Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по разное 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений развития экономики России в настоящее время является использование своей сырьевой базы. Это требует изыскания энерго- и ресурсосберегающих технологий разработки месторождений полезных ископаемых и перспективных способов разрушения горных пород. Поэтому создание новых и совершенствование существующих способов разрушения, в том числе ударного, горных пород является актуальной научнотехнической задачей. Перспективным направлением здесь можно считать применение горных машин с активными исполнительными органами. Использование гидравлического привода для работы таких исполнительных органов представляется наиболее эффективным, а может и единственно возможным на данный момент способом решения данной задачи.

Интенсивные исследования гидравлических ударных (гидроударных) систем в нашей стране начались с середины прошлого века сначала применительно к бурению, а затем и к отбойке горных пород.

К настоящему времени накоплен большой объем как теоретических, так и экспериментальных работ в этой области, разработаны и созданы десятки конструкций ударных устройств. Однако практический выход здесь, особенно применительно к отбойке пород, незначителен, до сих пор не создано эффективной (с высоким КПД) выпускаемой серийно ударной машины, характеристики которой не уступали бы аналогичным зарубежным образцам.

Основная причина такого положения, с нашей точки зрения, объясняется общим технологическим отставанием отечественного гражданского машиностроения от мирового уровня. Вместе с тем, как показал анализ предшествующих исследований, определенные проблемы существуют в теории и методах расчета гидроударных систем.

Поэтому представляется, что для развития этого направления горного машиноведения и создания эффективных машин необходимо проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований гидравлических ударных систем на основе современной измерительно-вычислительной базы; разработка их теории и методов расчета; создание компьютерных программ, позволяющих производить их расчет, исследование режимов работы и оптимизацию параметров.

3 Целью работы является разработка основ теории и методов расчета автоколебательных гидроударных систем объемного типа для исполнительных органов горных и строительных машин.

Идея работы заключается в использовании расчетной схемы автономной гидравлической ударной системы с источником постоянного расхода; размерном анализе и выборе динамических критериев подобия; представлении результатов и анализе динамики систем в пространстве критериев подобия.

Задачи исследований:

- формирование классификации автоколебательных гидроударных систем по отличительным признакам, относящимся к их гидравлической части, составу элементов и фазовым особенностям приложения сил к бойку;

- построение математических моделей основных классов гидроударных систем объемного типа, размерный анализ уравнений, определение динамических критериев подобия;

- расчет характеристик предельных циклов основных классов гидроударных систем, их исследование в пространстве критериев подобия;

- разработка физических моделей ударных устройств, стенда и методики экспериментальных исследований, позволяющих производить анализ и корректное сравнение с результатами расчета процессов в гидроударных системах;

- экспериментальные исследования динамики предельных циклов гидроударных систем, анализ получаемых осциллограмм и их сравнение с результатами численных расчетов;

- разработка и отладка программы расчета и оптимизации гидроударных систем; разработка методики расчета параметров, необходимых для их проектирования.

Методы исследований:

- применение при построении математических моделей теории гидравлических цепей, рассматривающей систему, как совокупность элементов с сосредоточенными параметрами, поведение которых описывается стандартными алгебраическими и дифференциальными уравнениями;

- размерный анализ уравнений математических моделей с применением метода аналогичности, выбор динамических критериев подобия;

4 - численное решение уравнений с применением метода припасовывания; представление и анализ результатов расчетов в сечениях пространства основных критериев подобия;

- проведение экспериментальных исследований основных классов систем на универсальной модели; применение при регистрации характеристик цифрового оборудования на базе персонального компьютера.

Основные научные положения:

- основные динамические критерии подобия, имеющие аналогичный физический смысл для автоколебательных гидроударных систем двухстороннего и одностороннего прямого и обратного действия объемного типа позволяют производить анализ динамики данных систем в области их эффективной работы;

- области в пространстве основных критериев подобия, в которых возможна эффективная работа автоколебательных гидроударных систем объемного типа, а также значения характеристик предельных циклов в пределах этих областей позволяют производить оценку и расчет параметров данных систем;

- в определенном диапазоне области эффективной работы системы одностороннего прямого действия при росте критерия, выражающего отношение действующих на боек сил со сторон рабочих камер устройства, предударная скорость бойка, время цикла, мощность и КПД системы проходят через экстремальные значения;

- в системе одностороннего обратного действия возможны три режима работы: авторезонансный Ч с временем цикла, определяемым полупериодом собственных колебаний системы пружина-боек; одноударный Ч с размахом колебаний бойка, близким к длине фазы его обратного хода, и многоударный Ч характеризующийся периодически повторяющейся группой колебаний;

- увеличение длины хода бойка с момента переключения потоков жидкости от фазы прямого к фазе обратного хода до взаимодействия с ограничителем приводит к повышению предударной скорости и мощности автоколебательных гидроударных систем, а увеличение коэффициента восстановления скорости бойка Ч к их снижению;

- полученные на основе расчетной схемы с источником постоянного расхода теоретические и экспериментальные результаты позволяют по ограниченному количеству параметров автоколебательных гидроударных систем определять необходимые для их проектирования параметры и характеристики.

5 Достоверность научных результатов обоснована:

- применением при теоретических исследованиях методов классической механики и прикладной теории гидравлических цепей;

- применением размерного анализа и выбором динамических критериев подобия, позволяющих исключить масштабный фактор при интерпретации результатов исследований;

- использованием при экспериментальных исследованиях апробированных приборов, оборудования и датчиков;

- удовлетворительной сходимостью результатов численных расчетов и экспериментальных данных.

Новизна научных положений:

- определены основные динамические критерии подобия, имеющие аналогичный физический смысл для автоколебательных гидроударных систем двухстороннего и одностороннего прямого и обратного действия объемного типа. В отличие от ранее использовавшихся критериев они позволяют производить анализ динамики данных систем в области их эффективной работы;

- впервые для автоколебательных гидроударных систем объемного типа определены области в пространстве основных критериев подобия, в которых возможна их эффективная работа. В пределах этих областей исследованы характеристики основных классов систем;

- впервые установлено, что в области эффективной работы системы одностороннего прямого действия при росте критерия, выражающего отношение действующих на боек со сторон рабочих камер устройства сил, предударная скорость бойка, время цикла, мощность и КПД системы проходят через экстремальные значения;

- доказано, что в системе одностороннего обратного действия могут наблюдаться три режима функционирования: авторезонансный Ч с временем цикла, определяемым полупериодом собственных колебаний системы пружина-боек; одноударный Ч с размахом колебаний бойка, близким к длине фазы его обратного хода и многоударный Ч характеризующийся периодически повторяющейся группой колебаний;

- установлено, что увеличение длины хода бойка с момента переключения потоков жидкости от фазы прямого к фазе обратного хода до его взаимодействия с ограничителем приводит к повышению предударной скорости и мощности автоколебательных гидроударных 6 систем, а увеличение коэффициента восстановления скорости бойка Ч к их снижению;

- в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований динамики автоколебательных гидроударных систем доказана достоверность положенных в основу их математических моделей и экспериментальных методик расчетной схемы автономной системы с источником постоянного расхода.

ичный вклад автора состоит:

- в постановке проблемы и задач, выборе методов и разработке методик исследований;

- в разработке и отладке программы расчета гидроударных систем, расчете характеристик систем в широком диапазоне входных параметров Ч динамических критериев подобия;

- в разработке и создании стенда для исследования гидравлических ударных систем и экспериментальных моделей ударных устройств;

- в проведении теоретических и экспериментальных исследований автоколебательных гидроударных систем, обработке и анализе полученных результатов.

