CC BY
32
УДК 621.567
М.С. КИЛИНА, В.А. ЧЕРНАВСКИЙ
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ТОРМОЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОАМОРТИЗАТОРОВ ДЛЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ПОВЫШЕННОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
Проанализированы способы торможения с применением гидроамортизаторов для механизмов машин повышенного быстродействия. Сформулированы задачи совершенствования гидроамортизаторов технологического оборудования.
Ключевые слова: тормозные устройства, технологическое оборудование, гидросистема, способы торможения, гидравлический амортизатор.
Введение. В настоящее время с развитием автоматизации производственных процессов функции гидроприводов расширяются и усложняются, так как происходит увеличение скоростей и масс движущихся частей оборудования, а это невозможно без обеспечения безударного торможения и разгона.
Кроме того, повышение скоростей увеличивает производительность, так как время реверса минимально, поэтому при проектировании машин и модернизации необходимо оптимизировать параметры регулирования переходных процессов [1].
Различные способы торможения с применением гидроамортизаторов. Среди многих способов торможения и позиционирования выходного звена необходимо выбрать наиболее подходящий. Каждая группа способов торможения имеет свою специфику, которую следует учитывать для того, чтобы при выборе получить лучшие результаты.
В технологическом оборудовании (автоматических линиях и агрегатных станках) применяют различные виды жестких упоров и амортизаторов. Чем больше количество циклов совершается механизмом, тем большее количество различных видов жестких упоров имеет оборудование. При значительных массах движущихся тел жесткие упоры не обеспечивают безударное торможение, не обеспечивают плавности разгона и торможения [2].
Простые амортизаторы, например, резиновые бамперы и витые пружины, не могут быть пригодны всюду, так как способствуют эффекту возвратного отражения: большая кинетическая энергия, поглощенная этим оборудованием, во время удара опять переносится на тормозимое тело и способствует неконтролируемому удару, который может привести к повреждению затормаживаемого тела.
Одним из известных способов контролируемого торможения движущихся тел является применение жидкостных амортизаторов, которые превращают кинетическую энергию в тепловую с последующим излучением тепловой энергии в атмосферу. Движение, действующее на поршень амортизатора, сдавливает жидкость внутри амортизатора, заставляет ее протекать через дросселирующие отверстия и способствует быстрому нагреву. Тепловая энергия переносится на корпус амортизатора, излучающий ее в атмосферу.
Применение возвратной пружины обеспечивает аккумулирование части кинетической энергии, которая облегчает возврат поршня в начальное положение. Гидропневматический или газовый аккумуляторы применяют для точного регулирования времени, необходимого для возврата поршня в начальное положение, например, в промышленных роботах.
Амортизаторы можно разделить на двухтрубные гидравлические, однотрубные газогидравлические с газом высокого давления и двухтрубные газогидравлические с газом низкого давления (рис.1).
Рис.1. Гидроамортизаторы: 1 - гидравлический двухтрубный; 2 - газогидравлический двухтрубный с газом низкого давления; 3 - гидравлический однотрубный с газом высокого давления
Однотрубные амортизаторы состоят из рабочего цилиндра, в котором газ (как правило, азот) находится в цилиндре и отделен от масла плавающим поршнем под высоким давлением (2-3 МПа). Вся работа по управлению сопротивлением при сжатии и обратном ходе осуществляется поршнем. Такая конструкция амортизатора имеет высокие рабочие характеристики. Кроме того, однотрубные амортизаторы эффективнее охлаждаются, поскольку воздухом обдувается непосредственно рабочий цилиндр. Но однотрубные амортизаторы чувствительны к внешним воздействиям. При небольшой вмятине необходимо заменить амортизатор, тогда как двухтрубные защищены внешним цилиндром. Кроме того, высокая чувствительность к температуре приводит к тому, что при повышении температуры растет давление газового подпора, и амортизатор работает жестче.
Газогидравлические двухтрубные амортизаторы с газом низкого давления применяются преимущественно в автомобилестроении. Вместо воздуха в них применяется азот под давлением от 0,4 до 2 МПа, меньшее давление необходимо при увеличении диаметра цилиндра. Газ под малым давлением не смешивается с маслом слишком активно, что улучшает работу амортизатора.
Гидравлический амортизатор (рис.2), содержит корпус 1 и размещенный в нем плунжер 2, компенсационную камеру, сообщаемую с источником питания 9, подплунжерную камеру, соединенную, с компенсационной камерой клапаном и дроссельной щелью, сечение которой уменьшается с ходом поршня, и регулировочное устройство б дроссельной щели, где плунжер
выполнен с осевым пазом, а регулировочное устройство в виде пластин, закрепленных в соответствующих пазах, и штока 8, установленного по оси плунжера и взаимодействующего с пластинами.
