Научные основы проектирования плунжерных передач (12.12.2011)

Автор: Каракулов Максим Николаевич

- количество записей в файл данных, произведенных за время контакта плунжера и колеса, и количество записей соответствующее одному обороту золотника.

не превышает 20%.

Общий КПД ПГД определялся из зависимости

где Ткр.(р) – экспериментально определенная величина крутящего момента на выходном валу двигателя при известном давлении в магистрали р; V/(t1 – объемный расход рабочего тела, определяемый экспериментально; (t – КПД направляющего блока, который используется в конструкции нагружающего устройства.

Полученные результаты экспериментального определения Ткр. (р) и (((р) представлены на рис. 24.

Для определения механического КПД экспериментально определялись (* и (об. Для определения (*, с помощью установленного в один из каналов подвода рабочего тела датчика давления, определялись р и рост. (рис. 25) и по их значению (*=1-(рост./р). Объемный КПД определялся из отношения объемных расходов рабочего тела на выхлопе и в коллекторе подачи с помощью выражения:

- показания расходомеров установленных в магистрали подачи и выхлопа рабочего тела.

Тогда КПД плунжерной передачи ПГД определяется из зависимости:

Для определения КПД передачи были выбраны четыре режима с р=8,0 МПа, nЗ=325 об/мин, р=6,5 МПа, nЗ=300 об/мин, р=4,5 МПа, nЗ=385 об/мин и р=2,5 МПа, nЗ=265 об/мин.

Результаты обработки экспериментальных данных с помощью (46) и результаты теоретического определения КПД представлены графически на рис. 26.

Анализ полученных результатов показывает, что среднее расхождение между данными теоретических и экспериментальных исследований составляет 8,6%, что говорит об их хорошей сходимости.

Кроме того, анализ результатов (рис. 26) показывает, что с увеличением давления в магистрали значение механического КПД ПГД увеличивается до достижения номинального режима работы, что связано с приближением действительного закона деформирования гибкого элемента к расчетному.

В седьмой главе описываются практические результаты работы. Рассматриваются особенности конструкции разработанных и изготовленных изделий с плунжерной передачей, приводятся примеры их внедрения в промышленности. Дается описание комплекса программ для расчета и исследования плунжерных передач и плунжерных газогидравлических двигателей, который включает в себя:

модуль геометрического расчета эвольвентной плунжерной передачи;

модуль исследования качественных характеристик передачи,

модуль проектирования плунжерных газогидравлических двигателей.

В свою очередь каждый модуль представлен совокупностью компонентов, взаимодействующих друг с другом на всем протяжении работы программы.

Все разработанные приложения объединены в один комплекс и имеют возможность обмена расчетными данными в виде текстовых файлов, содержащих результаты расчетов соответствующих этапов (модулей).

Структура комплекса определяется структурой процесса проектирования плунжерных передач, предложенной в рамках данной работы.

В качестве лингвистического обеспечения применяется язык объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7.0.

На рис. 27 и 28 приведены примеры диалоговых окон программных приложений.

Заключение

В ходе выполнения исследований, направленных на решение проблемы проектирования плунжерных передач, получены следующие основные результаты:

Разработанная принципиальная структура процесса проектирования плунжерных передач позволяет повысить производительность и качество проектирования за счет выделения основных этапов процесса с возможностью принятия проектного решения на каждом из них, разграничения групп входных и оценочных параметров передачи, определения очередности проектных процедур на каждом этапе.

Предложенная классификация плунжерных передач, определяющая их место среди аналогов, содержит признаки (способ кинематического замыкания в паре плунжер-волнообразователь, расположение плунжеров по отношению к оси ведущего звена, тип волнообразователя), использование которых позволяет решить задачу синтеза новых разновидностей плунжерных передач, в том числе с новыми не только структурными, но и функциональными свойствами.

Разработанный метод синтеза структурных схем плунжерных передач позволяет создавать механизмы с различными функциональными свойствами, что способствует получению механизмов с заданными кинематическими и силовыми характеристиками. Две из синтезированных с помощью указанного метода схем плунжерных передач защищены патентами РФ на изобретение.