Практическая ценность:

- предложена методика расчета и оптимизации параметров ударных устройств и согласования их с параметрами применяющегося гидравлического оборудования;

- теоретические основы автоколебательных гидроударных систем с одним бойком позволяют перейти к исследованию систем, содержащих несколько бойков;

- разработаны конструкции гидроударных устройств для использования в исполнительных органах горных и строительных машин.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции Проблемы и перспективы развития горных наук

(г. Новосибирск, 2004 г.); на IV научнопрактической конференции с участием иностранных ученых Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых (г. Новосибирск, 2005 г.); на конференциях с участием иностранных ученых Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды (г. Новосибирск, 2006, 2008 гг.); на научных симпозиумах Неделя горняка - 2002, Неделя горняка - 2003, Неделя горняка - 2007, Неделя горняка - 2008 Московского государственного горного университета; на Всероссийском семинаре по теоретической и прикладной механике (г. Новосибирск, 2007 г.); на международном научном симпозиуме Ударно-вибрационные системы, машины и технологии (г. Орел, 2006 г.); на 61-63 научно-технических конференциях Новосибирского государственного архитектурностроительного университета (г. Новосибирск, 2004 - 2006 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована 31 работа, в том числе 1 монография, 21 статья, получено 8 патентов Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 302 страницах, содержит 109 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 153 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлены цель и задачи исследований, изложены научные положения, защищаемые автором, методы исследования и практическая ценность работы.

В первой главе излагаются результаты обзора и анализа имеющихся в литературе сведений о гидроударных системах. Отмечено, что значительный вклад в развитие теории и практики гидравлических ударных систем принадлежит: Алимову О. Д., Ашавскому А. М., Басову С. А., Ешуткину Д. Н., Белану Н. А., Воскресенскому Ф. Ф., Галдину Н. С., Горбунову В. Ф., Графу Л. В., Дмитриевич Ю. В., Кичигину А. В., Когану Д. И., Котылеву Ю. Е., Лазуткину А. Г., Матвееву И. Б., Пивень Г. Г., Сагинову А. С., Ушакову Л. С., Янцену И. А., Ясову В. Г. и др.

В результате анализа конструктивных схем гидравлических ударных систем, их определений и классификаций сделан вывод о необходимости уточнения понятия автоколебательной гидроударной системы, а также формирования классификации, которая бы четко очерчивала рамки исследуемой совокупности систем и позволяла однозначно разделять входящие в нее классы.

Работы, в которых проводятся теоретические исследования гидроударных систем, можно разделить на две группы. В первой Ч процессы, происходящие при функционировании системы, подвергаются максимальной детализации с целью расчета характеристик конкретного ударного устройства. В этом случае делать какие-либо выводы по поведению данного класса систем практически невозможно. Во второй Ч с целью разработки общих положений теории Ч идут по пути существенного упрощения расчетной схемы процесса. При этом используют модель, особенностью которой является движение массы (бойка) в отдельные фазы цикла под действием кусочно-постоянной силы, что предполагает замену реального источника и аккумулятора энергии источником постоянного давления. Такое упрощение физически достоверно лишь при одном из возможных режимов работы системы: расходе насоса, превышающем пропускную способность ударного устройства, при этом часть жидкости сливается через предохранительный клапан. При согласованном функционировании этих устройств давление изменяется в определенном диапазоне, не превышающем давление срабатывания клапана, и, так как процесс автоколебательный, его величина и диапазон изменения заранее неизвестны и полностью определяются параметрами системы. Чтобы исследовать поведение системы в этой области ее работы (далее именуемой областью эффективной работы, т. к. исключается перелив жидкости через клапан), необходимо построение физически непротиворечивой расчетной схемы процесса, в которой в силу малой длительности цикла ударных устройств и значительной инерционности существующих насосов, физически обоснованно применение источника постоянного расхода.

Вопросы измерения характеристик ударных систем являются составной частью их разработки и создания. Однако в имеющихся в литературе данных трудно найти результаты экспериментальных исследований, которые бы можно было интерпретировать однозначно.

Главным образом это связано с недостаточностью сведений о параметрах исследовавшихся систем и условиях эксперимента, что вызывает сложности при сопоставлении результатов опытов, проводимых на разных машинах, а также с результатами теоретических расчетов.

Поэтому необходима разработка методики экспериментальных исследований гидроударных систем, позволяющей производить объективный анализ происходящих при их работе процессов и корректное сравнение получаемых данных с результатами расчетов.

Во второй главе дано определение автоколебательных гидроударных систем, как совокупности устройств, элементов и связей между ними, осуществляющих процессы преобразования энергии потока жидкости (гидравлического привода) в энергию незатухающего периодического движения инерционного элемента (бойка) с ее диссипацией при взаимодействии (соударениях) с обрабатываемой средой.

Сформирована их классификация (рис. 1), в которой деление производится по характеру действующих на боек сил, фазовым особенностям их приложения к нему и фазовым особенностям распределения потоков жидкости. В гидрообъемных системах боек приводится в движение гидростатической силой со стороны жидкости, в гидродинамических Ч ее скоростным напором. Отличие проточных систем от напорных заключается в наличии в первых фаз в цикле, в которых напорная и сливная линии соединены между собой. В системах двухстороннего действия (рис. 2) в течение всего цикла движение бойка осуществляется под действием сил со стороны жидкости, в системах одностороннего прямого и обратного действия (рис. 3) в отдельные фазы Ч под действием упругой связи между корпусом и бойком ударного устройства. Системы с задержкой движения бойка имеют фазу, в которой боек неподвижен.

Рис. 1. Классификация автоколебательных гидравлических ударных систем На основе расчетной схемы автономной системы с источником постоянного расхода разработан ряд математических моделей автоколебательных гидроударных систем, в которых практически всегда параметры элементов считали сосредоточенными; жидкость Ч идеальной и несжимаемой; распределитель Ч идеальным (переключающимся мгновенно и без потерь); взаимодействие бойка с инструментом Ч мгновенным и характеризующимся коэффициентом восстановления скорости R.

На рис. 2 представлена схема системы двухстороннего действия с двумя управляемыми камерами, включающая насос Ч источник постоянного расхода, двухпозиционный идеальный распределитель, боек, аккумулятор энергии, корпус, жесткую заделку, ограничитель движения бойка. Позиция I распределителя (рис. 2а) соответствует соединению камеры A с напором, камеры B со сливом; позиция II (рис. 2б) Ч камеры А со сливом, камеры В с напором.

Рис. 2. Расчетная схема гидроударной системы двухстороннего действия с двумя управляемыми камерами в 1-ой (а) и 2-ой (б) фазах: 1 Ч насос;

2 Ч бак для жидкости; 3 Ч ударный узел (корпус и боек); 4 Ч распределитель; 5 Ч аккумулятор; 6 Ч ограничитель; 7 Ч жесткая заделка; A Ч камера прямого хода; B Ч камера обратного хода; C Ч камера управления. Затемненные каналы соединены с напорной линией, светлые Ч со сливной Структура цикла в данном случае определяется условиями:

x x1, v 0 - I II; x x2, v 0 - II I; x 0, v Rv, (1) x и v где - координата и скорость бойка, знак показывает направление изменения позиции распределителя, v и v Ч скорости бойка до и после взаимодействия с ограничителем. Цикл можно разбить на три фазы: 1-я Ч обратный ход v 0, x1 x 0 ; 2-я Ч торможение и прямой ход x x1 или v 0, x1 x x2, 3-я Ч прямой ход v 0, x x2. Далее подстрочный индекс в скобках Ч номер текущей фазы.