Внутри клапанного амортизатора давление масла поддерживается встроенным предохранительно-переливным клапаном прямого действия.
Произведено исследование динамических процессов клапанного гидравлического амортизатора, моделирование оптимальных условий (масса подвижных частей оборудования, их скорость, давление жидкости и геометрические параметры гидравлического амортизатора) для обеспечения оптимального сочетания скорости торможения и динамических показателей технологического оборудования, на котором применяется амортизатор.
Разработчиками гидроамортизаторов решаются следующие задачи:
- увеличение энергоемкости конструкции гидроамортизатора;
- автономность работы конструкции;
- плавное, без колебаний, изменение давления внутри амортизатора и усилия торможения;
- возможность регулирования пути торможения и величины тормозимой массы;
- уменьшение времени торможения.
Правильность постановки перечисленных задач подтверждает, например, анализ авторских свидетельств [4-14]. Однако решения всего комплекса задач каждая из существующих конструкций не обеспечивает. Некоторые устройства [4, 6, 9, 11, 14] не устраняют колебания тормозного усилия и давления внутри амортизатора.
В других [7, 8, 10, 12] предусмотрены меры по ослаблению колебаний тормозного усилия, однако это приводит к существенному усложнению конструкции. Также к усложнению конструкции приводят решения по регулированию пути торможения и величины тормозимой массы [4, 6, 10, 11, 13, 14].
Следует отметить решения, удачные с точки зрения внедрения сформулированных выше задач: использование программируемого изменения проходного сечения дроссельного отверстия
546
9 Г
Рис.2. Гидравлический амортизатор [3]
гидроамортизатора [10, 12]; стабилизация и регулирование усилия торможения с использованием клапана [7]; для регулировки сопротивления дроссельного отверстия применение линейного дросселя в виде резьбового канала [6]; для увеличения тормозного усилия в конце хода использование эффекта гидравлической пружины [5]; для ослабления колебания тормозного усилия и регулировки амортизаторов использование комбинированной отсечной кромки [4]. Выводы. Анализ схемотехнических решений по гидроамортизаторам показывает, что известные конструкции не решают всех задач регулирования торможения, поэтому работу по совершенствованию гидроамортизаторов следует продолжить.
Библиографический список
1. Чернавский В.А. Математическая модель и динамический расчет клапанных амортизаторов / В.А. Чернавский // Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении. Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и оборудование: сб. тр. науч.-техн. конф. (Ростов н/Д, 07-09 сент., 2005). - Ростов н/Д, 2005.
2. Сиротенко А.Н. Математическая модель клапанного гидравлического амортизатора / А.Н. Сиротенко, В.А. Чернавский // Гидропневмосистемы технологических и мобильных машин: сб. науч. тр. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1998.
3. А. с. 715850 СССР. Гидравлический амортизатор / Б.И. Говзман, П.О. Водопьянов; опубл. 1980, Бюл. № 06.
4. А. с. 1597469 СССР. Гидравлический амортизатор / В.Г. Пруцков, В.А. Чернавский,
A.Ф. Сидоров, Е.Я. Литвинов; опубл. 1990, Бюл. № 37.
5. А. с. 1337577 СССР. Гидравлический тормоз / Б.Н. Борисов; опубл. 1987, Бюл. № 34.
6. А. с. 1293405 СССР. Гидравлический буфер / В.В. Анисимов, В.А. Широков, А.В. Алексеев; опубл. 1987, Бюл. № 31.
7. А. с. 1252568 СССР. Гидропневматическое энергопоглощающее устройство / Н.Г. Зуб, Ю.К. Титов; опубл. 1986, Бюл. № 31.
8. А. с. 1132080 СССР. Пневматический демпфер / Г.В. Крейнин, К.С. Солнцева, И.Л. Кривц; опубл. 1984, Бюл. № 48.
9. А. с. 1067259 СССР. Демпфирующее устройство / В.М. Гуслиц; опубл. 1984, Бюл. № 02.
10. А. с. 1030599 СССР. Гидравлический амортизатор / Г.Ф. Робин, А.Ф. Сидоров; опубл. 1983, Бюл. № 27.
11. А. с. 996769 СССР. Гидравлический амортизатор / В.Г. Пруцков, А.Ф. Сидоров,
B.Г. Пентегов и др.; опубл. 1983, Бюл. № 06.
12 А. с. 941755 СССР. Амортизатор / О.В. Бойков; опубл. 1982, Бюл. № 25.
13. А. с. 842296 СССР. Гидравлический демпфер / А.А. Рекиш, А.В. Горностай; опубл. 1981, Бюл. № 24.
14. А. с. 638767 СССР. Гидравлический буфер / Г.Е. Бурков, А.А. Горшков; опубл. 1978, Бюл. № 47.
