Алгоритм проектирования объёмных гидроприводов

Гидравлический привод как объект проектирования характеризуется определенной структурой (рис.1) и соответствующими параметрами. Очевидно, что структура гидропривода, которая определяет элементы объекта проектирования и связи между ними, должна обеспечить надёжное функционирование и достижение целей, поставленных перед объектом. В качестве элементов гидропривода выступают насосы, гидродвигатели, клапаны, гидрораспределители, баки, трубопроводы и т.д., которые, в свою очередь, также характеризуются определенной структурой и параметрами, но структура которых на данном этапе не рассматривается.

 

Рис.1. Структурная модель гидропривода [11]

 

Таким образом, характеристики гидропривода, имеющего большое количество элементов, зависят от значительного числа параметров. Очевидно, что вести проектирование гидропривода, оперируя таким большим объемом информации, достаточно сложно. Поэтому важнейшим принципом, реализуемым при проектировании сложных технических систем, к которым относятся и данные гидроприводы, является принцип декомпозиции, лежащий в основе всех технологий проектирования. Это означает, что система проектных процедур должна позволять конструктору на том или ином этапе проектирования вести направленный поиск параметров конструкции, оперируя лишь ограниченной информацией.

Процесс проектирования сложных технических систем также сопровождается большим объёмом проектных расчётов по выбору структуры и параметров, в основе которых лежит математическое моделирование процессов, отражающих функционирование системы и её элементов. Предполагая возможность широкого использования для расчётов математических моделей с различным уровнем идеализации, система проектирования гидроприводов должна иметь достаточно высокую степень формализованности всех этапов проектирования.

Многообразие возможных структур гидравлических приводов, обусловленное широким диапазоном выполняемых ими технологических процессов и существующей номенклатурой гидроэлементов, предполагает, что система проектных процедур этих гидроприводов должна обеспечивать структурную и функциональную гибкость при выборе их гидравлических элементов и являться открытой и адаптируемой к поиску новых технических решений.

Проектирование гидроприводов должно осуществляться поэтапно. На рис.2 представлен обобщённый алгоритм их проектирования. Разбиение процесса проектирования на

 

 

Рис.2. Обобщённый алгоритм проектирования гидроприводов [11]

этапы целесообразно из-за высокой сложности данных гидроприводов и невозможности вследствие этого решить задачу проектирования сразу, одновременно определив конструктивные особенности всех их элементов, их характеристики и связи между ними.

Основной задачей первого этапа является построение структуры гидропривода и синтез основных параметров, обеспечивающих надежное и экономичное выполнение всех стоящих перед ним функций.

Основными проектными процедурами этого этапа являются: разработка схемы размещения гидропривода, формирование его структуры и его идентификация.

Схема размещения гидропривода отражает места расположения его отдельных элементов, например, на раме самодвижущейся машины, определяет в первом приближении конфигурацию и длины трубопроводов, возможные способы и места крепления элементов.

Структура гидропривода формируется конструктором с использованием библиотек аналогов и типовых структур, с учетом требований технического задания на проектирование. Исходными данными являются схема размещения и циклограмма работы исполнительных органов гидропривода. В результате определяется состав гидропривода в целом, входные и выходные параметры элементов, характеристики системы регулирования, структура и параметры источника питания. Это позволяет перейти к разработке принципиальной гидравлической схемы гидропривода и выбору или проектированию его элементов.

Процедура идентификации гидропривода включает решение задачи его оснащения гидромашинами и другими гидроэлементами, а также средствами контроля и управления, необходимыми для работы. Гидроэлементы выбираются из числа существующих с учетом условий их работы либо, если необходимые элементы отсутствуют, формируются требования к ним для разработки новых образцов. Результатом этого является получение принципиальной гидравлической схемы привода и формирование его элементной базы.

Заключительной процедурой данного этапа является оценка характеристик спроектированного таким образом гидропривода. Здесь имеют место решения как совокупности частных задач, характеризующих особенности работы привода (настройка предохранительных клапанов, расчет дроссельных шайб, определение гидропотерь и т.д.), так и комплексных задач, например, оценка работоспособности гидропривода. В случае невыполнения требований технического задания осуществляется корректировка элементной базы (комплектующих элементов и узлов).

На втором этапе выполняется проектирование отдельных элементов гидропривода. Исходными данными являются принципиальная гидравлическая схема и требования к характеристикам элементов.

Гидропривод является сложной технической системой и имеет иерархическую структуру. Составляющие гидроэлементы привода можно разделить по уровням сложности, тем самым, решив вопрос о порядке их проектирования. Это выражается в том, что в пределах одного уровня осуществляется проектирование гидроэлемента конкретного типа с привлечением соответствующих методов расчёта. При этом процесс проектирования гидропривода распадается на ряд самостоятельных процессов, связанных с проектированием насосов, гидродвигателей, устройств гидроавтоматики, баков, трубопроводов и т.д.

В каждом случае выполняются проектные процедуры, связанные с формированием структуры соответствующего элемента, определением его основных параметров, расчётом характеристик. Не соответствие полученных характеристик гидроэлементов заданным в техническом задании потребует корректировки их параметров или структуры, а возможно, и корректировки структуры всего гидропривода.

На третьем этапе выполняется конструирование элементов и гидропривода в целом. При этом уточняются принятые ранее конструктивные параметры (габариты, объём, масса и т.д.) и выполняются прочностные расчеты, при необходимости уточняются характеристики гидропривода и его структура.

Четвертый этап включает разработку конструкторской документации на элементы и гидропривод в целом, в которой отражаются в виде технических решений результаты проведённых работ по синтезу и анализу создаваемого гидропривода.