Пользователь Пароль
Забыли пароль? Регистрация
Содержание >> Инженерная математика >> Гидравлические системы >> Динамический анализ >> Структурное описание гидросхем

Динамический анализ гидросистем - Структурное описание произвольных гидросхем

Структурное описание произвольных гидросхем

Анализ различных гидросистем, применяемых в различных мобильных машинах (автомобилях, дорожных, строительных, землеройно-транспортных машинах, тракторах, тягачах и др.), показывает, что существует конечный набор базовых гидроэлементов, с помощью которых можно синтезировать практически любую схему гидропривода. К этим элементам относятся: насос, гидромотор, гидроцилиндр, клапаны прямого и непрямого действия, дроссель (местное сопротивление), трубопровод (в том числе, тупиковый участок трубопровода или полость), тройник (делитель или сумматор потоков), регулятор мощности, гидроаккумулятор, гидрозамок, золотниковый гидрораспределитель, дизельный двигатель с центробежным регулятором, колесный движитель, элементы систем автоматического регулирования (САР).
Расчет любой гидросхемы сводится к определению переменных давлений, расходов (подач), скоростей и положений подвижных частей в точках соединения гидроэлементов – узлах схемы. При этом один и тот же узел может быть одновременно выходом одного элемента и входом другого.
Любую гидросхему можно рассматривать как совокупность составляющих ее элементов и узлов – точек соединения этих элементов. Каждый элемент гидросхемы, кроме золотникового гидрораспределителя, можно представить в виде трехузлового элемента с узлами  i  (вход),   j    (выход) и  k (управление или преобразование энергии), связывающими его с другими элементами cхемы (рис. 1).

Ris1_HYDRA.gif
Рис. 1. Базовые гидроэлементы и их узлы

а – насос, б – гидромотор, в – гидроцилиндр, г – гидроаккумулятор, д – клапан прямого действия, е – клапан непрямого действия, ж – трубопровод, з –тупиковый трубопровод (полость), и – дроссель (местное сопротивление), к – тройник, л – регулятор мощности, м – золотниковый гидрораспределитель, н – гидрозамок, о – дизель с центробежным регулятором, п – колесный движитель, р – линейное динамическое звено САР.


Вход и выход элемента определяются принятым направлением потока рабочей жидкости. При изменении направления потока меняется знак соответствующих параметров, характеризующих работу элемента (перепад давления, расход жидкости и т.д.). В соответствии с этим принята следующая классификация узлов базовых гидроэлементов. Здесь представлен и дизель как наиболее распространенный тип приводного двигателя в мобильных машинах.


Таблица 1. Классификация узлов базовых гидроэлементов

Элемент

Узел i

Узел j

Узел k

Насос

Вход
(всасыв. линия)

Выход
(напорная линия)

Отбор мощности от
двигателя (вал)

Гидромотор

Вход
(напорная линия)

Выход
(сливная линия)

Передача мощности
раб. механизму (вал) 

Гидроцилиндр

Вход
(напорная полость)

Выход
(сливная полость)

Передача мощности
раб. механизму (шток) 

Клапан прямого
действия

Вход
(напорная линия)

Выход
(сливная линия)

Перемещение запорно-
регулир. элемента

Гидроаккумулятор

Вход
(линия подвода жидкости)

Выход
(газовая полость)

Перемещение поршня
(мембраны)

Трубопровод

Вход

Выход

-

Тупиковый участок
трубопровода (полость)

Вход

Выход
(заглушенный конец)

-

Дроссель

Вход

Выход

-

Тройник:

делитель потоков
сумматор потоков

 

Вход
Вход

 

Выход
Вход

 

Выход
Выход

Клапан непрямого
действия:
первый каскад
(вспомог. клапан)

второй каскад
(основной клапан)       

 

Вход
(напорная линия)

Вход
(напорная линия,
узел r)

 

Выход
(сливная линия)

Выход
(слив. линия, узел s
может быть: s = j )

 

Перемещение запорно-
регулир. элемента
вспомогат. клапана

Перемещение запорно-
регулир. элемента
основного клапана,
узел t

Регулятор мощности

Вход
(по первой магистрали)

Вход
(по второй магистрали)

Перемещение поршня
регулятора

Гидрозамок:

толкатель

 клапан

 

Вход (напорная линия, узел r)
Вход
(напорная линия)

 

Выход (линия питания, узел s)
Выход
(сливная линия)

 

Перемещение толкателя,
узел t

Перемещение клапана

Дизель с центробежным
регулятором

-

Выход
(вал двигателя)

Перемещение муфты регулятора дизеля 

Колесный движитель

Вход
(ось колеса)

Выход (точка контакта колеса с дорогой)

Корпус машины

Звено САР

Вход

Выход

Вход
(только для сумматора)

 

Согласно приведенной классификации каждый тип элемента получил специальное имя –   идентификатор, позволяющий при формировании общей модели гидросистемы выбрать в библиотеке математических моделей гидроэлементов нужную группу уравнений, а именно: математическую модель элемента данного типа. Были выбраны следующие идентификаторы базовых гидроэлементов: НАСОС (насос), МОТОР (гидромотор), ЦИЛИНДР (гидроцилиндр), ТРУБА (трубопровод), КЛАПАН (клапан прямого действия) и т.д.
В соответствии с введенной идентификацией каждый элемент  e  гидросхемы относится к определенному типу с соответствующими ему узлами  i  ,   j  ,  k . Тогда структура любой гидросхемы после нумерации всех ее узлов описывается следующей матрицей  S :

S= ,            (1)

где  e1 , …. , eN – элементы гидросхемы, N – их количество.

Идентификатор em определяет соответствующую элементу математическую модель, а номера узлов  im ,   jm km  служат для индексации переменных и, как следствие, установления условий связи элементов друг с другом. Например, если выход элемента  em является в то же время входом элемента en , то очевидно, что  jm = in , и следовательно, переменные на выходе  em  и на входе en  совпадают, т.е. имеет место соответствующее условие связи.

В результате такого описания структуры схемы из общей библиотеки математических моделей элементов будут выбраны именно те уравнения, которыми описываются элементы, входящие в схему, а индексация переменных, входящих в уравнения (условия связей), будет установлена на основании нумерации узлов элементов, указанных в матрице  S.

Единственным элементом, выпадающим из общей концепции трехузлового элемента, является золотниковый гидрораспределитель, поскольку число примыкающих к нему узлов может быть больше трех. Поэтому рассмотрим золотниковый гидрораспределитель как совокупность местных сопротивлений – возможных соединений узлов золотника (рис. 1м). Тогда его структура может быть описана путем формирования дополнительной матрицы  U :

U =           (2)

где  i1j1i2j2, ... ,  iLjL  – номера узлов входа и выхода соединений 1, 2, ... , L золотника гидрораспределителя, L– количество соединений. 

Таким образом, описание структуры (топологии) любой произвольной гидросхемы для проведения динамического анализа формализуется путем:
- нанесения на рабочую схему узлов – точек соединения элементов, и нумерации узлов;
- формирования структурной матрицы S на основе идентификации базовых элементов и нумерации их узлов в схеме;
- формирования соответствующего числа матриц U при наличии в схеме золотниковых гидрораспределителей.

Главная | Дискретность | Пользование сайтом | Ссылки | Связь с нами
© Д-р Юрий Беренгард. 2010 - 2017
Последнее обновление: 23 июля 2015 г.


Rambler's Top100