Математическая модель системы описывается уравнениями динамики бойка и аккумулятора dx dv dpp v, m S( j) p S psign(v), c q0 S( j)v, (2) f dt dt dtrначальными t 0 x x0, v v0, p p0 (3), и граничными (1) условиями, где t Ч время, p Ч давление в аккумуляторе; m Ч масса бойка, S( j) SA ( j 1,3), S( j) SB ( j 2 ), SА и SB Ч площади бойка соответственно со сторон камер A и B, S Ч f коэффициент, определяющий трение в паре корпус боек; c Ч гидравлическая емкость аккумулятора; q0 Ч расход, r0 pn / q0(1 ) Ч сопротивление, определяемое объемным КПД 0 системы при номинальном давлении pn.

Введем понятие эффективных площадей, которые в данном случае равны S SA, S SB (табл. 1) и перейдем к безразмерным переменным по формулам t cr0 t, x (cr0q0 / S ) x, v (q0 / S ) v, p r0q0 p (4) в результате чего уравнения (1) - (3) примут вид dx dv dp v, [S( p S psign(v )], 1 S( j)v p, (5) 1 j) f dt dt dt t 0, x x0, v v0, p p0, (6) x x1, v 0 Ч I II ; x x2, v 0 Ч II I ; x 0, v R v,(7) где S( j) 0 j 1,3), S( j) 1 j 2 ), ( ( S / S, S S / S, cr02S2 / m. (8) 0 f f Таблица 1. Площади S( j) систем двухстороннего действия Номер фазы Управляемые камеры j 1,3 ( S | S( j) |) j 2 ( S | S( j) |) А и B - две (см. рис. 1) SА SB B - прямого хода SА SB SА А - обратного хода (SА SB) SB В схеме системы с управляемой камерой B (прямого хода по классификации рис. 1), в которой в отличие от схемы рис. 2, камера A постоянно соединена с напором, значения S, S и S( j) в уравнениях (2), (4) берут из четвертой строки таблицы 1, а в схеме с управляемой камерой А (обратного хода по классификации рис. 1), в которой камера B постоянно соединена с напором, Ч из пятой.

Таким образом, динамика систем двухстороннего действия определяется следующими критериями подобия,, x1, x2, R,. (9) S 0 1 f Схемы систем одностороннего действия (рис. 3) отличаются наличием упругой связи между корпусом и бойком (в данном случае пружины жесткостью cm ) и тем, что с гидравлической системой соединена только одна из камер.

Рис. 3. Расчетные схемы гидроударных систем одностороннего прямого (а) и обратного (б) действия: 1Ц7 Ч см. рис 3, 8 Ч пружина Структуры их циклов определяются условиями:

x x1, v 0 - I II; x x2, v 0 - II I; x x3, v Rv, (10) где x3 Ч координата ограничителя и одновременно предварительный натяг пружины. Процесс, как и в случае двухсторонних систем, разбивается на три фазы: 1-я Ч обратный ход v 0, x1 x x3, 2-я Ч торможение и прямой ход x x1 или v 0, x1 x x2, 3-я Ч прямой ход v 0, x x2.

Математическая модель системы прямого действия описывается уравнениями dx dv dp p v, m S( j) p cmx S psign v, c q0 S v f j dt dt dt r, (11) (S 0 ( j 1,3), S SB ( j 2)) jj системы обратного действия Ч dx dv dp p v, m S p cmx S psign v, c q0 S v, f j j dt dt dt r (S( j) SA ( j 1,3), S( j) 0 ( j 2)), (12) а также начальными (3) и граничными (10) условиями.

Используем понятие эффективных площадей S и S, значения которых для односторонних систем представлены в табл. 2 и перейдем к безразмерным переменным по формулам (4). В результате уравнения (10) - (12) преобразуются к виду dx dv dp v, S p x S psign v, 1 S v p, 10 f jj dt dt dt S 0 j 1,3, S 1 j 2, (13) j j dx dv dp v, S p x S psign v, 1 S v p, 1 f jj dt dt dt S j 1,3, S 0 j 2, (14) j j x x1, v 0 - I II; x x2, v 0 - II I; x x3, v Rv, (15) где формулы для параметров,, имеют вид (8).

S 0 1 f Для удобства представления и анализа данных определим следующие величины: x3 | x3 |, x1 x3 x1 и x2 x3 x2. Тогда динамика и характеристики предельных циклов систем, описываемых уравнениями (13) - (15) зависят от следующих безразмерных параметров (критериев подобия),, x1, x3, x2, R и. (16) S 0 1 f Таблица 2. Эффективные площади систем одностороннего действия Класс системы S S Прямого действия SB ccm Обратного действия SА ccm Таким образом, математические модели (1) - (3), (10) - (12) включают основные элементы, определяющие процессы в автоколебательных гидроударных системах объемного типа, и, следовательно, появляется возможность физически достоверно описывать их динамику в области эффективной работы. Критерии x2, S и R (9), (16) можf но отнести к факторам, влияние которых при хорошем качестве изготовления ударного устройства и работе в заданных при проектировании условиях должно быть минимизировано. Тогда поведение системы определяется основными динамическими критериями подобия:

Ч характеризующим отношение действующих на боек со сторон камер обратного и прямого хода сил; Ч пропорциональным отношению энергии аккумулятора к энергии движения бойка при заданных характеристиках насоса; x1 Ч безразмерной длиной фазы обратного хода бойка и (для односторонних систем) x3 Ч безразмерной длиной предварительного натяга пружины.

В третьей главе численно исследуется динамика автоколебательных гидроударных систем объемного типа, математические модели которых описываются уравнениями (5) - (7), (13) - (15). Результаты расчетов представлены в виде номограмм изолиний безразмерных * характеристик предельных циклов (размаха колебаний xmax 1 и предударной скорости vI* бойка, времени цикла tC*, мощности N* и КПД * системы) в плоскостях пространства основных критериев 0 * подобия. Величины N* и вычисляли по формулам * E* / tC (vI*)2 * E* 1 (vI *)N*,, ** t(3) * r0q0 2 tC* t(3) q0 p*dt* 2 1 t(1) p*dt ** t(1) * * * где E* m(vI )2 / 2 Ч энергия удара, t(1) и t(3) Ч соответственно начало 1-ой и окончание 3-ей фаз цикла.

Системы двухстороннего действия. На рис. 4, 5 представлены номограммы изолиний систем двухстороннего действия в сечениях 4 2 x1 10, 10, 4 10, 0.1 пространства основных критериев подобия ( x2 S R 0 ). Линии минимального pmin 0.005 и максимального f pmax 0.1 давлений ограничивают область эффективной работы или Надстрочный индекс л* означает, что данная характеристика относится к предельному циклу Рис. 4. Номограммы изолиний характеристик систем двухстороннего действия в сечениях пространства x1 плоскостями 0 4 2 x1 10, 10, 4 10, 0.1 (а-г). Здесь и далее используются следующие * обозначения изолиний: Ч скорость vI* ; Ч КПД ;

Ч мощность N* ; Ч время цикла tC* ; Ч размах * колебаний xmax ; Ч максимальное pmax и Ч минимальное pmin давления Рис. 5. Номограммы изолинии характеристик в сечениях пространства 4 x1 плоскостями и x1 10, 10 (а, б) при 0.01 0 1 ограниченную по давлению область (ОД-область), протяженность ко4 торой по координате при увеличении x1 от 10 до 10 убывает от ~650 до ~0.5 примерно как ~ 1/ x1, а по координате от ~103 1011 до ~ 103.3 104.5. При x1 10 ОД-область вырождается, т.е. давление в системе в течение предельного цикла выходит за диапазон ( pmin, pmax ).

