MRV syntesis

7/21/2019 MRV syntesis

http://slidepdf.com/reader/full/mrv-syntesis 1/32

1

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - СОФИЯ ЕНЕРГОМАШИНОСТРОИТЕЛЕН ФАКУЛТЕТ

Катедра: “Хидроаеродинамика и хидравлични машини“

АВТОРЕФЕРАТ

на дисертационен труд за получаване на образователна и научнастепен “Доктор”

По докторска програма:„Хидравлични и пневматични задвижващи системи”

Професионално направление:5.1. Машинно инженерство.

Тема: „СИНТЕЗ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИ КЛАПАНИ С

НЕПРЯКО УПРАВЛЕНИE”

маг.инж. Сашко С. Димитров

Научен ръководител: проф. д.т.н. инж. Михаил ДимитровКомитовски

Рецензенти:1. проф. д-ринж. Милчо Стоянов Ангелов

2. доц. д-р инж. Илчо Иванов Ангелов

София 2013г.



2

Дисертационният труд е с обем 126 страници и съдържа увод, пет глави,заключение, приноси и литература. Включва 56 фигури и 2 таблици. Цитираниса 97 литературни източника.

Номерацията на главите, фигурите и таблиците в автореферата отговаряна тази в дисертацията.

Дисертационният труд е обсъден и насочен за публична защита назаседание на Катедрен съвет на катедра “Хидроаеродинамика и хидравличнимашини” на Енергомашиностроителен факултет на Технически университет – София, проведено на 03.10.2013 г.

Изследванията по дисертационния труд са извършени в Техническиуниверситет – София.

Защитата на дисертационният труд ще се състои на 21.01.2014 г. от 14:00часа в зала 2100А, блок 2 на Технически университет – София на откритозаседание на научното жури, определено със заповед №ОЖ–340/16.10.2013г.наРектора на ТУ – София.

Научно жури:

1. доц. д-р инж. Илчо Иванов Ангелов

2. проф. дтн инж. Михаил Димитров Комитовски 3. проф. д-р инж. Милчо Стоянов Ангелов 4. доц. д-р инж. Тодор Николов Чакъров 5. доц. д-р инж. Стефан Димитров Лазаров

Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се вканцеларията на “Енергомашиностроителен факултет”, на адрес: гр. София,бул. „Климент Охридски” №8, бл.2, ет.3, каб. 2344.

Автор: маг. инж. Сашко Станко Димитров Заглавие: „Синтез на предпазно-преливни клапани с непряко управление” Печатна база: Издателство на ТУ - София



3

УВОД

Статичните и динамични характеристики на предпазно-преливните

клапани са от особено значение за качеството на хидравличните системи.

Грешката от статичната характеристика на тези устройства води до

повишение на енергийните загуби в системата. От друга страна динамичната

грешка повишава налягането при преходни процеси, което изисква системата

да бъде оразмерена за по-високи налягания над установената стойност,

определена от статичните характеристики.

Изследванията и последвалите ги изменения на конструкцията на

предпазно-преливните клапани е един процес, който вече продължава повече

от един век. Това се дължи на сравнително сложните характеристики на тези

устройства и влиянието на другите елементи на хидравличната система върху

работата им. До сега няма разработена единна методика за оптимизация на

предпазно-преливните клапани. Причината за това са различните изисквания

към характеристиките на тези устройства с промяна на вида на хидравличната

система. Например, в хидравличните системи на много металорежещи машини

се поставя изискването за малка статична грешка, като се допуска компромис с

динамичната грешка, предвид сравнително ниските налягания. При

хидравлични преси и повдигателни системи наляганията са високи и при

преходните процеси не трябва да се получават големи претоварвания.

За намаляването на статичната грешка при предпазно-преливни клапани

се използва конструкция на Denison с компенсиращо бутало пред

управляващия клапан. Така се намалява разликата в наляганията на отваряне

на управляващия и основния клапани. Тази конструкция не е изследвана

теоретично и няма определени условия за устойчивост, при промяна на

компенсиращото бутало с цел постигането на максимално възможното

намаление на грешката. Не са изследвани също така и динамичните

характеристики на тези устройства.

Предпазно-преливните клапани с пряко управление са изследвани в

различни условия на работа. Определените симулиращи теоретични

характеристики, дават възможност да се определят динамичните

характеристики чрез използване на известни системи за решаване на

нелинейни диференциални уравнения. При изменение на параметрите на



4

системата, като например обема течност на входа или размерите на връщащия

тръбопровод е необходимо да се използват друго решение на системата

уравнения. За практикуващите инженери няма разработена, макар и

приблизителна методика за бързо определяне на най-важните параметри на

динамичната характеристика, като най-високо налягане при преходния процес и

честотата на възникналите колебания.