Получены математические модели зацеплений плунжерных передач с различной геометрией контактирующих поверхностей, позволяющие проводить геометрический синтез как сопряженного, так и приближенного плунжерного зацепления. На базе указанных моделей: (а) разработана методика геометрического расчета плунжерного зацепления, которая включает в себя определение основных геометрических параметров передачи, основных геометро-кинематических и силовых характеристик контакта зубьев; (б) разработан метод синтеза приближенного плунжерного зацепления, использующий как локальные, так и нелокальные характеристики контакта зубьев, и позволяющий создавать передачи с заданным уровнем качественных показателей.

Выполнены исследования геометрии и кинематики плунжерного зацепления, на основании которых установлено влияние геометрических параметров передачи на характер контакта, на кинематические и качественные характеристики зацепления, на опасность возникновения и величину интерференции.

Разработаны математические модели и выполнен анализ кинетостатики плунжерных передач с механическим и газомеханическим волнообразователями, позволяющий определить характер силового взаимодействия элементов передачи и влияние на него геометрических параметров зацепления.

Разработанный метод определения распределения сил в многопарном плунжерном зацеплении с учетом деформативности его элементов, алгоритм анализа нагруженного зацепления с применением метода конечных элементов и методы количественной оценки опасности заедания позволяют найти пути снижения нагруженности контакта и увеличения нагрузочной способности передачи. В частности, увеличение диаметра вершин зубьев колеса с внутренним сопряженным зацеплением на 12-15% позволяет существенно (до 4-5 раз) уменьшить величину коэффициента удельного скольжения при входе плунжера в зацепление и соответственно на 20-30% снизить вероятность появления заедания и, как следствие, на 80-90% увеличить допускаемый крутящий момент на выходном валу при прочих равных условиях.

В результате проведенного комплекса экспериментальных исследований установлено: (а) КПД плунжерной передачи с газомеханическим волнообразователем увеличивается с увеличением давления в магистрали и приближается к расчетному значению при его номинальной величине; (б) коэффициент перекрытия уменьшается с ростом частоты вращения вала золотника-распределителя, что позволяет выделить область наиболее эффективного использования механизмов этого вида.

В ходе проведения численных и экспериментальных исследований установлено: (а) основным критерием, регламентирующим нагрузочную способность передачи является заедание; (б) в связи с высоким уровнем скольжения в зацеплении исследуемые передачи рекомендуется применять в тихоходных приводах; (в) КПД передачи, оснащенной механическим волнообразователем в значительной мере зависит от коэффициента трения в паре плунжер-волнообразователь.

Применение созданного комплекса прикладных программ для проектирования и исследования плунжерных передач, позволяет значительно снизить трудоемкость проектирования исследуемых передач при одновременном улучшении их качественных характеристик путем увеличения количества вариантов исполнения привода, которые подвергаются анализу.

На основе плунжерных передач разработаны и внедрены рациональные конструкции приводов различного назначения и технологическая оснастка для их изготовления, защищенные патентами РФ на изобретение. Результатами внедрения являются: опытно-промышленный образец ПГД-1, примененный в качестве исполнительного механизма стендов испытания газонефтепроводной арматуры ФГУП ”Воткинский завод” (г. Воткинск); плунжерный редуктор ПВР-2, нашедший применение в модернизированном стенде испытания двигателей внутреннего сгорания ООО “Уралреммаш” (г. Ижевск); технические предложения и рекомендации по эксплуатации плунжерных передач в составе приводов общемашиностроительного применения, использующиеся в проектно-конструкторской деятельности ООО ”Завод нефтегазового оборудования “Техновек”” (г. Воткинск); разработанные методики проектирования и оценки качественных показателей плунжерных передач, преподаваемые в учебном процессе в ГОУ ВПО “Ижевский государственный технический университет” (г. Ижевск).

Содержание диссертации изложено в следующих основных работах:

- издания, рекомендованные ВАК РФ:

Каракулов М.Н. Особенности конструкции и области эффективного использования плунжерных передач // Вестник машиностроения. 2008.№10. - С.13-16.

Каракулов М.Н. Исследование зацепления плунжерной передачи // Вестник машиностроения, 2008.№11. - С.12-14.

Каракулов М.Н. Синтез точного плунжерного зацепления // Проблемы машиностроения и надежности машин. Машиноведение, РАН. 2009. №2. - С. 10-12.

Каракулов М.Н., Е.В. Каракулова Анализ кинематики плунжерного зацепления // Вестник ИжГТУ. 2009. №1. - С.27-30.


загрузка...