При замене критерия, определяющего отношение эффективных площадей, параметром V x1 Ч безразмерным объемом камеры A Ч можно видеть (рис. 4), что ОД-область во всем диапазоне x1 ограничивается значением V 0.065 0.8.

Поведение характеристик в ОД-области носит монотонный характер: их величины при изменении критериев подобия плавно уменьшаются или увеличиваются. Направление изолиний мощности * N* и КПД близко к направлению линий pmin, pmax, причем N* * при повышении давления в системе растет, а Ч падает. При * x1 0.01, 1 размах колебаний xmax, время цикла tC* и предударную скорости vI* можно считать функциями координат V, (рис. 4а). Увеличение x1 до 0.01 и выше приводит к смещению изоли* V ний xmax, tC* влево, а vI* Ч вправо по оси (рис. 4б, в, г).

В важном для практики диапазоне 1 (рис. 5) значения tC* и * xmax в ОД-области, в основном, зависят от критериев и x1, причем увеличение последнего параметра ведет к пропорциональному росту этих характеристик. Изолинии предударной скорости vI* при увеличении x1 смещаются влево.

Форма теоретических осциллограмм динамических характеристик (координаты и скорости бойка, давления p в аккумуляторе) x v и фазовых кривых подтверждает монотонность их поведения в пространстве основных критериев подобия. Так при увеличении критерия от 0.01 до 6 происходит трансформация p t -осциллограмм в первой фазе цикла от возрастания давления на всем ее протяжении (рис. 6а) сначала к снижению в конце (рис. 6б), а затем и в течение всей фазы (рис. 6в); увеличивается относительная длительность 2-й фазы цикла; изменяется форма x t -осциллограмм от асимметрич* ной с размахом колебаний xmax x1 (рис. 6а) к почти симметричной * относительно линии t tC* / 2 с xmax x1 (рис. 6в).

0.а 105.x1 0.0.б 104.x1 0.в 103.x1 0.Рис. 6. Теоретические осциллограммы динамических характеристик и фазовые кривые скорости системы двухстороннего действия. Пунктирной линией обозначено положение координаты xНа рис. 7 - 9 в диапазоне 1 представлены фрагменты номограмм изолиний при ненулевых значениях безразмерных коэффициента трения, длины прямого хода x2 и коэффициента восстановления S f скорости бойка R для одного из сечений x1 10.

Рис. 7. Номограммы изолинии характеристик в сечении x1 10 при Sf 0.1, 0.2 (а, б) Введение в модель коэффициента (рис. 5б, 7а, б) ведет к S f смещению ОД области вправо по оси. Уменьшается размах коле* баний xmax, происходит сжатие по оси изолиний предударной скорости vI*, практически не изменяется положение изолиний времени * цикла tC*. Существенно снижается величина КПД.

Номограммы, описывающие поведение системы при отличной от нуля величине x2 (рис. 5б, 8а, б), свидетельствуют, что рост этого параметра на 0.1x1 приводит к увеличению предударной скорости на ~5 % и уменьшению времени цикла на ~10 %. Увеличивается давление в системе и ее мощность. Практически неизменной остается вели* чина размаха колебаний xmax. Такое поведение системы связано с уменьшением объема жидкости, потребляемой устройством за цикл при введении параметра x2, так как в этом случае появляется 3-я фаза, в течение которой жидкость вытесняется из камеры A в систему, а не идет на слив.

Рис. 8. Номограммы изолинии характеристик в сечении x1 10 при x2 0.1x1, 0.2 x1 (а, б) Рис. 9. Номограммы изолинии характеристик в сечении x1 10 при R 0.1, 0.2 (а, б) R При росте коэффициента восстановления скорости от 0 до 0.(рис. 5б, 9а, б) снижается давление в системе, более чем вдвое уменьшается максимальное значение предударной скорости vI*, на ~25 % * увеличивается размах колебаний xmax. Такое поведение системы объясняется тем, что при ненулевом значении коэффициента R, скорость бойка в начале 1-й фазы также отлична от нуля. Это приводит к перераспределению потоков жидкости и снижению расхода, поступающего в аккумулятор, что в свою очередь вызывает падение давления в нем.

Таким образом, исследование динамики систем двухстороннего действия позволило определить область ее эффективной работы в пространстве основных критериев подобия, установить устойчивый характер функционирования и монотонность поведения характеристик. Влияние трения в паре боек - корпус главным образом выражается в смещении ОД-области вправо по оси и снижении КПД системы; увеличение длины хода бойка x2 приводит к повышению предударной скорости и мощности системы; а увеличение коэффициента восстановления скорости бойка R Ч к их снижению.

Системы одностороннего прямого действия. На рис. 10 представлены номограммы изолиний характеристик систем прямого действия при фиксированном предварительном натяге пружины x3 0.1.

Увеличение x1 ведет к уменьшению ОД-области в плоскостях, 0 при x1 0.1 она представляет собой узкую полоску (рис. 10г), а при x1 0.1 Ч вырождается. Расчеты во всем пространстве основных критериев подобия показывают, что в случае x3 x1 для основной части ОД-области выполняется неравенство x3 pmax. Аналогичная картина наблюдается и в других сечениях x3 const, умень* шение x3 ведет к срезанию верхней части ОД-области (изолиния pmin смещается вниз).

* Только поведение размаха xmax колебаний в ОД-области носит монотонный характер, его изолинии в плоскостях располагают0 ся веерами с воображаемыми вершинами в левых верхних углах, их * * значения возрастают от xmax 1.1x1 до xmax (10 100) x1 (рис. 10аЦв).

Остальные характеристики при увеличении проходят через экстремальные значения. Предударная скорость vI*, направление изолиний которой близко к направлению изолиний размаха колебаний, имеет области минимальных значений, в которых vI* 7.5 (рис. 10аЦ * в). Изолинии мощности N* и КПД повторяют направление линии pmax ; аналогично ведут себя и изолинии времени цикла tC*, его изменение в ОД-области не превышает 10 %.

Рис. 10. Номограммы изолиний характеристик в сечениях пространства 3 x1x3 плоскостями x3 0.1, x1 10-4, 10, 10, 0.1 (а-г) 0 Изменение формы теоретических осциллограмм перемещения x и скорости v бойка при росте критерия (рис. 11) аналогичны соответствующим изменениям для системы двухстороннего действия (рис. 6). Отличается поведение осциллограмм давления, которое растет на протяжении всей 1-ой фазы, что является обязательным условием предельного цикла для данного класса систем.

0.106.а x1 10, x3 0.0.106.б x1 10, x3 0.0.106.в x1 10, x3 0.Рис. 11. Теоретические осциллограммы безразмерных динамических характеристик x t, v t, p t и фазовая кривая скорости v x. Пунктирная линия Ч координата xОднако, как предударная скорость, так и величина давления при этом проходят через минимальные значения. Объяснение такому поведению системы можно найти, если учесть, что параметр пропорционален величине жесткости упругой связи между корпусом и бойком ~ cm (см. формулу (8) и табл. 2). Поэтому при малом значении жесткость пружины невелика, что приводит к слишком большой длительности первой фазы цикла, в течение которой ударное устройство не связано непосредственно с гидравлической частью системы, а при большом значении жесткость, наоборот, настолько большая, что это препятствует движению бойка во второй фазе и увеличивает ее время. И то и другое приводит к повышению давления в системе выше значения pmax. Существует вполне определенный диапазон критерия (при фиксированных параметрах, x1, x3 ), при 0 котором значения давления находятся в заданных пределах.

