Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

АНАЛИЗ РАБОТЫ АКСИАЛЬНЫХ ГИДРОМАШИН НА ПОНИЖЕННЫХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ РОТОРОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ НАГРУЗКАХ

Научная статья
Колпаков Е.А.
Зуев Ю.Ю.
Выпуск: № 9 (40), 2015
Опубликована:
2015/10/15
PDF

Колпаков Е.А.1, Зуев Ю.Ю.2

1Бакалавр, 2Кандидат технических наук, доцент, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт

АНАЛИЗ РАБОТЫ АКСИАЛЬНЫХ ГИДРОМАШИН НА ПОНИЖЕННЫХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ РОТОРОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ НАГРУЗКАХ

Аннотация

Перечислены основные затруднения, препятствующие устойчивой работе  аксиальных машин при работе низких и сверхнизких скоростях вращения ротора. Показаны наиболее перспективные направления решения задачи снижения нижнего предела скоростного диапазона машин.

Ключевые слова: Аксиально-поршневая гидромашина, трение, регулирование, потери, кавитация, уплотнения, износ.

Kolpakov E.А.1, Zuev Y.Y.2

1Bachelor, 2PhD in Engineering,  associate professor, National research university Moscow power engineering institute

THE ANALYSIS OF THE OPERATION OF HYDRAULIC AXIAL-PISTON PUMPS AT LOWER ROTOR SPEED AT THE ACCELERATED LOAD

Abstract

The main difficulties impeding the persistent operation of the hydraulic axion-piston pump at the low and ultralow rotor speeds are listed in this work; the most prospective ways to solve the problem of reducing the lower limit of the high-speed machines are shown.

Keywords:  Hydraulic axial-piston pump, friction, control, losses, cavitation, seal, deterioration.

Аксиальные гидромашины с поршневыми и плунжерными вытеснителями (АпГМ) нашли широкое применение в технике, благодаря известным преимуществам: энергоёмкость, регулируемость и реверсивность с высокими показателями быстродействия, обратимость (для конструкций с золотниковым распределением жидкости) компактность, достаточно широкий диапазон регулирования подачи (для насосов) или скоростей и тяговых моментов (для гидромоторов). Благодаря этому они получили широкое распространение во многих отраслях –  в авиации,  судостроении, строительной, горнодобывающей технике, грузоподъёмных механизмах, робототехнических устройствах, на транспорте и т.д.

Наблюдается тенденция применения АпГМ в системах, где от них требуется работа на низких и сверхнизких устойчивых частотах вращения, существенно меньших нижних предельных паспортных значений машин  (робототехнические комплексы, станки, системы слежения и т.п.). Это приводит к целому ряду проблем при эксплуатации данной техники, которые конспективно рассматриваются в данной работе.

Особую актуальность имеет задача обеспечения низкой частоты вращения вала АпГМ в связи с использованием данных машин в объёмных гидроприводах с частотным регулированием (ОГП-ЧУ), где управление скоростью движения выходного звена привода осуществляется за счёт изменения частоты вращения вала АпГМ, связанного с валом приводящего электродвигателя [11].

Основными затруднениями, препятствующими работе АпГМ на низких скоростях, являются [1 – 4]:

  • существенно различные значения трения покоя и движения в режимах страгивания вала машины, а также нелинейная зависимость трения от скорости перемещения контактирующих частей;
  • малоизученные явления, связанные с колебанием объемных потерь при низких скоростях вращения ротора и меняющейся нагрузке;
  • неравномерное (толчкообразное) вращение вала и, как следствие, высокий уровень вибраций, шума, повышенный износ, снижение ресурса и надёжности машин;
  • нарушение теплового режима АпГМ обусловленное ухудшением теплоотвода вплоть до возможного вскипания рабочей жидкости и заклинивания подвижных частей [12].

Решениями, позволяющими существенно снизить нижний предел устойчивых скоростей вращения вала объёмно-роторной гидромашины (ОрГМ), в частности, АпГМ, могут являться следующие:

  • применение многошариковых клапанов в узлах распределения жидкости АПГМ и согласование движения всасывающих клапанов с движение рабочих поршней в режиме номинальной подачи [4];
  • разделение приводного вала для снижения нагрузок, действующих на золотниковые распределительные узлы и подшипники [3];
  • использование новых видов подшипниковых узлов с малым трением на основе магнитных и комбинированных магнито-жидкостных подшипниковых опор [7];
  • создание и использование подшипников с аномально низким трением на основе эффекта локально-зоновой ультразвуковой кавитации [10];
  • замена традиционных уплотнительных узлов с эластомерными уплотнительными элементами на узлы с полной герметизацией на базе деформируемых (волновых) оболочек [8, 9].

В качестве дополнения к перечисленному перечню решений следует указать и на возможность замены в ряде случаев традиционных АпГМ на сравнительно новый и перспективный вид ОрГМ – ролико-лопастные гидромашины, имеющие аномально низкие силы трения в узлах с  контактирующими взаимно перемещающимися поверхностями, в том числе – при меняющейся в широких пределах нагрузке [5, 6]. Данная замена гидромашин представляется наиболее перспективной для ОГП-ЧУ, которые являются сравнительно новым и весьма перспективным видом силовых гидроприводов [11].

