Расчет режимов работы гидропривода

Установившийся режим. При проектировании и расчете гидропривода, работающего с рабочим органом или сельскохозяйственной машиной в установившемся режиме, необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических характеристик гидродвигателя характеристике нагруженной сборной единице машины.

Исходные данные для правильного расчета мощности и выбора типа гидропривода – технологические и конструктивные требования, которые возникают в связи с эффективным использованием гидропривода при высокой производительности, надежности и точности их работы.

Применение гидропривода в сельскохозяйственных машинах по характеру изменения момента может быть;

с постоянным статическим моментом;

M _с = const,

с моментом, зависящим от угловой скорости (вентилятор, насос центробежный);

M _с = M ₀ + k ω²,

с моментом, зависящим от пути или угла поворота (кривошипные передачи);

M _с = M ₀ + M _а sinφ,

с моментом, характеризующимся случайным изменением во времени;

 

M _с = M ₀ + ke^-nττ,

где k – коэффициент передачи, τ – временная функция.

 

Механическая характеристика рабочего органа сельскохозяйственной машины представляет собой зависимость между приведенными к валу гидродвигателя скоростью и моментом сопротивления ω = f (M _c). В общем виде момент сопротивления можно определить по формуле;

 

M _с = M ₀ + (M _с.ном – M ₀ ) (ω_/ ω_ном )^х,

 

где M _с, M _а – моменты сопротивления взависимости от ω и φ; M ₀ – момент сопротивления трения в движущихся частях; M _с.ном – момент сопротивления при номинальной скорости ω_ном ; х – показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.

При х =0 момент сопротивления не зависит от скорости; при х =1 он линейно зависит от скорости ω, при х =2 M _с зависит от квадрата скорости (параболическая характеристика); при х =-1 момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости. Проектируя гидропривод к тому или иному рабочему органу, учитывают не только характеристики механизмов, но и стабильность (жесткость) механической характеристики гидропривода. Жесткость характеристики гидропривода определяется в каждой точке как производная момента по угловой скорости;

 

β_п = d M / d ω.

 

Переходный режим. В установившемся режиме момент, развиваемый гидромотором, равен моменту сопротивления машины, и скорость привода постоянна. Однако при работе мобильных сельскохозяйственных машин из-за неустановившейся нагрузки гидропривод работает с ускорением или замедлением, возникают инерционные силы, которые гидродвигатель должен преодолевать, находясь в переходном режиме.

Уравнение движения гидропривода должно учитывать все силы и моменты, действующие в переходных режимах.

Уравнение равновесия для поступательного движения гидропривода;

 

F – F _c = m dυ / d t,

 

Для вращательного движения:

 

M – M _с = I dω / d t,

где F и F_c – движущая сила и сила сопротивления машины; m dυ / d t – инерционная сила, возникающая при изменениях скорости; M и M_с – развиваемыйгидродвигателемвращающиймомент и моментсопротивления; I dω / d t – инерционный момент.

Переходный режим работы гидропривода характеризуется изменением момента, расхода жидкости и угловой скорости, т.е. ускорением или замедлением привода.

Изучение динамики гидропривода позволяет определить потребную мощность, оценить влияние параметров рабочей машины и гидропривода на производительность машины и качество выполняемого процесса, оценить работу элементов и системы управления и др.

Уравнения равновесия системы гидропривод – механический рабочий орган при пуске имеют вид;

M _г = k∆pq + M_0;

M _M = I dω / d t + M_c.

 

Приравняем правые части этих уравнений и разделим все члены на ∆рQ, тогда после преобразования получим;

 

ω + ω₀ = Т dω / d t + ∆;ω_с,

 

где ω= k∆pq / ( ∆рQ) – угловая скорость при установившемся движении; ω₀=∆ M_с / ( ∆рQ) – угловая скорость вала при холостом ходе;

Т = I / (∆рQ) – постоянная времени гидропривода;

∆ω_с= ∆ M_с / ( ∆рQ) – период угловой скорости при нагрузке моментом ∆ M_с.

 

Тогда уравнение движения гидропривода;

dω / d t - ω∕Τ = (ω₀ + ∆ω_с) / Τ;.

 

После интегрирования получим;

 

ω = ω₀ – ∆ ω _с + се^-t/T,

 

где с – постоянная инегрирования.

 

 

Значение с определяем для времени;

 

t =0, т.е. ω = ω_н, а с = ω_н – (ω₀ - ∆ω₀) = ω _н - ω_с.

 

Для угловой скорости гидромотора;

ω = ω_с + (ω_н - ω_с) е^{- t/T}

где ω_с – угловая скорость вала гидромотора при установившемся значении момента нагрузки.

 

В случае включения нагруженного гидропривода из неподвижного состояния (ω_н = 0) имеем;

ω = ω_с (1 – е^{- t/T}).

 

При включении гидромотора без нагрузки;

 

ω_хх = ω₀(1 – е^{- t/T}).

а момент М_чч = I dω / d t.

В переходных режимах при ударном приложении (снятии) нагрузки возникает резкое динамическое падение угловой скорости, что отрицательно сказывается на работе многих гидроприводов сельскохозяйственных машин.

Отдельные рабочие органы, например транспортер примесей картофелеуборочного комбайна, необходимо реверсировать под нагрузкой.

Скорость при реверсировании;

 

ω = - ω₀ – ∆ω_с + е^{- t/T},

где с =ω_с + ω₀ - ∆ω_с при t=0; ω=ω_нач=ω_с.

 

Реактивный момент всегда препятствует движению. При реверсировании на участке торможения скорость снижается под действием суммы моментов гидродвигателя и нагрузки, а на участке разгона увеличение угловой скорости происходит под действием разности этих моментов.

Переходный процесс протекает в гидроприводе при скачкообразном измени управляющего воздействия.

Угловая скорость;

ω= ε t,

где ε – угловое ускорение, характеризующее темп изменения ω₀.

 

При остановке, рабочего органа, обладающего определенным моментом инерции, происходит торможение и незначительная обратная отдача скорости.

На динамические характеристики гидропривода оказывает влияние жесткость и упругость механических соединительных звеньев с рабочим органом (цепная или клиноременная передача, жесткое соединение или упругая муфта и др.).