапривода. Обобщенная структурная схема привода показана на Рисунке 1.1.11.23Рисунок 1.11. Обобщенная структурная схема привода.Для пояснения элементов схемы рассмотрим более подробно привод, в которомдля преобразования движения используется кулачковый механизм, а штокигидроцилиндров являются толкателями. Схема такого привода показана на Рисунке1.1.12.Рисунок 1.12. Схема привода с кулачковым механизмом.24На Рисунке 1.1.12 ротор механизма представляет собой кулачок сгармоническим профилем. Под кратностью профиля будем понимать число двойныхходов каждого толкателя за один оборот кулачка. Для случая, изображенного наРисунке 1.1.12, кратность равна 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