Направеното проучване показа, че настоящото изследване на статичните

и динамичните характеристики на предпазно-преливните клапани трябва да

бъде насочено към показаните по-горе задачи.

ГЛАВА 1

1.1. ОБЗОР НА ПРОВЕДЕНИТЕ ИЗСЛЕДВАНИЯ

Статичните и динамичните характеристики на предпазно- преливните

клапани са изследвани от много автори.

Една от първите работи в областта на изследването на устойчивостта на

хидравличните управляващи устройства са изследванията на Blackburn,

Reethof иShearer [10].Те показват, че една от причините, предизвикващи

неустойчивост на предпазно-преливните клапани е реактивната сила на потока

на работната течност. Изследванията са показали, че неустойчивост на

клапаните се предизвиква от реактивната сила само в случай, когато

направлението на потока е противоположно на силата на пружината. В

устройствата използвани в промишлеността, обикновено реактивната сила е

насочена по направление на силата на пружината и увеличава твърдостта на

клапана и съответно грешката на клапана.

Намаляването на наклона на статичната характеристика на клапана може

да се постигне чрез насочване на хидродинамичната реактивна сила срещусилата на пружината.Такава компенсация се осъществява чрез конструктивна

модификация на затвора на клапана фиг.1.1. Frankenfield отRexroth [28]

експерименталное изследвал конфигурацията на затвора над седлото на

предпазно-преливния клапан с пряко управление за да се получи компенсация

на хидродинамичната реактивна сила.Установеное, че добра компенсация се

получава, ако над седлото има пръстен за завъртане на потока, при което се

получава най-малко претоварване от налягането в статичен и динамичен

режим, а също така се намалява шума.



5

Влиянието на реактивната хидродинамична сила

върху статичнитеи динамичните характеристики на

предпазно-преливните клапани е показана и от Backe [9].

Той разглежда конструкция на фирматаVickers, при която

изтичането на потока е в обратна посока от отварянето на

клапана, фиг.1.2.

Фиг.1.3 Конструкция на ППК на фирмата VickersInc.

BackeиBrodowski изследват динамиката на

предпазно- преливните клапани с пряко управление. На фиг.1.4 е показана

примерна динамичната характеристика на предпазно-преливните клапани с

пряко управление, т.е. изменението на налягането пред клапана и

преместването на затвора на клапана във времето.

От фигурата се вижда, че с рязко

увеличение на входния параметър-

дебитаq, налягането pбързо нараства

докато клапанът все още е затворен. За

времеt 1налягането достига

установената стойност и в този момент

започва отварянето на клапана.За

времеt 2налягането нараства до

максимална стойност pmaxи

продължавада се променя във времето

с периодT и се стабилизира на установената стойност p0. Те показват,че

динамичната характеристика на предпазно-преливен клапан с пряко

управление представлява колебателно звено.Характерно за изходния сигнал

на предпазно-преливните клапани с пряко управление е максималната

стойност на налягането pmax, времето на достигането на максималната стойност,

като и честотата на пулсациите на налягането в времето.

Фиг.1.1 Изменение

на посоката нахидродинамичната

сила

t, s

p, bar

x, mm T

p 0

x 0

налягане p, bar

преместване x, mm

p max

x max

t 1 t 2

Фиг.1.4 Динамична характеристикана ППК с пряко управление



6

Освен хидродинамичната сила, неустойчивост на клапаните може да се

предизвика и от обема на входа пред клапана. Още в петдесетите години на

миналия век Ainsworth [1] е показал, че акустичният резонанс на работна

течност в тръбопровода пред клапана може да предизвика неустойчивост в

системата клапан и тръбопровод. Той извежда две предавателни функции и

използва честотния метод на Nyquist за определяне на устойчивостта.

Изследване на коефициента на дебита в седловите клапани, както и в

дроселите може да се намери в работата на McCloy [49]. В графичен вид е

показана стойността на коефициента на дебита в зависимост от диаметъра на

седлото, ъгъла на затвора и Рейнолдсовото число.

Както показват проведените изследвания, предпазно-преливният клапан с

пряко управление показва сравнително голяма стойност на динамичното

претоварване на хидравличната система. Много автори са работили за

получаване на конструкция на предпазно-преливен клапан с по-малко

претоварване. В [72] Wattonпоказва резултатите от изследването на предпазно-

преливен клапан с линейно демпфериране.

