Моделирование следящего гидропривода с учетом наличия нерастворенного воздуха в рабочей жидкости

Решетневские чтения

УДК 621.6.01

А. А. Коева

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия, Уфа

МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛЕДЯЩЕГО ГИДРОПРИВОДА С УЧЕТОМ НАЛИЧИЯ НЕРАСТВОРЕННОГО ВОЗДУХА В РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Рассматриваются вопросы разработки и исследования гидравлических систем, обсуждаются вопросы влияния присутствия нерастворенного воздуха в рабочей жидкости системы, приводится математическая модель привода с учетом влияния газосодержания, описываются результаты исследования.

Проектирование гидравлических систем в основном базируется на общих методиках расчета деталей и механизмов и на огромном систематизированном опыте практической эксплуатации этих объектов. В традиционной методике проектирования огромное место до 30...50 % общих затрат, по мнению И. И. Бажина, составляют затраты на экспериментально-доводочные исследования и испытания, а также на доработку по выявленным в результате испытаний дефектам. Поэтому задача автоматизации процесса проектирования в рамках методики виртуальной разработки и сопровождения изделия, как и задача углубленных расчетно-теоретических и экспериментальных исследований многообразных и сложных физических явлений и взаимодействий, имеющих место в узлах гидравлических систем, с использованием современных программ и методов, является актуальной, а с учетом достигнутого современного уровня знаний в этой области характеризуется повышенной трудностью [1].

Таким образом, моделирование является необходимой составляющей при исследовании и разработке гидросистем и агрегатов авиационной техники, однако все имеющиеся аналитические методы являются недостаточно пригодными для проектирования технических средств гидроавтоматики.

В настоящее время возможно моделирование устройств гидроавтоматики в нелинейной подстановке, учитывая все возможные особенности физических процессов и дефекты.

Так, в гидроприводах при смене этапов циклограммы интенсивно изменяются площади окон управляющих гидроустройств, но при достаточно большой кинетической энергии движущихся частей резкие изменения площади окон приводят к резкому изменению давлений в гидросистеме и к ударам, а в отдельных частях гидросистемы может возникнуть вакуум. Удары, как известно, приводят к динамическим перегрузкам деталей машины, расшатыванию соединений и к потере герметичности. Пики давления уменьшают срок службы насосов и других гидроустройств.

При вакууме из жидкости выделяется растворенный воздух. Появление нерастворенного воз-

духа снижает жесткость системы. Это способствует возникновению колебаний и появлению скачкообразного движения выходных звеньев гидродвигателей, а при определенных условиях -к их самопроизвольному выстою или скачку [2].

Для того чтобы учесть влияние газосодержания на работу гидропривода, необходимо разработать математическую модель, использующую предложенный Е. А. Цухановой переменный модуль объемной упругости, который учитывает давление и количество воздуха в жидкости.

Математическая модель, которая описывает поведение следящего привода, состоит из следующих уравнений:

- уравнения движения поршня гидроцилиндра с массой

(р1 - р2)  е - к  - е

т

ту т2 у

в^п — = т  —-, Ж Ж2

где Р1 - давление в нагнетательной полости гидроцилиндра; р2 - давление на сливе; Е - площадь поршня; - коэффициент вязкого трения; у - перемещение поршня гидроцилиндра; Ес - сила сухого трения; т - масса поршня с нагрузкой;

- уравнения баланса расходов на входе в гидроцилиндр

ц  Ъ (х - ко,

у) чр \Рр- Р1

= Е  + &

81§П(Рр - Р1) =

^0 + Е  у &Р1

ех{ р) а

где ц - коэффициент расхода; Ъ - длина щели золотника; х - ширина щели золотника; кос - коэффициент обратной связи; р - плотность рабочей жидкости; рр - давление питания; У10 - начальный объем в нагнетательной полости гидроцилиндра; Е1(р) - модуль объемной упругости жидкости на входе с учетом газосодержания;

- уравнения модуля объемной упругости жидкости с учетом газосодержания

Ех( р) = -

105

а

1

105

(Р +1)"+1 105

[1 -а-

1

(А+1)" 105

-]

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

где а - содержание воздуха в жидкости (0...0,2); п - показатель политропы (для адиабатического процесса п = 1,4, для изотермического процесса п = 1); Ег - модуль объемной упругости жидкости;

- уравнение баланса расходов на выходе из гидроцилиндра

Е ' ^ = Ц ' Ь ' (Х " к°С ' У) Р2 - *

**«>(Р2 - Р„) + '

е2 (р) т

где Е2(р) - модуль объемной упругости жидкости на выходе с учетом газосодержания.

В результате численного исследования в среде Ма&САО установлено, что в следящем приводе при увеличении массы нагрузки и содержания

воздуха увеличивается колебательность процессов, происходящих в системе.

Таким образом, необходимо совершенствовать методы проектирования гидравлических систем, поскольку это способствует быстрому и точному исследованию имеющихся устройств, а также упрощает и ускоряет процесс разработки новых, что особенно ценится на современном этапе развития техники.

Библиографический список

1. Холкин, И. Н. Моделирование рабочих процессов аксиально-плунжерных гидромашин как часть методики виртуальной разработки и сопровождения изделий / И. Н. Холкин, А. В. Пузанов. М. : Рус. пром. комп., 2006.

2. Цуханова, Е. А. Динамический синтез дроссельных управляющих устройств гидроприводов / Е. А. Цуханова. М. : Наука, 1978.

A. A. Koeva

Ufa State Aviation Technical University, Russia, Ufa

MODELLING OF THE WATCHING HYDRODRIVE TAKING INTO ACCOUNT THE PRESENCE OF NON DISSOLVED AIR IN THE WORKING LIQUID

Questions of working out and research of hydraulic systems are considered, questions of influence ofpresence of non dissolved air in a working liquid of system are discussed, the mathematical model of a drive taking into account influence of gas content is resulted, results of the research are described.

© KoeBa A. A., 2009

УДК 62-83

В. П. Кочетков, Н. С. Дьяченко

Хакасский технический институт - филиал Сибирского федерального университета, Россия, Абакан

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ТРЕХМАССОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ПОВОРОТНОГО МЕХАНИЗМА

Рассмотрена динамика электропривода поворотного механизма с нетрадиционными системами управления, отличающимися введением компенсации внутренних возмущений по ЭДС двигателя и моменту упругому, а также применение данного метода к многодвигательным системам, с учетом зазоров в передачах.

В ходе исследования была рассмотрена трех-контурная система поворотного механизма (СПР) тока возбуждения, тока якорной цепи и скорости двигателя. Проведено моделирование динамики трехмассовой двухдвигательной электромеханической системы (ЭМС) поворотного механизма экскаватора. Исследовано влияние коррекции по ЭДС двигателя и упругому моменту на характеристики переходного процесса.

Математическое описание ЭМС в векторно-матричной форме при общепринятых допущениях примет вид [1]

Х = А X + Ви ,

где х = [4, ^ 12,Mn, ю2 ].

Традиционно при синтезе систем подчиненного регулирования пренебрегают действием ЭДС двигателя и момента упругого.