Динамічна нелінійна математична модель об'ємного гідропривода з машинним регулюванням

Abstract

Мета – науковий пошук зниження коливань тиску і частоти обертання гідромотора в об'ємному гідроприводі, математична модель якого для режиму розгону і виходу на усталений режим, включає рівняння ККД гідромашин в повному діапазоні швидкостей і навантажень. Метод. Порівняльний аналіз динамічних характеристик об'ємного гідропривода на розроблених математичних моделях, що не враховують зміну ККД гідромашин і з урахуванням рівнянь змінного ККД. Розроблені математичні моделі включають імітаційний модуль пристрою управління похилим диском аксіальнопоршневого насоса, евристичний модуль стадійного зовнішнього навантаження з постійною і змінною складовими, і обчислювальний модуль двофазної робочої рідини. Одна з двох порівнюваних моделей містить розрахунок ККД гідромашин на основі теорії К. І. Городецького. Результати. Математична модель об'ємного гідропривода, в яку вводять рівняння для розрахунку ККД, виявляється більш інформативною та такою, що дає фактичні значення тиску і частоти обертання гідромотора, що дозволяють точно оцінити його вихідну потужність як один з найважливіших параметрів для споживача, тому її застосування є переважним. Отримані результати підтверджують необхідність зниження газовмісту в робочій рідині, що викликає коливання тиску в об'ємному гідроприводі та частоти обертання гідромотора, причому двофазна робоча рідина викликає більш суттєві коливання, ніж однофазна. Висновок. Результати проведених досліджень можуть бути використані при розробці нових об'ємних гідроприводів не лише з аксіальнопоршневими, але і з гідромашинами інших типів, і дозволяють аналізувати динамічні характеристики гідрофікованих машин різного призначення, а також в навчальному процесі з поглибленим вивченням студентами-магістрами об'ємних гідроприводів.

The purpose of this work is a scientific search for reducing pressure fluctuations and frequency of rotation of a hydraulic motor in a volumetric hydraulic drive. The mathematical model of this drive for the acceleration mode and reaching the steady state includes the equations of the efficiency of hydraulic machines in the full range of speeds and loads. The method used in this work is a comparative analysis of the dynamic characteristics of a volumetric hydraulic drive on the developed mathematical models that do not take into account the change in the efficiency of hydraulic machines and taking into account the equations of variable efficiency. The developed mathematical models include a simulation module of the control device for an bent axis-piston pump, a heuristic module for staged external loading with constant and variable load components, and a computational module for a two-phase working fluid. One of the two compared models contains the calculation of the efficiency of hydraulic machines based on Gorodetsky theory. The results of this scientific research is a mathematical model of a volumetric hydraulic drive, into which equations are introduced to calculate the efficiency, which is more informative. It gives the actual values of pressure and speed of the hydraulic motor, allowing to accurately estimate its output power as one of the most important parameters for the consumer. Therefore, the use of this model is preferable. The obtained results confirm the need to reduce the gas content in the working fluid, which causes fluctuations in the pressure in the volumetric hydraulic drive, and the speed of the hydraulic motor. In this case, a two-phase working fluid causes more significant fluctuations than a single-phase one. The results of the research can be used in the development of new volumetric hydraulic drives not only with axial piston, but also with other types of hydraulic machines. This allows to analyze the dynamic characteristics of hydraulic machines for various purposes. In the educational process, the results of these studies can be applied in the in-depth study of volumetric hydraulic drives by master students.