Изчерпателен анализ и синтез на характеристиките на предпазно-

преливните клапани е направена в работите [96],[91], [92], [94] от Комитовски.Изследва се клапан с обем работна течност във входния тръбопровод и

съпротивление в тръбопровода на изхода. С линеаризация на математичния

модел е получена предавателната функция на клапана. Характеристичното

уравнение на клапана е от втори ред. От гледна точка на устойчивостта на

клапаните, той дефинира термините[86]: собствена устойчивост, потенциална

устойчивост и абсолютна устойчивост.

От досега показното относно статичните и динамичните характеристики напредпазно-преливните клапани с пряко управление може да се заключи, че при

увеличение на дебита през клапана, наклонът на статичната характеристика на

клапана се увеличава, а с това и грешката в ограничаването на налягането.

Това налага предпазно-преливните клапани с пряко управление да се

използват в системи с по-малък дебит и по-ниско налягане.

В статичната характеристика на предпазно-преливен клапан с непряко

управление са изразени две зони: първата за входен дебит от0 доq yи втората завходен дебит отq yдо установен максимален дебит q0.



7

В стационарен режим на работа, при увеличение на налягането на

стойност p2сеотваря управляващият клапан и през него започва да протича

малък управляващ дебит, докато основният клапан все още е затворен.

Резултантната сила от налягането и пружината на основния клапан все още е в

посока на затваряне на основния клапан. Увеличението на налягането в

зависимост от входният дебит в първата зона е по парабола докато налягането

не получи стойност p3, а дебитът стойностq y.В този момент резултантната сила

от налягането и пружината на основния клапан е в посока на отваряне и

основният клапан отваря. От статичната характеристика се вижда разликата

във наляганията между отварянето на управляващият p3и основния клапан p2.

Във втората зона налягането линейно расте от стойност p3до стойност p0в

зависимост от протичащият дебит през клапана, до максимална стойност на

дебитаq0.Общата грешка на клапана в стационарен режим е съвкупност от

грешката на управляващия клапан и от грешката от основния

клапан , т.е. .

Статичната характеристика на предпазно-преливните клапани с непряко

управление показва относително голяма разлика в наляганията на отваряне

между управляващия и основния клапан, т.е. получава се грешка в началото на

отваряне на клапана. Като следствие на тази разлика се увеличава загубата на

енергия, която се превръща в топлина, което увеличава работната температура

на течността и намалява коефициента на полезно действие на системата,

където е вграден клапана.

Относно преходните процеси на предпазно-преливните клапани с непряко

управление, в работата [86]се дава решението на нелинейния математичен

модел на клапана и за първи път е показано, че в процеса на отваряне на

клапана първо отваря основния клапан, а след това управляващия, т.е. в

обратна последователност на статичните режими. Това е показано на фиг.1.13.

При бързо повишаване на налягането на входа като следствие на

скокообразното изменение на входния дебит, поради съпротивлението ,

нарастването на налягането закъснява, т.е. получава се голям пад на

налягането , който отваря основния клапан. Това обяснява голямото

бързодействие на предпазно-преливните клапани с непряко управление,

независимо от характеристиките на управляващия клапан. В работата обаче не



8

се дават експериментални динамични характеристики. В настоящата работа за

първи път експериментално е показан преходният процес на предпазно-

преливен клапан с непряко управление с отварянето на основния и

управляващия клапан.

Фиг.1.13 Преходен процес на ППК с непряко управление [86]

1.2. Цел и задачи на дисертационния труд

От направеното проучване на досегашните изследвания на

предпазно-преливните клапани, могат да се определят следните цели и

задачи на настоящата работа:

1. Проектиране и изработване на хидравличен стенд за определяне на

статични и динамични характеристики на хидравлични устройства.

2. Допълнение къмматематичните модели за определяне на статичните

и динамичните характеристики на предпазно-преливните клапани с

пряко и непряко управление.

3. Експериментално определяне на статичните и динамичните

характеристики на предпазно-преливните клапани с пряко управление.

Разработка на изрази за бързо определяне на честота на пулсации и

максималната стойност на налягането в преходния процес.

4. Експериментално определяне на статичните и динамичните

характеристики на предпазно-преливен клапан с непряко управление.

