ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ШТОКА ГИДРОЦИЛИНДРА

ENGINEERING METHOD OF CALCULATING THE MAIN PARAMETERS OF THE SPEED CONVECTOR THE DISPLACEMENT OF THE HYDROCYLINDER STOCK

Altymysh Bekboev

сandidate of  Technical (Cand. Sci. (Tech.)), assistant professor of Kyrgyz state of technical university named after I.Razzakov,

Kyrgyzstan, Bishkek

Mirlan Jylkychiev

 аssistant, Kyrgyz state university of construction, transport and architecture named after N. Isanov,

Kyrgyzstan, Bishkek

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрено необходимость разработки обобщенной методики расчета основных параметров преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра, отвечающим заданным исходным данным.

При этом задачами в процессе разработки инженерной методики расчета явился определение конструктивных, технологических, габаритных и гидравлических параметров преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра, отвечающим заданным исходным данным.

Приведенные в статье зависимости позволяют без громоздких и сложных математических расчетов определить основные конструктивные и гидравлические параметры преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра.

ABSTRACT

In this article, the need to develop a generalized methodology for calculating the main parameters of a speed converter is considered. The movement of the rod of a hydraulic cylinder corresponding to the given initial data is considered.

In this case, the tasks in the process of developing the engineering calculation methodology were the determination of the design, technological, overall and hydraulic parameters of the speed converter, the displacement of the rod of the hydraulic cylinder that corresponds to the given initial data.

The dependencies given in the article allow, without cumbersome and complicated mathematical calculations, to determine the main structural and hydraulic parameters of the speed converter the displacement of the rod of the hydraulic cylinder.

Ключевые слова: Преобразователь, скорость, перемещения, шток, гидроцилиндр, пресс, рабочий канал, мембрана, запорно-регулирующий элемент, дроссель.

Keywords: Converter, speed, displacement, stem, hydraulic cylinder, press, working channel, diaphragm, locking-regulating element,  throttle.

Принципиальная новизна конструкции и принципа действия преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра обуславливает необходимость разработки инженерной методики расчета по определению основных конструктивных и гидравлических параметров преобразователя. При этом инженерная методика расчета разрабатывается для заданного типоразмера исполнительного гидроцилиндра, параметров источника гидравлического питания и с учетом характерных особенностей работы гидросистемы, в систему управления которого устанавливается преобразователь скорости перемещение штока.

На рис. 1. представлено конструктивное исполнение преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндров с цилиндрическими мембранными запорно-регулирующими элементами.

Преобразователь скорости перемещения штока прессующего гидроцилиндра гидравлического пресса для производства строительных изделий включает в себя корпус 1 с рабочими 2, 3 и 4 каналами, в котором рабочий канал 2 соединен одновременно с одним из рабочих каналов гидрораспределителя 5 и с поршневой полостью прессующего гидроцилиндра 6, а рабочие каналы 3 и 4 соответственно соединены с штоковой полостью прессующего гидроцилиндра 6 и вторым рабочим каналом гидрораспределителя 5,  при этом гидроуправляемые дроссели выполнены с цилиндрическими мембранными запорно-регулирующими элементами  7 и 8 с соответствующими управляющими полостями 9 и 10. Управляющая полость 10 цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента 8 через параллельно, установленные двухпозиционный двухлинейный гидроуправляемый гидрораспределитель 11 и постоянный дроссель 12 сообщен со штоковой полостью прессующего гидроцилиндра 6, а управляющая полость 9 цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента 7 соединена с выходом логического клапана «ИЛИ» 13 входы которого соединены с поршневой и штоковой полостями прессующего гидроцилиндра 6.   

Рисунок 1. Конструктивное исполнение основного каскада преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра с цилиндрическими мембранными запорно-регулирующими элементами

Основой для разработки инженерной методики расчета основных параметров преобразователя являются результаты теоретических и экспериментальных исследований преобразователя с плоскими и цилиндрическими запорно-регулирующими элементами.

Исходными данными для расчета и проектирования преобразователя скорости штока гидроцилиндра с мембранными запорно-регулирующими элементами являются:

Q_н – номинальный расход жидкости для которого проектируется преобразователь;

р_н – номинальное давление жидкости в гидросистеме;

Q_max – максимальный расход жидкости через преобразователь;

Q_max– минимальный поток жидкости при котором происходит перекрытие мембранного запорно-регулирующего элемента;

р_max – максимальное давление жидкости в гидросистеме;

р_min – минимальное давление жидкости в гидросистеме, при котором происходит перекрытие мембранного запорно-регулирующего элемента;

р_н– давление настройки преобразователя, при которой происходит переключение исполнительного гидроцилиндра из дифференциальной      схемы подключения к источнику гидравлического питания в обычную;

d_п– диаметр поршня исполнительного гидроцилиндра;

d_ш – диаметр штока исполнительного гидроцилиндра;

х_ц – максимальный ход штока исполнительного гидроцилиндра;

х₁– ход штока исполнительного гидроцилиндра при дифференциальной схеме подключения к источнику гидравлического питания;

х₂– ход штока исполнительного гидроцилиндра при обычной схеме подключения к источнику гидравлического питания;

w_max – максимальная частота возможного переключения преобразователя.

Определение основных параметров преобразователя в рамках инженерной методики расчета производится в следующей последовательности:

1. Для определения максимально допустимой скорости течения рабочей жидкости в напорных и сливных каналах преобразователя в зависимости от номинального давления жидкости можно воспользоваться таблицей 1 [1].

