МЕТОД  БЕСТОРМОЗНОГО  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  МОМЕНТА  ИНЕРЦИИ  ГИДРАВЛИЧЕСКОГО  ДВИГАТЕЛЯ

Фоминых  Алексей  Михайлович

аспирант  каф.  ТТМ,  ПГТУ,  г.  Йошкар-Ола

E-mail: 

METHOD  OF  CONTACTLESS  DEFINITION  OF  THE  MOMENT  OF  INERTIA  OF  THE  HYDRAULIC  ENGINE

Fominykh  Alexey

postgraduate  student  of  PGTU,  Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

Целью  является  повышение  точности  измерения  момента  инерции  гидравлического  двигателя,  а  также  повышение  энргоэффективности  современных  методов  измерений  момента  инерции.  Цель  достигнута  путем  разработанного  нами  метода  бестормозного  определения  момента  инерции  гидравлического  двигателя. 

При  проведении  измерений  предлагаемым  методом  увеличивается  точность  получаемых  результатов.  Метод  является  бесконтактным  поэтому  имеет  высокую  энергоэффективность.  Инерционный  метод  обладает  широкой  применимостью  для  различных  форм  и  модификаций  гидравлических  двигателей.

ABSTRACT

The  purpose  is  increase  of  accuracy  of  measurement  of  the  moment  of  inertia  of  the  hydraulic  engine,  and  also  increase  of  an  profitability  of  modern  methods  of  measurements  of  the  moment  of  inertia.  The  goal  is  reached  by  a  way  of  the  method  of  contactless  definition  of  the  moment  of  inertia  of  the  hydraulic  engine  developed  by  us. 

When  carrying  out  measurements  by  an  offered  method  the  accuracy  of  received  results  increases.  The  method  is  contactless  therefore  has  high  energy  efficiency.  The  inertial  method  possesses  wide  applicability  for  various  forms  and  modifications  of  hydraulic  engines.

Ключевые  слова:  гидравлический  двигатель;  момент  инерции;  энергоэффективность;  механическая  мощность;  гидродинамический  момент.

Keywords:  hydraulic  engine;  inertia  moment;  energy  efficiency;  mechanical  power;  hydrodynamic  moment.

Механическая  мощность  Р_мех,  развиваемая  вращающейся  гидравлической  машиной,  пропорциональна  гидродинамическому  моменту  M_пд,  действующему  на  ее  ротор,  и  угловой  скорости  вращения  ротора  .

                                                (1)

Таким  образом,  важной  задачей  гидродинамического  расчета  любой  гидравлической  машины  является  определение  гидродинамического  момента  M_ГД,  который  приложен  к  ее  вращающейся  части  и  играет  решающую  роль  в  процессе  преобразования  энергии,  происходящем  в  гидравлической  машине.

Гидродинамический  момент  может  быть  определен  непосредственным  методом  [2].  Непосредственное  измерение  момента  осуществляется  следующими  способами:  статическим,  измерением  суммарного  момента  и  динамическим.

При  использовании  статического  способа  момент  определяют  с  помощью  моментомеров  при  установившейся  частоте  вращения  ротора.  Сняв  семейство  точек  механического  момента  при  различной  частоте  вращения,  получают  статическую  механическую  характеристику.  К  недостаткам  этого  способа  следует  отнести  большой  нагрев  двигателей  при  определении  момента  вне  рабочей  зоны  механической  характеристики  двигателя,  что  удлиняет  время  испытаний,  ведет  к  нестабильности  измерений  из-за  неустановившегося  теплового  процесса.

Способ  измерения  суммарного  момента  основан  на  измерении  момента,  действующего  на  статор  двигателя  и  численно  равного  моменту,  действующему  на  его  ротор.  Способ  позволяет  определить  вращающие  моменты  как  при  установившемся  режиме  работы,  так  и  при  переходных  процессах.  Основным  недостатком  этого  способа  является  необходимость  крепления  двигателя  к  измерительному  механизму.  Технологический  разброс  размеров  двигателя  приводит:  к  смещению  его  центра  тяжести  относительно  оси  поворота  прибора,  что  может  привести  к  погрешностям  при  измерении.