5. Изследване на влиянието на компенсационно бутало в

управляващата верига върху статичните и динамичните

характеристики на клапана. Синтез на геометричните параметри на



9

компенсационното бутало с цел минимизация на грешката в

статичната характеристика, при запазване на устойчивостта.

ГЛАВА2

2. СТАТИЧНИ И ДИНАМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИ КЛАПАНИ С ПРЯКО УПРАВЛЕНИЕ

Статичните и динамичните характеристики на предпазно-преливните

клапани с пряко управление са изследвани от много автори. Показано е, че

главна особеност на статичната характеристика е статизмът – фиг.1.2, т.е.

наклонът на статичната характеристика в зависимост от минаващия през

клапана дебит. Това се дължи на хидродинамичната сила и на допълнителното

свиване на пружината.Относно динамичните характеристики теоретично е

показано високо претоварване от налягането при внезапно изменение на

протичащия дебит през клапана при малък обем на входа на клапанът.

В настоящата работа е ползван математичният модел от работа [86] за

теоретично определяне на преходният процес. За определяне на коефициента

на хидродинамичната сила са ползвани експерименталните статични

характеристики. Експериментално са определени преходните процеси на

изследвания клапан при различни режими на работа и различен обем работна

течност на входа на клапана, а с това е потвърдена точността на ползваният

математичен модел. За предварително определяне на качеството на

преходния процес – претоварването на хидравличната система от налягането и

честота на пулсациитее направено опростяване на нелинейния математичен

модел чрез линеаризация. За първи път, в настоящата работа теоретично са

определени и експериментално потвърдени изрази за бързо пресмятане на

качеството на преходния режим на предпазно-преливните клапани с пряко

управление, както претоварването от налягането и честота на пулсациите на

налягането в преходния процес.

2.1. СТАТИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИКЛАПАНИ С ПРЯКО УПРАВЛЕНИЕ

Статичните характеристики на предпазно-преливните клапани определят

изменението на пада на налягането , съответно грешката на

регулируемата величина, в зависимост от протичащиядебит през клапана вустановен режим на работа.



10

Като предмет на изследване в настоящата работа е широко използваният

клапан с демпфериращо бутало.

x

lh

q1

p3

q3p ,

1

q2

p ,2

p4

Фиг.2.1 Принципна схема Фиг.2.2 Конструкция наизпитвания клапан

2.1.1. Статични характеристики на ППК с пряко управление

Статичните характеристики на дадената конструкция предпазно- преливни

клапани се описват от следните уравнения [86]: Уравнение на дебита през

управляващия процеп , Уравнение на равновесие на силите действуващи на

затвора на клапана

За теоретичната статична характеристика на предпазно-преливния клапан

показан на фиг. 2.2. се получава:

2.1.2. Експериментално определяне на статичните характеристики на

ППК с пряко управление

Схемата на стенда за определяне на експерименталните статични

характеристики е показана на фиг. 2.1.

Геометричните параметри на изследвания клапан и параметрите на

маслото са:, , , , .

, , .



11

Теоретичните и експерименталните статични характеристика за клапана

показан на фиг. 2.2 са показани на фиг. 2.3.

Фиг. 2.3 Теоретични и експериментални статични характеристики на испитвания клапан

Както се вижда от теоретичните и експерименталните статични

характеристики, при увеличаване на входното въздействие – дебитът ,

регулируемата величина не остава постоянна и се отклонява от идеалната

си стойност. При това грешката в пада на налягането зависи от наклона на

статичната характеристика – статизма и от широчината на зоната на

нечувствителност на клапана.

От статичната характеристика при зададени параметри и

може да се определи наклонът на статичната характеристика на клапана,

като производна в дадената точка[84].

От израза (2.10) се вижда че, хидродинамичната сила на потока оказва

силно въздействие върху наклонът на статичната характеристика на клапана

чрез еквивалентната си пружинна константа , често многократно по-

голяма от константата на пружината на клапана. Намаляване на наклонът на

статичната характеристика на клапана може да се постигне чрез насочване на

хидродинамичната сила срещу силата на пружината.