Таким образом, определена область эффективной работы системы прямого действия в пространстве основных критериев подобия и произведен расчет характеристик предельных циклов в пределах этой области. Установлено, что при росте критерия, выражающего отношение действующих на боек со сторон рабочих камер устройства сил, предударная скорость бойка, время цикла, мощность и КПД системы проходят через экстремальные значения.

Системы одностороннего обратного действия. На рис. 12 представлены номограммы изолиний характеристик системы обратного действия при фиксированной длине фазы обратного хода x1 10. В данном случае область эффективной работы (или ОД-область) ограничена линиями минимального pmin 0.005 и максимального pmax 0.давлений и линией, за которой система не входит в одноударный предельный цикл.

Рост величины предварительного натяга x3 приводит сначала к смещению верхней границы ОД-области от 1012 до 109.5 (рис. 12а, б). При x3 10 происходит ее сжатие по координате до 101.5 104.5 и сначала уменьшение до 0.55-7, а затем увеличение до 4Ц 35 (рис. 12в, г) по координате. Аналогичная картина наблюдается и при других значениях x1. Слева ОД-область ограничена величиной ~ (x1 x3) / pmax, а справа (в диапазоне x3 10 ) Ч ~ pmax / x1. При x1 0.1 она вырождается.

При величине предварительного натяга x3 0.1 (рис. 12а, б) на* * правления изолиний vI*, xmax и близки к направлениям кривых максимального и минимального давлений. Изолинии времени цикла * tC в большей части ОД-области располагаются практически параллельно оси, их величина достаточно точно описывается формулой полупериода собственных колебаний механической системы пружина - масса T1/2 /. Лишь при 107 (см. фрагменты в правых 1 верхних углах рис. 12а, б) происходит изменение их направления в пределах C-области от горизонтального к вертикальному.

Увеличение предварительного натяга x3 выше 10-2 (рис. 12в, г) приводит к изменению направлений изолиний предударной скорости vI* и времени цикла tC* : первые теперь располагаются параллельно оси, а вторые Ч параллельно оси. Происходит существенное 0 * уменьшение диапазона размаха колебаний xmax : от 0.0011Ц0.3 при x3 10 до 0.00101Ц0.0012 при x3 0.1.

Рис. 12. Номограммы изолиний характеристик в сечениях пространства 3 3 x1x3 плоскостями x1 10, x3 10,10, 0.1, 1, (а - в). Здесь:

0 Ч максимальное давление; Ч граница, за которой наблюдается многоударный предельный цикл Аналогичные особенности поведение характеристик наблюдаются и в других сечениях x1 const.

а 12.102.x1 10, x3 б 0.108.x1 10, x3 в 0.108.x1 10, x3 г 0.108.x1 10, x3 Рис. 13. Теоретические осциллограммы безразмерных динамических характеристик x t, v t, p t и фазовая кривая скорости v x. Пунктирная линия Ч координата xИзучение теоретических осциллограмм (рис. 13) предельных циклов показывает, что в значительной части ОД-области, ниже и левее ее, x t - и v t -осциллограммы имеют форму графика полупериода гармонических колебаний, смещенных по фазе на угол / (размах колебаний существенно превышает величину обратного хода * бойка xmax / x1 1), p t -осциллограммы Ч форму ломаной линии, состоящей из двух прямых: почти вертикальной, отражающей падение давления в первой фазе цикла, и наклонной, характеризующей повышение давления во второй (рис. 13а, б). Здесь наблюдается так называемый авторезонансный режим работы, время цикла которого определяется частотой собственных колебаний масса - пружина.

Это происходит вследствие того, что в 1-й фазе цикла действующая на боек со стороны жидкости сила существенно превышает силу, действующую со стороны пружины. Боек приобретает сравнительно большую кинетическую энергию и во 2-й фазе, которая оказывается существенно длиннее 1-й, движется только под действием пружины, эта фаза в основном и определяет время цикла. Среднее давление в системе устанавливается такое, что избыток жидкости, поступающей в систему за цикл (а он примерно равен величине q0T1/2 x1SA ) через сопротивление r0 уходит в слив. Исходя из этого, можно посчитать среднее давление и работу, совершаемую жидкостью над бойком в течение 1-й фазы, и, используя теорему об изменении кинетической энергии, скорость в конце этой фазы v(* 2 x1(1 x1 1 / ), 1) 0 1 значение которой достаточно точно совпадает с предударной скоростью vI*.

Рост критерия при фиксированных остальных параметрах приводит к увеличению длительности 1-й фазы и уменьшению относительного размаха колебаний. Система переходит к режиму, названному нами одноударным (рис. 13в), который характеризуется соотно* шением xmax / x1 1. Время цикла tC* в этом случае, при пренебрежении утечками, можно оценить безразмерным объемом камеры A V x1, а предударную скорость vI* Ч величиной v(* 1(x12 2x1x3), полученной приравниванием потенциальной 2) энергии сжатия пружины в начале 2-й фазы цикла кинетической энергии бойка в конце этой фазы.

Затем, при дальнейшем увеличении происходит переход к многоударному предельному циклу (рис. 13г). Это явление Ч следствие того, что при данном наборе входных параметров давление в системе падает после совершения каждого колебания с ударом. Поэтому, в первой фазе очередного колебания изменение равнодействующей сил со стороны камеры A и пружины таково, что боек во время обxратного хода не достигает координаты и возвращается назад, совершая холостой ход, в течение которого давление возрастает, далее xпроходит координату и начинается новый цикл колебаний.

Аналогичные изменения в динамике предельных циклов наблюдаются и при увеличении критериев, x3.

Таким образом, в результате проведенных исследований определена область эффективной работы системы обратного действия в пространстве основных критериев подобия и рассчитаны характеристики предельных циклов в пределах этой области. Установлено, что данный класс систем может функционировать в трех режимах: авторезонансном Ч с временем цикла, определяемым полупериодом собственных колебаний системы пружина-боек; одноударном Ч с размахом колебаний бойка, близким к длине фазы его обратного хода, и многоударном Ч характеризующимся периодически повторяющейся группой колебаний.

В четвертой главе приводится описание стенда для исследований гидроударных систем, экспериментальных ударных устройств, методик проведения эксперимента и регистрации характеристик систем, измерительно-вычислительного комплекса и датчиков, методики сравнения экспериментальных и расчетных результатов, а также результатов экспериментов и сравнение их с результатами расчетов.

Принципиальная схема стенда с ударным и демпфирующим устройствами; устройством подачи и регулирования расхода и измерительно-вычислительным комплексом представлена на рис. 14. Стенд обеспечивает надежное крепление ударных устройств и гашение энергии удара; устройство подачи и регулирования расхода жидкости позволяет проводить испытание гидравлических систем и измерять их напорные характеристики, а также изменять расход жидкости в течение работы, производить калибровку датчиков давления; измерительно-вычислительный комплекс Ч производить регистрацию статических и динамических характеристик систем.

При выполнении работы было создано универсальное ударное устройство, позволяющее в одном формате производить исследования всех классов (см. классификацию рис. 1) гидравлических ударных систем объемного типа: двухстороннего (с двумя и одной управляемыми камерами, с задержкой и без задержки движения бойка) и одностороннего (прямого и обратного) действия. На фотографиях рис. представлено универсальное устройство в вариантах двухстороннего и одностороннего обратного и прямого действия. Изменение распределения потоков жидкости производили при помощи набора пробок и заглушек в его каналах.