Динамический  способ  определения  вращающего  момента  основан  на  измерении  ускорения  двигателя  при  пуске  на  холостом  ходу.  В  этом  режиме  уравнение  движения,  если  не  учитывать  механические  потери,  имеет  следующий  вид:

                                               (2)

где:  J  —  момент  инерции  ротора  двигателя,  Н*м*с²; 

    —  ускорение  ротора,  с²; 

    M_ГД  —  гидродинамический  момент  двигателя,  Нм.

Как  видно  из  формулы  (2),  динамический  момент  можно  определить  с  помощью  акселерометров  (датчиков  ускорения)  различного  типа,  тахометров  и  датчиков  углового  перемещения,  что  весьма  экономично  и  достаточно  точно  по  сравнению  с  другими  способами,  но  только  если  известен  момент  инерции  ротора.

В  настоящий  момент  для  определения  момента  инерции  гидравлического  двигателя  необходимо  проведение  тормозных  испытаний  с  последующим  замером  угловых  ускорений  вращающихся  масс  гидравлического  двигателя,  что  сводит  на  «нет»  преимущество  динамического  способа  определения  крутящего  момента  на  валу  ротора.

Предлагаемый  способ  позволяет  избежать  использования  тормозных  испытаний  за  счет  бестормозного  определения  момента  инерции.  Он  реализуется  следующим  образом:

Рисунок.  1.  Схема  установки

На  фланец  выходного  вала  1  (рисунок  1)  устанавливается  диск  4  с  эталонным  моментом  инерции  .  С  помощью  органов  регулирования  устанавливается  определенная  угловая  скорость    выходного  вала  1,  при  которой  развивается  определенный  крутящий  момент  .  Затем  измеряется  угловое  ускорение    системы  вращающихся  масс  «диск  с  эталонным  моментом  инерции,  гидравлический  двигатель»,  имеющей  момент  инерции    при  изменении  угловой  скорости  вращения  выходного  вала  в  диапазоне  от    до  .  Крутящий  момент    для  диапазона  угловых  скоростей  от    до    равен:

                                                         (3)

Далее  диск  с  эталонным  моментом  инерции  4  демонтируется  и  определяется  угловое  ускорение    системы  вращающихся  масс  «пневматический  двигатель»  с  моментом  инерции    при  изменении  угловой  скорости  вращения  выходного  вала  в  диапазоне  от    до  ,  то  есть  при  том  же  начальном  значении  крутящего  момента  .  Крутящий  момент    для  диапазона  угловых  скоростей  от    до    равен:

                                                  (4)

Из  выражений  (3)  и  (4)  определяется  момент  инерции  системы  вращающихся  масс  «гидравлический  двигатель»:

                                                 (5)

Таким  образом,  используя  один  диск  с  эталонным  моментом  инерции  можно  определить  момент  инерции  гидравлического  двигателя,  а  после  этого  и  параметры  скоростной  характеристики  гидравлического  двигателя,  что  позволит  значительно  повысить  экономическую  эффективность  испытаний  гидравлических  двигателей. 

Список  литературы: 

1.Иванов-Смоленский  А.В.  Гидравлические  машины.  В  2-х  т.  Том  1  М.:  Издательство  МЭИ,  2004.  —  652  с.

2.Котельнец  И.Ф.  Испытания,  эксплуатация  и  ремонт  гидравлических  машин.  М:  Издательский  центр  «Академия»,  2003  —  384  с. 

3.Справочник  по  гидравлическим  машинам.  Том.  1/  Под  редакцией  И.П.  Копылова.  Москва:  Энергоатомиздат,  1988  —  679  с.