References
1. Chernavskii V.A. Matematicheskaya model' i dinamicheskii raschet klapannyh amortizatorov / V.A. Chernavskii // Progressivnye tehnologicheskie processy v metallurgii i mashinostroenii. Ekologiya i jizneobespechenie. Informacionnye tehnologii v promyshlennosti i oborudovanie: sb. tr. nauch.-tehn. konf. (Rostov n/D, 07-09 sent., 2005). - Rostov n/D, 2005. - in Russian.
2. Sirotenko A.N. Matematicheskaya model' klapannogo gidravlicheskogo amortizatora / A.N. Sirotenko, V.A. Chernavskii // Gidropnevmosistemy tehnologicheskih i mobil'nyh mashin: sb. nauch. tr. - Rostov n/D: Izdatel'skii centr dGtu, 1998. - in Russian.
3. A. c. 715850 SSSR. Gidravlicheskii amortizator / B.I. Govzman, P.O. Vodop'yanov; opubl. 1980, Byul. № 06. - in Russian.
4. A. s. 1597469 SSSR. Gidravlicheskii amortizator / V.G. Pruckov, V.A. Chernavskii, A.F. Sidorov, E.Ya. Litvinov; opubl. 1990, Byul. № 37. - in Russian.
5. A. s. 1337577 SSSR. Gidravlicheskii tormoz / B.N. Borisov; opubl. 1987, Byul. № 34. - in Russian.
6. A. s. 1293405 SSSR. Gidravlicheskii bufer / V.V. Anisimov, V.A. Shirokov, A.V. Alekseev; opubl. 1987. Byul. № 31. - in Russian.
7. A. s. 1252568 SSSR. Gidropnevmaticheskoe energopogloschayuschee ustroistvo / N.G. Zub, Yu.K. Titov; opubl. 1986, Byul. № 31. - in Russian.
8. A. s. 1132080 SSSR. Pnevmaticheskii dempfer / G.V. Kreinin, K.S. Solnceva, I.L. Krivc; opubl. 1984, Byul. № 48. - in Russian.
9. A. s. 1067259 SSSR. Dempfiruyuschee ustroistvo / V.M. Guslic; opubl. 1984, Byul. № 02. - in Russian.
10. A. s. 1030599 SSSR. Gidravlicheskii amortizator / G.F. Robin, A.F. Sidorov; opubl. 1983, Byul. № 27. - in Russian.
11. A. s. 996769 SSSR. Gidravlicheskii amortizator / V.G. Pruckov, A.F. Sidorov, V.G. Pentegov i dr.; opubl. 1983, Byul. № 06. - in Russian.
12 A. s. 941755 SSSR. Amortizator / O.V. Boikov; opubl. 1982, Byul. № 25. - in Russian.
13. A. s. 842296 SSSR. Gidravlicheskii dempfer / A.A. Rekish, A.V. Gornostai; opubl. 1981, Byul. № 24. - in Russian.
14. A. s. 638767 SSSR. Gidravlicheskii bufer / G.E. Burkov, A.A. Gorshkov; opubl. 1978, Byul. № 47. - in Russian.
Материал поступил в редакцию 04.06.10. M.S. KILINA, V.A. TCHERNAVSKIY
ANALYSIS OF BRAKING MODES WITH APPLICATION OF HYDROSHOCK ABSORBERS FOR MECHANISMS OF INCREASED OPERATION SPEED
Braking modes with application of hydroshock-absorbers for MECHANISMS OF INCREASED OPERATION SPEED are analyzed. Improvement tasks of hydroshock-absorbers for process equipment are formulated.
Key words: braking gear, process equipment, hydrosystem, braking modes, hydroshock-absorber.
КИЛИНА Мария Степановна, аспирант кафедры «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета. Окончила Донской государственный технический университет (2006). Область научных интересов: гидропривод и гидропневмоавтоматика. Автор трех публикаций.
ЧЕРНАВСКИЙ Владимир Александрович (р. 1937), доцент кафедры «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета. Окончил Ростовский институт сельхозмашиностроения (ДГТУ) (1991). Область научных интересов: гидропривод и гидропневмоавтоматика. Автор 154 публикаций, 20 авторских свидетельств и патента.
Maria S. KILINA, Postgraduate student of the Hydraulics, Hydropneumoautomation and Heat Processes Department, Don State Technical University. She graduated from Don State Technical University (2006).
Research interests: hydraulic drive and hydropneumoautomation. Author of 3 scientific рublications.
Vladimir A. TCHERNAVSKIY (1937), Associate Professor of the Hydraulics, Hydropneumoautomation and Heat Processes Department, Don State Technical University. He graduated from Rostov Institute of Agricultural Engineering (1991).
Research interests: hydraulic drive and hydropneumoautomation.
Author of 154 scientific publications, 20 certificates of authorship and patents.