Методика экспериментальных исследований включает регистрацию динамических характеристик гидравлических ударных систем во время их функционирования, а также определение их статической напорной характеристики. В модели системы с источником постоянного расхода это позволяет определить величины q0, r0 (см. описание модели рис. 2) и, таким образом, вместе с параметрами элементов ударного устройства и аккумулятора, получить полный набор величин, необходимых для численного расчета динамики экспериментальных устройств и корректного сравнения его результатов с опытными данными.

Так как в математической модели системы использовали аккумулятор с линейной, а в экспериментальной Ч с нелинейной p V характеристиками, то для корректного расчета предельных циклов систем была разработана специальная итерационная процедура, применение которой позволяло производить корректировку параметров линеаризованного аккумулятора в текущем цикле по среднему давлению в нем в течение предыдущего цикла.

Рис. 14. Принципиальная схема стенда для исследования гидравлических ударных систем: УУ Ч ударное устройство (1 Ч корпус, 2 Ч боек), РУ Ч распределительное устройство (3 Ч корпус, 4 Ч золотник); 5, 6 Ч аккумуляторы; О Ч основание (7 Ч стойки крепления УУ, 8 Ч основание крепления ДУ); ДУ Ч демпфирующее устройство (9 Ч гильза, 10 Ч поршень-наковальня, 11 Ч пробка, 12 Ч клапан, 13 Ч винт), УПРР Ч устройство подачи и регулирования расхода жидкости (14 Ч насос, 15 Ч регулятор расхода); ИВК Ч измерительно-вычислительный комплекс (16 Ч универсальный согласующий блок, 17 Ч аналого-цифровой преобразователь, УД1ЦУД8, УП1ЦУП4, УР1 Ч модули, обеспечивающие работу датчиков давления, перемещения и расхода, ММ Ч мультиметр, ДД1ЦДД4 Ч датчики давления, ДП1, ДП2 Ч датчики перемещения, МН1ЦМН4 Ч манометры, РМ Ч расходомер, ДТ Ч датчик температуры) Рис. 15. Фотографии универсального ударного устройства в модификациях:

а Ч двухстороннего действия; б Ч одностороннего обратного действия с механизмом привода прямого хода; в Ч одностороннего прямого действия с механизмом привода обратного хода. 1 Ч корпус, 2 Ч стяжки, 3 Ч планка, 4 Ч винт, 5 Ч стакан, 6 Ч пружина, 7 Ч крышка, 8 Ч задняя гайка, 9 Ч шток Рис. 16. Осциллограммы динамических характеристик двухсторонней системы с управляемой камерой прямого хода: а Ч длина обратного хода x=20 мм, б Цx1 =50 мм. Здесь и на рис. 17-18: t Ч время, x и v Ч соответственно координата и скорость бойка, p, pA и pB Ч соответственно давление в аккумуляторе, камерах A и B, xV Ч перемещения золотника, s Ч импульсы расходомера; сплошные линии Ч экспериментальные результаты, пунктирные Ч расчетные данные На рис. 16Ц18 представлено несколько осциллограмм, полученных в экспериментах с системами двухстороннего и одностороннего действия. Их изучение показывает, что процессы, протекающие в реальных системах, отличаются от получаемых при расчетах с помощью разработанных математических моделей. Это связано со сжимаемостью жидкости в системе, что выражается в колебаниях давления (в ~2-3 раза превышающих среднее значение) в гидравлических камерах в периоды цикла, следующие за сменой фаз, а также не мгновенными взаимодействием бойка с ограничителем (его длительность составляет до 5 % от времени цикла tC) и срабатыванием золотника (это приводит к увеличению длины фазы обратного хода x1). Отметим также достаточно большую величину силы трения, о чем можно судить по излому кривой осциллограммы скорости при прохождении нулевого значения.

Рис. 17. Осциллограммы предельного цикла системы прямого действия:

x1=20 мм; а Ч x3=45 мм; б Ч x3=55 мм Вместе с тем подтвержден ряд особенностей в динамике предельных циклов автоколебательных гидравлических ударных систем, обнаруженных ранее при их численном исследовании. Так соотношение длительностей фаз цикла зависит от критерия, выражающего отношение сил, действующих на боек в течение 1-й и 2-й фаз цикла.

Минимальное давление в системе прямого действия всегда наблюдается в начале первой фазы цикла (рис. 17), а в системе обратного действия Ч в начале второй фазы (рис. 18а). Для системы обратного действия получен режим многоударного цикла (рис. 18б), в котором картина процесса повторялась после нескольких взаимодействий бойка с ограничителем.

Рис. 18. Осциллограммы предельного цикла системы обратного действия:

x1=40 мм; а Ч x3=30 мм; б Ч x3=55 мм На xЦt-, vЦt- и pЦt-осциллограммах рис. 16Ц18 пунктирными линиями показаны результаты расчетов динамических характеристик, произведенные с применением разработанной итерационной процедуры. Сравнение теоретических и экспериментальных осциллограмм координат и скоростей бойка, давлений в аккумуляторе показывает их хорошее качественное совпадение. Количественное расхождение, как правило, не превышает 5-6 %, однако, в некоторых случаях (для предударной скорости) оно доходит до 15-20 %.

Систематическая ошибка в определении этих параметров может быть связана с отсутствием в расчетных моделях исследуемых систем сил вязкого сопротивления и (для односторонних систем) сил трения скольжения в фазах, в которых ударное устройство не связано с гидравлической системой.

Таким образом, универсальное гидравлическое ударное устройство, разработанные методики измерения характеристик систем и итерационная процедура расчета предельного цикла позволили в одном формате произвести экспериментальное исследование автоколебательных гидравлических ударных систем, а также сравнение полученных данных с результатами численных расчетов. Результаты экспериментов подтвердили основные закономерности поведения автоколебательных гидроударных систем, полученные при теоретических исследованиях на моделях, построенных с использованием расчетной схемы процесса с источником постоянного расхода.

В пятой главе в рамках прикладной теории гидравлических цепей произведен анализ входящих в исследуемые системы элементов и устройств. Выделены компоненты, из которых они состоят, для них выписаны параметры и полюсные уравнения. Такой подход позволяет формализовать процедуру составления дифференциальных уравнений для гидравлических ударных систем и минимизировать возможность ошибки.

Разработана и отлажена программа оптимизации параметров автоколебательных гидроударных систем, при этом протестирован ряд методов поиска минимума с применением прямых (ХукаЦДживса и Розенброка), первого (наискорейшего спуска и сопряженных градиентов) и второго (Ньютона) порядка алгоритмов. Поиск минимума про* изводили для целевых функций и vI* в пространстве основных критериев подобия x1, ограниченном допустимыми значениями 0 давления в системе pmin и pmax. Результаты численных экспериментов, проведенных для систем двухстороннего и одностороннего прямого действия, показали преимущество (по количеству вычислений целевой функции) методов высокого порядка. Однако, более стабильны и точны прямые методы, поэтому есть определенный смысл в разработке алгоритма оптимизации, использующего их комбинацию с применением на конечном этапе прямых методов.