Таблица 1.

2. По максимальному расходу и допустимой скорости потока жидкости определяем наименьшую площадь поперечного сечения основных внутренних каналов преобразователя.

а)  внутренние напорные каналы преобразователя

                                                                             (1)

где Q_max– максимальный расход жидкости через внутренние напорные каналы преобразователя; V_н – скорость течения рабочей жидкости через внутренние напорные каналы преобразователя.

б) внутренние сливные каналы преобразователя

                                                                                    (2)

В случае, когдавнутренние каналы преобразователя могут использоваться как напорные, так и сливные, при расчете площади поперечного сечения значение скорости течения жидкости принимается как в сливных каналах.

3. При известном значении площади поперечного сечения основного канала преобразователя его диаметр можно определить следующей зависимостью

                                           .                                                      (3)

4. В конструкции преобразователя одним из основных элементов, определяющего эффективность работы преобразователя в целом, является мембранное запорно-регулирующее устройство. В зависимости от значения расхода жидкости через мембранный запорно-регулирующий элемент конструкция мембраны может быть плоским или цилиндрическим.

По результатам исследований мембранных запорно-регулирующих элементов [1] установлено, что с точки зрения конструктивной реализации при изменении расхода жидкости основного потока в диапазоне до 50 л/мин, целесообразнее использование плоского мембранного запорно-регулирующего элемента, а при расходе жидкости более 50 л/мин необходимо использование цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента. В связи с этим в инженерной методике расчета рассмотрим обе случая.

5.  В случае, когда расход жидкости в гидросистеме составляет менее 50 л/мин, для определения параметров плоского мембранного запорно-регулирующего элемента можно воспользоваться зависимостью - площадью сечения канала, образованного при открытии мембраны, относительно деформации его центра и геометрическими параметрами мембраны

                              (2.7)

где z₁ – перемещение центра мембраны при его деформации; R – радиус кривизны мембраны при его деформации; α - угол между образующими сектора при деформации мембраны;  d₁ – диаметр осевого отверстия на втулке основного каскада преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра. Данная уравнение представляет собой достаточно сложное, не поддающее упрощению уравнение, поэтому без ущерба точности результатов, это уравнение может быть упрощено, если площадь поперечного сечения канала, образованного при деформации плоской мембраны и сообщающего входной и выходной каналы мембранного запорно-регулирующего элемента принять, не как боковую поверхность усеченного конуса, а как боковую поверхность цилиндра. При этом результаты расчетов отличаются на лишь 8 – 10 %, в тоже время при рассмотрении площади поперечного сечения канала как боковая поверхность цилиндра, существенно упрощается расчеты.

При рассмотрении площади поперечного сечения канала, образованного при деформации плоской мембраны как боковая поверхность цилиндра примет вид

                                                                  (4)

где d_к– диаметр внутренних основных каналов преобразователя; z_п.м – перемещение середины плоской мембраны при его открытии.

6. При известном значении диаметра внутренних основных каналов преобразователя d_к, приравняв площадь поперечного сечения основного канала с площадью поперечного сечения канала, образованного при открытии плоского мембранного запорно-регулирующего элемента и решив относительно z₁ максимально необходимую деформацию середины плоской мембраны для обеспечения требуемого расхода жидкости через плоский мембранный запорно-регулирующий элемент.

                                                                            (5)

7. В случае использования цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элементаплощадь поперечного сечения канала, образованного при открытии цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента можно определить решением следующего уравнения

                                                      (6)

где z_ц.м– перемещение середины образующей цилиндрической мембраны при открытии мембранного запорно-регулирующего элемента; d_ц.м– внутренний диаметр цилиндрической мембраны.

8. При известном значении площади поперечного сечения канала, образованного при открытии цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента, решив уравнение (6), преобразованное в квадратное уравнение относительно z_м, определим диапазон перемещения середины образующей цилиндрической мембраны при его открытии.

                                                            (7)

9. Объем управляющей полости плоского мембранного запорно-регулирующего элемента при известном значении перемещения мембраны при его открытии можно определить следующим выражение

V_ц.м = πd_п..м  z_п..м                                                                   (8)

где d_п.м– диаметр плоской мембраны;

10. Объем управляющей полости цилиндрического мембранного запорно-регулирующего элемента при его открытии определяется выражением

V_ц.м = π(d_{ц.м  +} δ_ц.м)²l_ц.м                                                         (9)

где δ_ц.м – толщина цилиндрической мембраны; l_ц.м– длина образующей цилиндрической мембраны.

  11. Диаметры внутренних управляющих каналов определяются с одной стороны с точки зрения обеспечения необходимого расхода жидкости, а с другой стороны обеспечения компактности гидроаппарата, путем минимизации поперечного сечения управляющих каналов. Площадь поперечного сечения внутренних управляющих каналов, отвечающих вышеуказанным требованиям можно определить следующим выражением

S_упр= (0,1 – 0,12)S_к                                                        (10)

где S_упр – площадь поперечного сечения внутреннего управляющего канала;

      S_к – площадь поперечного сечения основного внутреннего канала.

Таким образом приведенные зависимости позволяют без громоздких и сложных математических расчетов определить основные конструктивные и гидравлические параметры преобразователя скорости перемещение штока гидроцилиндра.

Список литературы:

1. Беркович Ф.М. Исследование золотниковых распределителей систем гидропривода дорожных и строительных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. 1988.
2. Джылкичиев А.И. Технология и оборудование для производства изделий полусухим способом формования. Б., 2001. 245 с. ил.