Tова завъртане води до намаление на компонентата на

хидродинамичната сила F h, която заедно с силата на пружинатаF s се стреми да

затвори клапана. Така се постига намаление на грешката в статичната

характеристика на клапана – фиг.2.4.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

10

20

30

40

50

60

70

80

90

q1 [ l / m i n ]

p 1 2

[ b a r ] , x / 1 0 0

[ m m ]

p12

x

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

20

40

60

80

100

120

q1 [ l / m i n ]

p 1 2

[ b a r ] , x / 1 0 0

[ m m ]

p12

x

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

20

40

60

80

100

120

140

160

q1 [ l / m i n ]

p 1 2

[ b a r ] , x / 1 0 0

[ m m ]

p12

x

e x p e r i m e n t

t h e o r y



12

При зададени дебит q0, пад на налягането

р1,2, площта на затвора А и константата на

пружината с на клапана и измерени наклон k st и

отваряне на затвора х 0 от статичната

характеристика (фиг.2.3), в настоящата работа

е определен коефициентът на

хидродинамичната сила от израза [38], [21]:

От получените статични характеристики на фиг. 2.3 се вижда че, при по-

ниско налягане наклонът на статичната характеристика на клапана е по-голям,

а с това и относителната грешка, определена от отношението на промяната на

налягането - фиг.1.10 и средната стойност . Докато в областите с по-

високите налягания, тази грешка е по-малка. Това е причината

препоръчителната максимална стойност на дебита да бъде по-малка при

използване на клапана в хидравлични системи с ниско налягане.

2.2. ДИНАМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИКЛАПАНИ С ПРЯКО УПРАВЛЕНИЕ

Динамичните характеристики определят изменението на регулируемата

величина (пада на налягането ) при промяна във времето на задаващото

или входното въздействие – дебита . В всяка хидравлична система клапанът

се включва най-малко с тръбопровод на изхода, а на неговия вход има някакъв

обем свиваема течност.

qo

p1

Vo

q1q

2

inR p

L p

p = p4

V1

x

p3

h l

Фиг. 2.5. Схема на изпитния стенд за определяне на динамичнитехарактеристики

На фиг. 2.5 е показаха схема на опитната уредба за определяне на

преходни процеси в хидравлични системи с предпазно-преливни клапани спряко управление.

1Fh

z

Fs

Фиг.2.4 Изменение наголемината на

хидродинамичната сила



13

2.2.1. Нелинеен математичен модел на преходните процеси

При превключването на разпределителите в хидравличната система с

предпазно-преливни клапани с пряко управление възниква преходен процес,

при който е възможно налягането да достигне до стойности, многократно по -

високи от установената стойност. С това възниква претоварване на системата с

нежелани последствия.

Преходен процес в показаната на фиг.2.5 схема се създава с бързо

затваряне на отварянето x v на разпределителя V 1, с диаметър на буталото d v .

Дебитът на помпата q0 постъпва в обема на входа V 0 и налягането на входа p1

се повишава. Клапанът се отваря при достигане на настроеното налягане p1 и

през тръбопровода на изхода протича дебит q1 към резервоара.

Нелинейният математичен модел на системата се описва от следните

уравнения [84],[86], [38]: Уравнение на непрекъснатостта пред клапана,

уравнение на дебита през управляващия процеп , уравнение на

непрекъснатостта в клапана пред и след управляващия процеп , уравнение на

движението на затвора на клапанаи уравнение на движение на течността в

изходния тръбопровод.

За решение на системата нелинейни диференциални уравнениясъставена е програма в софтуерния продукт MATLAB. В програмата е взето

предвид че, до отварянето на управляващия ръб, течността постъпва в долната

област на клапана с налягане . Отварянето на клапана започва след

достигане на силата от налягането (в безразмерен вид ) на

съответното усилие на пружината.

2.2.2. Експериментални и теоретични преходни процеси вхидравлични системи с предпазно-преливни клапани с прякоуправление

На фиг. 2.7 е представена схема на стенда за експериментално

определяне на преходния процес. Характерна особеност за схемата е

включеният хидродинамичен филтър [84],[88].Хидродинамичният филтър е

съставен от обем течност V f = 0.2 l и дросел с високо инерционно съпротивление.

Дроселът е тръба с малък вътрешен диаметър d f =4 mm голяма дължина l f =

0.4m. Хидродинамичният филтър се включва пред клапана за намаление на

пулсациите на налягането от помпата, като и за изолиране обема масло между

помпата и клапана, което има съществено влияние на преходния процес.



14

На стенда са вградени датчик за налягане (ДН) включен на входа на

клапана за измерване на налягането пред клапана, и датчик за преместване

(ДП) прикрепен към затвора на клапана за измерване на преместването на

затвора на изпитвания клапан. Аналоговите сигнали, които се образуват в

датчиците за налягане и преместване, чрез съответни кабели се пренасят до

устройството за обработка на сигналите (DAQ), където аналоговите сигнали се

превръщат в цифрови. Устройството за обработка на сигналите е свързано с

компютър чрез USBкабел.Посредством специален софтуер измерваните

параметри се приказват в графичен вид на компютъра.

