Содержание
>> Анализ и проектирование
>> Системы объемного гидропривода
>> Гидроприводы автобетононасосов
>> Динамика главного гидропривода автобетононасоса СБ-126
|
Динамика главного гидропривода автобетононасоса СБ-126
Рис. 1. Принципиальная ( а ) и расчетная ( б ) схема главного гидропривода автобетононасоса СБ-126. На принципиальной схеме главного гидропривода автобетононасоса СБ-126 (рис. 1, а ) обозначены: 1 - регулятор мощности 400.32, 2 - насос переменной подачи 207.32, 3 - предохранительный клапан непрямого действия 510.32, 4 - гидрораспределитель Р323, 5 - гидроцилиндры 100х63х1400, 6 - обратные клапаны 4121.20, 7 - фильтр, 8 - эжектор. Поскольку при расчете рассматривался только один цикл работы гидроцилиндров главного привода, в расчетную схему не были включены элементы клапанной и распределительной аппаратуры, обеспечивающие переключение гидроцилидров с такта всасывания на такт нагнетания бетонной смеси [1, 4].Таким образом, расчетная схема главного гидропривода автобетононасоса СБ-126 (рис. 1, б ) состоит из насоса переменной подачи 207.32 с регулятором мощности 400.32 (мощность ~51.5 кВт, давление настройки ~13 МПа), двух гидроцилиндров 100х63х1400, предохранительного клапана непрямого действия 510.32, настроенного на давление ~20.6 Мпа, соединенных гидролиниями. Участок гидролинии, соединяющей насос с гидроцилиндром, состоит из рукава высокого давления (диаметр условного прохода 32 мм, длина 1.65 м) и стального трубопровода (диаметр условного прохода 40 мм, длина 1.2 м). Дроссели 4-5 и 10-11 имитируют потери давлений в местных сопротивлениях на реальной схеме (рис. 1, а ). Параметры рабочей жидкости: плотность 900 кг/м 3 , кинематическая вязкость 3·10 –5 м 2 /с, объемный модуль упругости 980 МПа. Перемычка гидроцилиндров на принципиальной схеме представляет собой короткий участок трубопровода, поэтому она заменена на расчетной схеме эквивалентным местным сопротивлением (дросселем 6-8). В соответствии с алгоритмом формирования математических моделей гидроприводов, принятом в программе автоматизированного динамического расчета гидросистем (HYDRA), на расчетной схеме нанесены и пронумерованы узлы – точки соединения гидроэлементов в схеме. Тогда расчетная схема главного гидропривода автобетононасоса СБ-126 состоит из 13-ти гидроэлементов, соединенных в 21 узле, и описывается в соответствии с составом гидроэлементов и их математическими моделями системой дифференциальных и трансцендентных уравнений 36-го порядка.
Рис. 2. Нагрузка от столба бетонной смеси, действующая на поршни бетонорастворных цилиндров, жестко связанные общими штоками с поршнями гидроцилиндров, задана двумя компонентами: переменной силой в функции перемещения z поршня гидроцилиндра, имитирующей процесс сжатия смеси ввиду неполного заполнения бетонорастворных цилиндров и процесс ее перемещения с определенным сопротивлением (рис.2, а ), и переменной массой, приведенной к штоку гидроцилиндра (рис. 2, б ), равной сумме масс поршня со штоком гидроцилиндра и поршня бетонорастворного цилиндра на начальном отрезке перемещения ( z ≤ 0.35 м, рис. 2, б ) и претерпевающей скачок при z = 0.35 м ввиду добавления массы столба бетонной смеси. Ясно, что такая модель нагрузки не учитывает возможных колебаний давления в бетонной смеси. Однако, учет этой составляющей станет возможен лишь после проведения соответствующих экспериментов с целью изучения характера волновых и колебательных процессов в бетонопроводе.Для моделирования аварийных режимов стопорения гидроцилиндра при резком возрастании нагрузки (и изучения динамики гидросистемы при срабатывании предохранительного клапана) дополнительно к зависимости рис. 2, а был рассмотрен случай резкого скачка нагрузки (рис. 2, в ) при z ≥ 0.7 м. Динамический анализ рабочих процессов в главном гидроприводе автобетононасоса СБ-126 проводился для следующих режимов: 1) горизонтальное положение стрелы при номинальной нагрузке сопротивления перемещению; 2) горизонтальное положение стрелы при скачке нагрузки до максимальной (стопорение гидроцилиндра) при: а ) отключенном регуляторе мощности, б ) подключенном регуляторе мощности; 3) вертикальное положение стрелы при номинальной и максимальной нагрузке. В результате расчета получены переходные процессы по давлению р 5 в гидроцилиндре (узел 5 расчетной схемы, рис. 1, б ), скорости v 7 и перемещению z 7 штока гидроцилиндра (узел 7, рис. 1, б ), перемещению z 12 плунжера регулятора мощности (узел 12, рис. 1, б ) в функции времени t . Режим номинальных нагрузок при горизонтальном положении стрелы Номинальная нагрузка от сопротивления перемещению бетонной смеси по длине бетонопровода при горизонтальном положении стрелы автобетононасоса составляет R 7 ≈ 68.6 кН. Если принять коэффициент наполнения бетонорастворного цилиндра равным 0.75, то это соответствует нарастанию нагрузки от 0 до номинальной (68.6 кН) при перемещении поршня от 0 до 0.25 от полного хода, что составляет 0.35 м (при полном ходе L = 1.4 м). Одновременно, при 0 ≤ z 7 ≤ 0.35 м масса m , приведенная к штоку гидроцилиндра, равна 80 кг, а при z 7 > 0.35 м m = 1120 кг, причем при z 7 = 0.35 м она меняется скачком в силу мгновенного присоединения массы столба бетонной смеси. При таком характере внешней нагрузки переходные процессы в системе главного гидропривода автобетононасоса имеют вид (рис. 3).
