Аналіз ефективності гідравлічних схем механізму повороту машини маніпуляторного типу за характеристиками швидкодії та навантаженості виконавчих елементів

Анотація

У статті досліджено вплив різних конфігурацій гідравлічних схем на динамічні характеристики механізму повороту колони машин маніпуляторного типу, зокрема кранів-маніпуляторів, екскаваторів та навантажувачів. Механізм повороту є одним із найбільш навантажених вузлів таких машин, що визначає їх продуктивність та надійність. Проаналізовано п'ять варіантів гідравлічних схем: з дроселями у напірній та зливній магістралях діаметрами 2,5 мм та 3 мм; з дроселями, обладнаними зворотними клапанами діаметрами 2,5 мм та 3 мм; без дросельних пристроїв; з дроселем діаметром 2,5 мм, що з'єднує порожнини гідроциліндра. Розроблено математичну модель на основі системи диференціальних рівнянь, яка описує обертання колони та витрату робочої рідини в порожнинах гідроциліндра повороту. Модель враховує стисливість робочої рідини, податливість елементів гідросистеми, витоки, характеристики гідророзподільника та запобіжних клапанів. Проведено чисельне моделювання перехідних процесів при номінальній подачі насоса 80 л/хв, моменті навантаження 90 кН·м та куті повороту 180°. Отримано залежності зміни тиску в напірній та зливній порожнинах гідроциліндра, а також кутової швидкості повороту колони від часу для різних діаметрів дросельних отворів. Встановлено, що застосування дроселів зі зворотними клапанами діаметром 3 мм забезпечує зниження динамічних навантажень у середньому в 1,2 рази порівняно зі схемою з дроселями без зворотних клапанів того ж діаметра, в 1,2-1,4 рази порівняно зі схемою без дроселів при обертанні та гальмуванні відповідно, та в 1,3-1,55 разів порівняно зі схемою з дроселем, що з'єднує порожнини гідроциліндра. Піки тиску при гальмуванні зменшуються на 2-6 МПа в напірній та 1-2 МПа в зливній порожнинах. Час повороту колони скорочується в 1,2-1,3 рази порівняно зі схемами з дроселями без зворотних клапанів, що свідчить про підвищення швидкодії механізму. Зворотні клапани забезпечують вільний прохід робочої рідини при розгоні колони та обмежують витрату при гальмуванні, що знижує піки тиску. Результати дослідження дозволяють обґрунтовано вибирати конфігурацію гідравлічних схем механізмів повороту для забезпечення оптимального співвідношення між швидкодією та рівнем динамічних навантажень на елементи гідроприводу.