Изследвани са случаите при стойности на входния свиваем обем течност

V 0 : 52 cm 3 , 210 cm 3 и 480 cm 3 . Дебитът на входа се променя внезапно от 0 до 25

l/min , докато настроеното налягане е на стойност от 60bar и 100 bar . Изходът

на клапана е свързан с резервоара с тръбопровод с диаметър 20mm и дължина

1.5 m .

ДН

V0

Vf

R f

q0

q in

q1p1ППК

хидродинамичен

филтър

Система за обработка

на сигналите

компютър

ДН – датчик за налягане

ДП – датчик за преместване

L tr

R tr

ДП

Фиг. 2.7 Схема на стенда за определяне експерименталния преходен процес На фиг. 2.9 са представени теоретични и експериментални преходни

процеси в хидравлична система с предпазно-преливен клапан с пряко

управление при установено налягане от 60 bar , а) при обем течност на входа на

клапана V 0 =52 cm 3 ; б) при обем течност на входа на клапана V 0 =480 cm 3 .

На фиг. 2.10 са представени теоретични и експериментални преходни

процеси в хидравлична система с предпазно-преливен клапан с пряко

управление при установено налягане от 100 bar : а) при обем течност на входа

на клапана V 0 =52 cm 3 ; б) при обем течност на входа на клапана V 0 =480 cm 3 .



15

а) б) Фиг. 2.9 Експериментален и теоретичен преходен процес

за установено налягане 60bar

а) б) Фиг. 2.10 Експериментален и теоретичен преходен процес

за установено налягане 100bar

Както се вижда от графиките, преходният процес на предпазно-преливните

клапани с пряко управление има характер на колебателно звено. За теоретично

определяне на параметрите на преходният процес – претоварването на

системата от налягането и пулсациите на налягането в преходния процес се

върши опростяване на нелинейния математичен модел. Чрез линеаризация на

нелинейния математичен модел, за първи път, в настоящата работа са

предложени изрази за пресмятане на претоварването от налягането и честота

на пулсации на налягането.

2.2.3. Линеен математичен модел на преходните процеси

Линеаризацията на уравненията на нелинейния модел се извършва около

точката на установения режим: x 0 , p 1,0 , q 1,0 , (p 1,2 ) 0 , p 2,0 и q 2,0 .

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

0

20

40

60

80

100

120

t [ s ]

p

1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

0

20

40

60

80

100

120

t [ s ]

p

1

[ b a r ]

t h e o r y

e x p e r i m e n t

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

t h e o r y

e x p e r i m e n t



16

На фиг. 2.11 е показана структурната

схема на линеаризирания математичен

модел на предпазно - преливен клапан с

пряко управление. В схемата са включени

обемът свиваема течност на входа и

тръбопровода на изхода от клапана, а

преходният процес при затваряне на

разпределителя V1 е пренебрегнат.

Предавателната функция на цялата система , има вида :

където коефициентите а1 ,а2 ,а3 ,а4и b1 ,b2 ,b3 ,b4,b5 се получават непосредствено от

ур. (2.27),(2.28) и (2.29) и имат стойности съгласно следната таблица:

Таблица 1:

Анализът на корените и полюсите на предавателната функция W 0показва,

че тя може да се опрости като се пренебрегнат стойностите на коефициентите

а3 ,а4 и b4 ,b5. По този начин динамиката на цялата система може приблизително

да се представи, от следната предавателна функция :

Преходният процес на изменение на налягането при стъпално

изменение на дебита от нула до q0 е определен от (2.31) по формулата на

Хевисайд и има вида :

Тук ; ; ; ;

.

WK

R +L sp p

T sv

Q Q PP1 1

P2Qv

0

+

++

-

1,2

Фиг. 2.11 Структурна схема налинейния модел



17

От (2.32) може да се определи максималната стойност на налягането по

време на преходния процес :

където коефициентът nзависи от знака signφ1 на израза : n=0 при

φ 1 <0 и n=1 при φ 1 >0 . При малки стойности на времеконстантата T v на обема

течност на входа V 0 и големи съпротивления R p се получава и

съответно и n=0 .

На следващата таблица са дадени максималната стойност на налягането

и честотата на колебанията при преходен процес за експерименталните данни,

теоретичния нелинеен модел и апроксимиращия модел (2.32).

