Влияние нелинейных упругих характеристик полостей гидросистемы на переходные процессы

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1970

Том 173

ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛОСТЕЙ ГИДРОСИСТЕМЫ НА ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

И. А. НЕМИРОВСКИИ, О. И. ВАСЕНКОВ, П. Я. КРАУИНЫП, Э. Г. ФРАНК

Полости гидросистемы, заполненные рабочей жидкостью, находящейся под давлением, обладают упругими свойствами, которые влияют на динамику всей системы. Учет этих упругих свойств необходим при исследованиях переходных быстропротекающих процессов.

Следует отметить, что до недавнего времени считалось возможным принимать рабочие жидкости в гидросистемах несжимаемыми, а полости— абсолютно жесткими.

В настоящее время, как правило, учитываются как сжимаемость жидкости, так и упругость полостей, но при этом упругая характеристика полости, заполняемой жидкостью, считается постоянной величиной, не зависящей от параметров динамического процесса.

Исследования показали, что эти характеристики непостоянны [1; 2; 3].

В общем случае в состав какой-либо магистрали гидросистемы могут входить следующие упругие элементы:

1. Рабочая жидкость. Сжимаемость рабочей жидкости, характеризуемая коэффициентом р, уменьшается с увеличением давления. При наличии в рабочей жидкости нерастворенного воздуха зависимость р от давления р весьма существенна и зависит от количества нерастворенного воздуха, показателя п политропического процесса, протекающего в газовых включениях, и характера массообмена между жидкой и газовой фазами во время динамического процесса.

2. Полости, образованные металлическими трубопроводами, камерами гидродвигателей и гидроаппаратуры имеют постоянную податливость К(р) м ) но величина их податливости, определяемая экспериментальным путем, как правило, больше расчетной величины К(р)м • Это можно объяснить не учитываемыми при расчетах деформациями стыков, уплотнений, резьбовых соединений и т. д.

3. Гибкие шланги высокого давления обладают нелинейно зависящей от давления податливостью, которую можно оценить коэффициентом К(р) определяемым экспериментально статическим нагруже-нием шланга давлением.

В динамике сложная кордо-резино-металлическая конструкция шланга проявляет специфические свойства:

а) в зависимости от скорости изменения объема полости шланга (изменения скорости деформации стенок шланга) изменяется величина податливости шланга.

нои 7

В первом приближении это свойство шланга можно оценить величи-где УУ — объем шланга, т и -/ — коэффициенты, опре-

М

деляемые экспериментально.

Опыты авторов показали, что т и * могут быть приняты постоянными в каждом конкретном интервале скоростей изменения давле-

йр ния — ;

<и

б) отдельные типоразмеры гибких шлангов имеют четко выраженные гистерезисные свойства.

Таким образом, магистраль гидросистемы, включая все перечисленные выше упругие элементы, может быть оценена суммарным коэффициентом податливости:

к

И/2

где И^е, и \УЖ — объемы всей магистрали, полостей в метал-

лических деталях, шлангах и объем жидкости, находящейся в магистрали, соответственно. Если необходимо учитывать полости в металлических деталях, различных по конфигурации и материалу корпуса, то

Коэффициент К(р)ъ позволяет учесть в динамике всю магистраль в виде члена

аЬ

Так как К{р)ъ зависит от параметров переходного процесса, т. е. величина непостоянная, то расчет динамики гидросистемы удобно вести приближенными графоа налитическими способами [2].

Рассмотрим некоторые вопросы, связанные с учетом зависимости пругих свойств шланга от скорости деформации его полости, т. е.

~ (Ш л ~

с учетом величины т

М

Представим приращение давления в системе, как сумму

Д р = Ару + Д/?с,

где Д/7У шланга, сШ

и Д/?с — составляющие, зависящие от сил упругости гибкого

1

т. е. пропорциональные -, и от сил, пропорциональных

К{р\

<н

соответственно.

Тогда

В свою очередь:

¿Ру М

йр _ ёру ИГ

<3,

¿Р*

^о К(Р),

ЛРс (И

= тг

¿0п

м

где С1Ш — расход, вызванный изменением объема шланга. 154

Соотношения (3), (4) и (5) позволяют найти значения у и х из данных экспериментов. Для конечного интервала времени имеем

Д/7 Qщ.cp М

По осциллограммам динамического процесса определяются

Шп

Г А* 1 х Г

т-

AQm.

Дt = t2 — tx; Д<3ШЛ - <3шл2 — Q

ШЛр

'ср

Д/7 И К(Р)Ш Для /> +

Д/1

Затем методом наименьших квадратов полученные результаты обрабатываются с учетом того, что f = const, а

Исследования, выполненные авторами, позволяют сделать вывод о том, что расчет переходных процессов в гидросистемах без учета упругодинамических характеристик всех упругих элементов системы приводит к значительным погрешностям (до 60-^70% по амплитуде давления и до 30-^-40% по фазе давления), о о dP

В конкретных интервалах значении —- можно использовать сред-

dt

ние постоянные значения f и х. Расчет динамики гидросистемы без учета зависимости упругих характеристик шланга от скорости

деформации можно вести при —<100 кг\сж-сек. При ^>(100н-

dt dt

j

150) кг\смг''сек следует учитывать величину = у

dt

dQ

Шл

dt

ЛИТЕРАТУРА

1. Т. М. Башта. Самолетные гидравлические приводы. Машгиз, 1959.

2. И. А. Н е м и р о в с к и й. Графоаналитический метод расчета гидроприводов. I !зд-зо «Машиностроение», 1968.

3. В. Н. Прокофьев, И. А. Л у з а н о в а. Упругие характеристики гидропривода. Изв. вузов, Машиностроение, № 7, 1966.