Рис. 3. Характерным для этого режима является достаточно плавное изменение давления р 5 , несмотря на скачкообразное изменение приведенной массы, которое сказывается лишь на собственной частоте колебаний, меняющейся тоже скачком при z 7 = 0.35 м от 30 Гц до 11.4 Гц. Поскольку при заданной нагрузке давление р 5 не достигает давления настройки регулятора мощности (~13 МПа), последний не включается в работу.Режим максимальных нагрузок при горизонтальном положении стрелы Данный режим динамики привода анализировался как при отключенном регуляторе мощности, так и при подключении последнего в схему. Схема без регулятора мощности
Рис. 4. На рис. 4 представлены переходные процессы в гидроприводе автобетононасоса при отключенном регуляторе мощности . При 0 ≤ z 7 ≤ 0.7 м в системе действуют номинальные нагрузки; при z 7 > 0.7 м нагрузка на штоке R 7 меняется скачком от 68.6 кН до 343 кН (имитируя непреодолимое препятствие). Давление р 5 возрастает при этом до значения настройки предохранительного клапана, работа которого моделируется статической характеристикой Q ( p ).Схема с регулятором мощности
Рис. 5. На рис. 5 представлены переходные процессы в гидроприводе автобетононасоса при подключении регулятора мощности . Как и в предыдущем случае, при 0 ≤ z 7 ≤ 0.7 м в системе действуют номинальные нагрузки; при z 7 > 0.7 м нагрузка на штоке R 7 меняется скачком от 68.6 кН до 343 кН. В этом случае при резком возрастании давления р 5 наряду с предохранительным клапаном срабатывает и регулятор мощности (кривая z 12 перемещения плунжера регулятора на рис. 5), уменьшая рабочий объем насоса до ~0.61 от максимального. Однако, как видно из графиков рис. 5, ощутимых изменений в динамику привода это не вносит ввиду срабатывания предохранительного клапана, который в этом случае пропускает на слив меньший поток (в среднем ~250 л/мин вместо 405 л/мин при отсутствии регулятора мощности), что сказывается лишь на снижении среднего значения давления р 5 .Режим номинальных и максимальных нагрузок при вертикальном положении стрелы При вертикальном положении стрелы эквивалентная длина бетонопровода почти вдвое больше, чем при горизонтальном, поэтому номинальные нагрузки для этого расчетного варианта составили: сопротивление перемещению R 7 ≈ 137.2 кН, приведенная масса в момент присоединения массы бетонной смеси m = 3600 кг.
Рис. 6. Графики переходных процессов для этого режима (рис. 6) показывают, что регулятор мощности (кривая z 12 ) в этом случае срабатывает еще при номинальной нагрузке, так как уровень номинальных давлений р 5 выше, чем в предыдущих случаях. Поэтому еще до возрастания нагрузки R 7 до максимальной (стопорение гидроцилиндра) наблюдается снижение скорости поршня v 7 при р 5 > 13 Мпа. Кроме того, наблюдается смещение частотного диапазона и амплитуды колебаний ввиду большей приведенной массы поршня гидроцилиндра.
Режим номинальных нагрузок при вертикальном положении стрелы
Наряду с рассмотренными вариантами расчета, когда нагрузка от сопротивления перемещению R 7 , приложенная к штоку гидроцилиндра, на промежутке 0 ≤ z 7 ≤ 0.35 м возрастала линейно по z 7 и при z 7 > 0.35 м становилась равной номинальному значению (~68.6 кН при горизонтальном и ~137.2 кН при вертикальном положении стрелы), был рассмотрен расчетный вариант с внезапным приложением нагрузки R 7 : R 7 = 0 при z 7 < 0.35 м и R 7 = 137.2 кН при z 7 ≥ 0.35 м.
Рис. 7. Результаты динамического расчета для этого варианта представлены на рис. 7. Характерным моментом является повышенная по сравнению с предыдущим случаем (примерно вдвое) амплитуда колебаний давления р 5 , скорости v 7 и перемещения z 12 плунжера регулятора и резкое падение (почти до нуля) скорости штока v 7 при срабатывании предохранительного клапана (при 0.4 c < t < 0.44 с, рис. 7). По мере снижения давления и закрытия клапана происходит восстановление движения штока, но с меньшей скоростью ввиду срабатывания регулятора мощности. Там же, на рис. 7, приведена зависимость R 7 ( z 7 ) для этого расчетного случая.Проведенные исследования позволили уточнить необходимый уровень давления настройки регулятора мощности, выявить влияние характера и величины внешних нагрузок на качественные и количественные показатели переходных процессов (амплитуды и частóты колебаний, забросы давления), определить динамические характеристики регулятора мощности. |