Таблица 2:

p 0 =60 bar,V 0 =52 cm 3

p 0 =60 bar,V 0 =480 cm 3

p 0 =100 bar,V 0 =52 cm 3

p 0 =100 bar,V 0 = 480 cm 3

Експеримент p 1,max =100 bar

ω s =742 rad/s

p 1,max =85 bar

ω s =206 rad/s

p 1,max =180 bar

ω s =709 rad/s

p 1,max =120 bar

ω s =225 rad/s

Нелинеенмодел

p 1,max =98 bar

ω s =778 rad/s

p 1,max =84 bar

ω s =227 rad/s

p 1,max =140 bar

ω s =650 rad/s

p 1,max =120 bar

ω s =217 rad/s

Апроксимиращ

модел

p 1,max =109 bar

ω s =671 rad/s

p 1,max =90 bar

ω s =250 rad/s

p 1,max =173 bar

ω s =775 rad/s

p 1,max =154 bar

ω s =264 rad/s Апроксимиращият модел (2.32) позволява да се пресметне сравнително

бързо максималната стойност на налягането в преходния процес. Както се

вижда, предпазно-преливният клапан с пряко управление на фирмата

BoschRexroth показва сравнително голяма стойност на динамичното натоварване

на хидравличните системи. Kогато това претоварване е недопустимо следва

да се използват клапани с непряко управление.

ГЛАВА 3

3. СТАТИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИКЛАПАНИ С НЕПРЯКО УПРАВЛЕНИЕ

Статичните характеристики на предпазно-преливните клапани с непряко

управление се отличаван и с една друга особеност, а това е разликата в

наляганията между отварянето на управляващият и основният клапан, т.е.

грешката на клапана в началото на отваряне на клапана, фиг. 1.10. Една от

целите на настоящата работа е изследване на тази грешка и минимизация на

същата.



18

В практиката могат да се намерят различни конструкции на предпазно-

преливни клапани с непряко управление. Предмет на изследване в настоящата

работа е клапан с управляващ дебит в отклонение от основния клапан,

схематично показана на фиг. 3.1-а. Подобрение на статичните характеристики

на клапанаможе да се осъществи, като се монтира допълнително

компенсационно бутало вградено в управляващата верига пред управляващия

клапан, в разработена от Denisonконструкция схематично показана на фиг. 3.1-

б. С това се намалява относителната грешка в началото на отварянето на

клапана.

x y

Q y d y

R2

q y

Q o

Do

Dk q3

q y

q2 , p2

R1

x o

q y1

q1, p1

p4

към хидравличната

система

q y2

V a

p3

V 0

Rtr, Ltr

q0

qV0

x y

Q y d

y

R2

q y

Q o

Do

Dk q3

q y

q2 , p2

R1

x o

q y1

q1, p1

d b

p5

p4

R3

q y2q y3

V a

p3

V 0

Rtr, Ltr

q0

qV0

към хидравличната

система

а) б)

Фиг.3.1 Схема на предпазно-преливните клапани с непряко управление

Статичните характеристики на конструкцията с компенсационно бутало не

са изследвани до сега. За първи път в настоящата работа е разработен

математичният модел на предпазно-преливен клапан с компенсационно бутало.

Разработено е влиянието на размерите на компенсационното бутало върху

статичните характеристики. Направено е експериментално изследване на

статичните характеристики на клапан с компенсационно бутало и потвърждение

на математичният модел за различни геометрични параметри на

компенсационното бутало.

3.1. Статични характеристики на предпазно-преливни клапани с

непряко управление

За теоретично определяне на статични характеристики се използва

методиката от[86], допълнена в настоящата работа при изследване на

конструкция на ППК с компенсационно бутало.



19

Статичните характеристики на ППК с непряко управление се описват с

следващите уравнения:уравнение на дебита през управляващия клапан,

уравнение на действащите сили на затвора на управляващия клапан, пад на

налягането в управляващата верига, пад на налягане в основния клапан,

уравнение на действащите сили на затвора на основния клапан и уравнение

на дебита през основния клапан.

От уравненията (3.1) – (3.8) могат да се определят стойностите на

налягането на отваряне на основния клапан, т.е. разликата на наляганията на

отваряне на управляващия и основния клапан.