Сложность физических процессов, имеющих место при работе объёмно- роторных (ОрГМ) и, в частности, аксиальных гидромашин на аномально низких скоростях, требует проведения по указанным выше направлениям специальных поисковых НИР и НИОКР.

Литература

  1. Аврунин Г.А. Определение минимальной частоты вращение гидромоторов путем оценки пульсаций объемных потерь // Вестник машиностроения. 1975. №3, с. 67 – 68.
  2. Осипов А.Ф. Возникновение прерывистого вращения вала объёмного гидромотора // Теория машин-автоматов и пневмогидроприводов / Под. Ред. Л. В. Петрокаса. М.: Машиностроение, 1970. С. 309 – 313.
  3. Зуев Ю.Ю., Беляев О.А. Анализ энергетических возможностей объёмно-роторных машин // Вестник Московского энергетического института. 2013 г. №3, с.5 – 13.
  4. Волоцкий В.М., Пути снижения шума и вибраций аксиально-поршневых насосов с клапанным распределением // Вестник машиностроения. 1975 г . №3, с. 41 – 43.
  5. Домогацкий В.В. Создание гидропередачи на базе ролико-лопастных машин // Строительные и дорожные машины. 2009, №5, с.1 – 5.
  6. ООО НТЦ «Нордикс-метрология». URL: http://nordix-metrologia.narod.ru/indexhtm (дата обращения: 22.09.2015).
  7. Википедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Магнитный_подшипник. (дата обращения: 18.09.2015).
  8. Геращенко А.Н., Самсонович С.Л. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на основе волновых исполнительных механизмов: Учеб. пособие; Под ред. А.М. Матвеенко. – М.: Машиностроение, 2006. 391 с.
  9. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. – М.: Машиностроение-1, 2003. 384 c.
  10. Зуев Ю.Ю. Основы создания конкурентоспособной техники и выработки эффективных решений. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 402 c.
  11. Беляев О.А., Зуев Ю.Ю. Моделирование регулировочных характеристик объёмного гидропривода с насосным и частотным управлением //Сб. статей «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» научно-техн. конф. МГТУ им. Н.Э. Баумана, декабрь 2011 г. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. с. 196 – 204.
  12. Зуева Е.Ю. Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчёта. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. – М.: МЭИ (ТУ), 2007. 310 c.

References

  1. Avrunin G.A. Opredelenie minimal'noj chastoty vrashhenie gidromotorov putem ocenki pul'sacij ob#emnyh poter' // Vestnik mashinostroenija. 1975. №3, s. 67 – 68.
  2. Osipov A.F. Vozniknovenie preryvistogo vrashhenija vala ob#jomnogo gidromotora // Teorija mashin-avtomatov i pnevmogidroprivodov / Pod. Red. L. V. Petrokasa. M.: Mashinostroenie, 1970. S. 309 – 313.
  3. Zuev Ju.Ju., Beljaev O.A. Analiz jenergeticheskih vozmozhnostej ob#jomno-rotornyh mashin // Vestnik Moskovskogo jenergeticheskogo instituta. 2013 g. №3, s.5 – 13.
  4. Volockij V.M., Puti snizhenija shuma i vibracij aksial'no-porshnevyh nasosov s klapannym raspredeleniem // Vestnik mashinostroenija. 1975 g . №3, s. 41 – 43.
  5. Domogackij V.V. Sozdanie gidroperedachi na baze roliko-lopastnyh mashin // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. 2009, №5, s.1 – 5.
  6. OOO NTC «Nordiks-metrologija». URL: http://nordix-metrologia.narod.ru/index7.htm (data obrashhenija: 22.09.2015).
  7. Vikipedija URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnitnyj_podshipnik. (data obrashhenija: 18.09.2015).
  8. Gerashhenko A.N., Samsonovich S.L. Pnevmaticheskie, gidravlicheskie i jelektricheskie privody letatel'nyh apparatov na osnove volnovyh ispolnitel'nyh mehanizmov: Ucheb. posobie; Pod red. A.M. Matveenko. – M.: Mashinostroenie, 2006. 391 s.
  9. Krajnev A.F. Ideologija konstruirovanija. – M.: Mashinostroenie-1, 2003. 384 s.
  10. Zuev Ju.Ju. Osnovy sozdanija konkurentosposobnoj tehniki i vyrabotki jeffektivnyh reshenij. – M.: Izdatel'skij dom MJeI, 2006. 402 c.
  11. Beljaev O.A., Zuev Ju.Ju. Modelirovanie regulirovochnyh harakteristik objomnogo gidroprivoda s nasosnym i chastotnym upravleniem //Sb. statej «Gidromashiny, gidroprivody i gidropnevmoavtomatika» nauchno-tehn. konf. MGTU im. N.Je. Baumana, dekabr' 2011 g. – M.: Izd-vo MGTU im. N.Je. Baumana. s. 196 – 204.
  12. Zueva E.Ju. Issledovanie gidro- i termodinamicheskih processov techenija vjazkoj zhidkosti v shhelevyh kanalah traktov smazki i ohlazhdenija germetichnyh nasosnyh agregatov i formirovanie algoritmov ih raschjota. Diss. na soisk. uch. stepeni kand. tehn. nauk. – M.: MJeI (TU), 2007. 310 s.