На основе концепций объектно-ориентированного программирования разработана программа расчета гидроударных систем, в которой структура моделируемой системы представлена двумя уровнями (классами): ЭлементСистема, причем базовый класс Элемент Ч чисто абстрактный и содержит спецификации общих методов и некоторые атрибуты, необходимые для идентификации производных от него классов и объектов: номер, название типа элемента, имя элемента. Общие свойства, наследуемые от базового класса по горизонтали классами элементарных физических объектов (боек, аккумулятор и др.) и по вертикали классами, описывающими исследуемые системы, позволяют упростить описание новых классов, а также взаимодействие с ними второй части программы Ч класса Процедура. В классе Процедура реализована имитация процесса функционирования системы во времени. Он осуществляет пошаговое решение системы дифференциальных уравнений с контролем текущих состояний характеристик элементов системы и соответствующей реакцией на их изменение, проверкой условий окончания счета. Классы, производные от класса Процедура, позволяют решать конкретные задачи исследования: расчет предельного цикла системы при заданных параметрах;

определение линий минимального, максимального давлений и перехода к многоударному предельному циклу; серии расчетов с варьированием критериев подобия; оптимизацию параметров системы по заданным целевым функциям; расчет предельного цикла с корректировкой параметров системы в каждом цикле с целью учета нелинейности газожидкостного аккумулятора и затрат энергии на работу распределительного устройства.

В последнем разделе главы на примере системы двухстороннего действия дается решение задачи определения необходимых для проектирования параметров и характеристик системы по ограниченному набору заданных параметров и таблицам характеристик в пространстве основных критериев подобия.

В формулы основных критериев подобия S / S, cr02S2 / m, x1 x1 r0cq0 / S (17) 0 входят собственно критерии,, x1, а также размерные параметры 0 m c r0, q0,, S, S, x1,. Каждой точке пространства основных критериев подобия при расчетах сопоставляются безразмерные характери* * * стики vI*, tC*, xmax, N*,, а также минимальное pCmin и макси* мальное pCmax давления за цикл, являющиеся функциями параметров,, x1. Их размерные аналоги вычисляются по формулам:

0 * * * v* vI* q0 / S, tC tC* r0c, xmax xmax r0cq0 / S, (18а) I 2 * * * * N* N* r0q0, pC min pC min r0q0, pC max pC max r0q0 (18б) Таким образом, имеем девять уравнений (17), (18а), (18б) относительно тринадцати неизвестных размерных параметров и характеристик системы. Чтобы получить решение и вычислить все параметры и характеристики зададим четыре из них: расход q0, сопротивление r0, массу m и длину фазы обратного хода x1 бойка. Данный набор вместе с выбранной в пространстве критериев подобия точкой,, x1 позволяет однозначно решить систему уравнений (17), (18а), 0 (18б), относительно неизвестных параметров S, S, c и характери* * * * стик v*, tC, xmax, N*, pmin, pmax.

I По последним двум величинам можно рассчитать средние дав* * * ление и объем аккумулятора pm 0.5( pCmin pCmax ) r0q0 и ** Vm c pm, а также максимально возможное усилие отдачи в фазе * * прямого хода Qmax pmax r0q0 S.

Таким образом, задав набор параметров и выбирая точки в пространстве основных критериев подобия можно определить наборы основных геометрических и физических параметров системы, из которых затем выбрать наиболее подходящий вариант.

Приведем пример расчета гидромолота, предназначенного для ковша активного действия экскаватора ЭО-4124А для заданных параметров q0 1.1 10 м3 / с (~1/3 от полной подачи насоса экскаватора), r0 5 1010 Па с/м3, m 30 кг, x1 0.05, 0.08 м.

Расчет безразмерных характеристик произведен для сетки значений основных критериев подобия x1 0.1,0.05, 0.02, 0.01,.., 10, 0.1, 0.4,.., 1.9 ; lg 1, 1.3,.., 7.

0 Из ~1000 полученных наборов данных были отобраны одиннадцать, удовлетворяющих неравенствам-ограничениям * 4 * 7.5 м/с v* 8.5 м/с, pmax <27 МПа, SA 2.0 10 м2, xmax 0.15 м, I V0 0.5 10 м3 2, V0 - объем аккумулятора при давлении зарядки p0 =12 МПа три из которых представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты расчета параметров гидроударной системы * *, л x1, м S, см2 S, см2 V0 I, м/с *, с КПД xmax, м tC, с v* tC 0.05 3.74 2.62 0.09 0.057 0.46 7.56 0.057 0.0.05 3.74 3.74 0.1 0.061 0.38 7.76 0.061 0.0.08 5.07 3.55 0.13 0.084 0.33 8.05 0.084 0.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Дано определение и сформирована классификация автоколебательных гидроударных систем. На основе расчетной схемы автономной системы с источником постоянного расхода построены математические модели систем объемного типа, для которых введены динамические критерии подобия.

2. Численное исследование динамики предельных циклов автоколебательных гидроударных систем позволило определить границы областей в пространстве основных критериев подобия, в пределах которых наблюдается их эффективная работа, и рассчитать характеристики в пределах этих областей.

3. Установлены основные закономерности поведения характеристик и режимы работы систем двухстороннего и одностороннего прямого и обратного действия объемного типа в пространстве основных критериев подобия. Двухсторонние системы показали устойчивость работы и монотонный характер изменения характеристик в области эффективной работы. В системе прямого действия основные характеристики при изменении критерия, выражающего отношение действующих на боек со стороны рабочих камер сил, проходят через экстремальные значения. В системе обратного действия наблюдаются три режима работы: авторезонансный, одноударный и многоударный, через которые она последовательно проходит при возрастании основных критериев подобия.

4. Разработана и изготовлена универсальная физическая модель ударного устройства, позволяющая в одном формате производить исследование основных классов автоколебательных гидроударных систем объемного типа. Разработана методика экспериментальных исследований, позволяющая производить анализ и корректное сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов. Экспериментально подтверждены основные закономерности в динамике предельных циклов систем, обнаруженные ранее при численном исследовании.

5. Разработана и отлажена программа расчета характеристик и оптимизации параметров гидроударных систем, использование которой позволяет производить расчет одного, нескольких или предельного цикла исследуемых систем; серии расчетов с варьированием критериев подобия; оптимизацию параметров системы по заданным целевым функциям.

6. Предложена методика определения параметров автоколебательных гидроударных систем для исполнительных органов горных и строительных машин, учитывающая особенности применяемого гидравлического оборудования и позволяющая проектировать и создавать высокоэкономичные эффективные ударные устройства с заданными характеристиками.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Городилов, Л. В. Анализ и исследование рабочих циклов ударной машины с гидравлическим приводом / Л. В. Городилов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М. : Изд-во Моск. гос. горн. ун-та. - 2002. - № 3. - С. 155 157.

2. Городилов, Л. В. Анализ и классификация эффективных конструктивных схем автоколебательных гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов, П. Я. Фадеев // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды : тр. конф. с участием иностранных ученых (10-13 октября 2006 г., Новосибирск) : в 2 т. Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2007. Т. 2 : Машиноведение. - С. 71Ц79.

3. Городилов, Л. В. Анализ рабочего цикла гидравлической ударной машины с применением критериев подобия / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2000. - № 5. - С. 70Ц76.

4. Городилов, Л. В. Исследование влияния сухого трения в паре лцилиндр-ударник на параметры гидравлической ударной машины / Л. В. Городилов // Горный информационно-аналитический бюллетень.

М. : Изд-во Моск. гос. горн. ун-та. - 2003. - № 5. - С. 150 152.

5. Городилов, Л. В. Исследование характеристик рабочих циклов гидравлических ударных машин с идеальным распределителем / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2002. - № 1. - С. 82-87.

6. Городилов, Л. В. Математические модели гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2005. - № 5. - С. 91-105.

7. Городилов, Л. В. Методика и результаты экспериментальных исследований динамики автоколебательных гидравлических ударных систем двойного и прямого действия / Л. В. Городилов, Г. Г. Васильев Г. Г., О. А. Пашина, В. Г. Кудрявцев, П. Я. Фадеев // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды :

тр. конф. с участием иностран. ученых (7 11 июля 2008 г., Новосибирск). Т. 2. : Машиноведение. - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2009. - С. 67-74.

8. Городилов, Л. В. Методика тестирования датчиков давления для исследования гидравлических импульсных систем / Л. В. Городилов, В. П. Ефимов // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды : тр. конф. с участием иностран. ученых (7 11 июля 2008 г., Новосибирск). Т. 2. : Машиноведение. - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2009. - С. 54-58.

9. Городилов, Л. В. Модель гидравлической ударной системы с источником постоянного расхода / Л. В. Городилов // Ударновибрационные системы, машины и технологии: материалы III междунар. науч. симп. (17 19 октября 2006 г., Орел). - Орел : ОреГТУ, 2006. - С. 28Ц35.

10. Городилов, Л. В. Особенности функционирования некоторых классов автоколебательных гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов // Современные проблемы теоретической и прикладной механики: сб. докл. Всерос. семинара по теоретич. и приклад. механике (Новосибирск, 10-12 апреля 2007 г.) / под ред. проф.

В. Я. Рудяка. - Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2007. - С. 30-36.

11. Городилов, Л. В. Приближенный метод расчета автоколебательных гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды : тр.

конф. с участием иностран. ученых (7 11 июля 2008 г., Новосибирск).

Т. 2. : Машиноведение. - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2009. - С. 75-81.

12. Городилов, Л. В. Программа оптимизации параметров гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов, Д. В. Вагин // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды : тр.

конф. с участием иностран. ученых (7 11 июля 2008 г., Новосибирск). Т. 2 : Машиноведение. - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2009. - С. 82-91.

13. Городилов, Л. В. Расчет основных параметров гидравлической ударной машины / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1999. - № 2. - С. 78Ц85.

14. Городилов, Л. В. Система гидравлических ударных устройств для рабочих органов горных и строительных машин / Л. В. Городилов, В. Г. Кудрявцев, О. А. Пашина // Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых : тр. IV научнопрактич. конф. с участием иностран. ученых (29Ц30 марта 2005 г, Новосибирск). - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2005. - С. 170Ц175.

15. Городилов, Л. В. Стенд и измерительно-вычислительный комплекс для экспериментальных исследований гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов, В. А. Голдобин, О. А. Пашина, В. Н. Белобородов, А. К. Ткачук // Проблемы и перспективы развития горных наук : тр. междунар. конф. (1Ц5 ноября 2004 г., Новосибирск) :

в 2 т. - Новосибирск : Ин-т горного дела СО РАН, 2006. - Т. 2 : Машиноведение. Геотехнологии. С. 142Ц151.

16. Городилов, Л. В. Структура и принципы программы расчета гидравлических импульсных систем / Л. В. Городилов // Тезисы докладов 63-й научно-технической конференции. Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2006. - С. 52.

17. Городилов, Л. В. Численное исследование динамики автоколебательных гидравлических ударных систем. Ч. I. Системы двойного действия / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2007. - № 6. - С. 66-81.

18. Городилов, Л. В. Численное исследование динамики автоколебательных гидравлических ударных систем. Ч. II. Системы прямого действия / Л. В.Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2008. № 2. - С. 78-94.

19. Городилов, Л. В. Численное исследование динамики автоколебательных гидравлических ударных систем. Ч. III. Системы обратного действия / Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2009. № 3. - С. 67-80.

20. Городилов, Л. В. Численное исследование характеристик рабочих циклов автоколебательных гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов, О. А Пашина // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды : тр. конф. с участием иностран. ученых (10-13 октября 2006 г., Новосибирск) : в 2 т. Новосибирск : Инт горного дела СО РАН, 2007. Т. 2 : Машиноведение. - С. 62Ц70.

21. Городилов, Л. В. Энергетические характеристики гидравлических ударных систем / Л. В. Городилов, О. А. Пашина // Тезисы докладов 61-й научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин).

Ц Новосибирск, 2004. - С. 51Ц52.

22. Лысенко, Л. Л. Оптимизация параметров импульсных машин / Л. Л. Лысенко, Л. В. Городилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1997. - № 4. - С. 70-77.

23. Маттис, А. Р. Безвзрывные технологии открытой добычи твердых полезных ископаемых / А. Р. Маттис, В. И. Ческидов, В. Я. Яковлев [и др.]. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2007. - 337 с.

24. Пат. 2182967 Российская Федерация, МПК 7 E21C 37/00, E02D 7/10. Способ управления рабочим циклом гидравлической ударной машины / Голдобин В. А., Городилов Л. В., Маттис А. Р. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН.

№ 2000130963/03 ; заявл. 09.12.2000 ; опубл. 27.05.2002, Бюл. № 15.

5 с. : ил.

25. Пат. 2209878 Российская Федерация, МПК 7 Е02D 7/10, E21C 37/00. Гидравлическая ударная машина (варианты) / Голдобин В. А., Городилов Л. В., Маттис А. Р., Пашина О. А. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН.

№ 2002105299/03 ; заявл. 26.02.2002 ; опубл. 10.08.2003, Бюл. № 22.

8 c. : ил.

26. Пат. 2230189 Российская Федерация, МПК 7 E21C 37/00, E02D 7/10. Гидравлическая ударная машина (варианты) / Голдобин В. А., Городилов Л. В., Пашина О. А.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2002129842/03 ; заявл. 05.11.2002 ; опубл. 10.06.2004, Бюл. № 16. 7 c. : ил.

27. Пат. 2232229 Российская Федерация, МПК 7 E02D 7/10, E21C 37/00. Гидравлическая ударная система / Голдобин В. А., Городилов Л. В., Маттис А. Р., Пашина О. А. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2003103635/03 ; заявл. 06.02.2003 ; опубл. 10.07.2004, Бюл. № 19. 6 с. : ил.

28. Пат. 2258161 Российская Федерация, МПК 7 F15B 21/12, E21B 4/14, 1/28, B25D 9/18. Распределитель гидравлических ударных устройств (варианты) / Голдобин В. А., Городилов Л. В., Пашина О. А. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2004110349/06 ; заявл. 05.04.2004 ; опубл. 10.08.2005, Бюл. № 22. 6 с. : ил.

29. Пат. 2298073 Российская Федерация, МПК E21B 1/26, E21C 37/00. Гидравлическая ударная машина / Городилов Л. В., Пашина О. А., Белобородов В. Н., Ткачук А. К. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2005134424/03 ; заявл. 07.11.2005 ; опубл. 27.04.2007, Бюл. № 12. 7 с. : ил.

30. Пат. 2311532 Российская Федерация, МПК E21C 37/00, E02D 7/10. Гидравлическая ударная машина / Городилов Л. В., Пашина О. А., Белобородов В. Н., Ткачук А. К. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2006121629/03 ; заявл. 19.06.2006 ; опубл. 27.11.2007, Бюл. № 33. 6 с. : ил.

31. Пат. 2321777 Российская Федерация, МПК F15 21/12, B25D 9/18, E21B 4/14. Распределитель гидравлических ударных устройств (варианты) / Городилов Л. В., Пашина О. А., Ткачук А. К., Кудрявцев В. Г. ; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2006134938/06 ; заявл. 02.10.2006 ; опубл.

10.04.2008, Бюл. № 10. 9 с. : ил.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по разное