Уравнението (3.16) за клапан без бутало ще бъде:

От уравненията (3.16) и (3.17) се вижда влиянието на компенсационното

буталo върху статичната характеристика, т.е. относителната грешка в началотона отваряне на клапана. Вграденото компенсационно буталo в клапана

намалява налягането на отваряне на основния клапан за стойността на

. Колкото бутало е с по-голям

диаметърстойността на ще бъде по-голяма, а с това и налягането по-

малко. В сравнение на у-ние (3.16) и (3.17) се вижда, че винаги клапанът с

бутало ще има по-малко налягане на отваряне на основния клапан, а с това и

по-малка грешка.

Израза за наклонът на статичната характеристика на клапан с непряко

управление и компенсационно бутало се определя с линеаризация на

уравненията които дефинират статичните характеристики.



20

По съответен начин се получава и израза за наклонът на статичната

характеристика на управляващия клапан без компенсационно буталo:

От изразите (3.28) и (3.29) се вижда, че наклонът на статичната

характеристика на управляващия клапан с компенсационно буталое по-малък

от наклонът на статичната характеристика на управляващия клапан без

компенсационно бутало за стойността на , а то зависи

както се вижда от размера на буталото. Намаление на наклонът на статичната

характеристика на управляващия клапан може да се постигне с увеличаване на

диаметъра на компенсационното бутало , съответно сечението . Ако

стойността на е съща с стойността на първата част от у-ние (3.28), наклонът

на статичната характеристика е нула и получава се идеална статична

характеристика на управляващия клапан. Ако в зависимост от размера на

буталото стойността на е по-голяма от стойността на първата част от у-ние

(3.28), се получава отрицателен наклон и статичната характеристика на

управляващия клапан има падащ характер, което не е желателно.

Израза за наклонът на статичната характеристика на целия клапан се

получава с заместване на останалите уравнения от системата (3.18) – (3.24).

Влиянието на управляващата верига в предпазно-преливните клапани с

непряко управление върху грешката на статичната характеристика се вижда от

израза в скобите на (3.33). С оглед намаляването на грешката в статичната

характеристика на конструкциите на предпазно-преливните клапани с непряко

управление с управляващ дебит в отклонение от основния клапан е

необходимо наклонът на статичната характеристика на управляващия

клапан да бъде възможно най-малък .



21

3.2. Експериментално определяне на статичните характеристики на

предпазно преливни клапани с непряко управление

Принципна схема на изследвания

клапан е показана на фиг. 3.1 а

конструкцията на клапана е показана на

фиг.3.3. Това е клапан от

производствената програма на известната

фирма за производство и проектиране на

хидравлични елементи и системи

DenisonHydraulics , тип R4V 06 .

Геометричните параметри на изследвания

клапан и параметрите на маслото са:

, , ,

, , ,

, ,

, , ,

, .

Теоретичните и експерименталните статични характеристики на

изследвания клапан са показани на фиг.3.4 –фиг.3.6.

На фиг. 3.4 са показани статичните характеристики на клапан без

компенсационно бутало. Вижда се, че статичната характеристика се отличава с

разлика в наляганията между отварянето на управляващия и основния клапан.

При по-малко налягане (долна част от фиг. 3.4-а) тази разлика е от порядъка на

10 bar . Докато при по-високо налягане (горна част от фиг. 3.4-а) тази разлика е

от порядъка на 15 bar . При още по-високо налягане, фиг.3.4-б, тази разлика е

още по-висока – около 20bar . Управляващият дебит в момента на отваряне на

основния клапан е от при по-ниско налягане – около 65 bar,

за налягане около 100 bar, до при по-високо налягане.

На фиг. 3.5 са показани статичните характеристики на клапан с бутало с

размер . Тук е изразена разликата в наляганията между отварянето

на управляващия и основния клапан. При по-малко налягане (долна част от фиг.3.5-а) тази разлика е от порядъка на 5 bar . Докато при по-високо налягане

Фиг.3.3 Конструкция на изслед-вания клапан тип DenisonR4V 06



22

(горна част от фиг. 3.5-а) разликата е от порядъка на 8bar . Управляващият

дебит в момента на отваряне на основния клапан е при по-ниско

налягане – около 65 bar, за налягане около 100 bar, до при по-

високо налягане.

а) б) Фиг.3.4 Статични характеристики на ППК с непряко управление

без компенсационно бутало

а) б) Фиг.3.5 Статични характеристикина ППК с непряко управление

с компенсационно бутало

а) б) Фиг.3.6 Статични характеристики на ППК с непряко управление

скомпенсационно бутало

0 0.5 1 1.5 2 2.5 360

65

70

75

80

q1 l / m i n

p 1

b

a

r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3100

105

110

115

120

125

q1 l / m i n

p

1

b

a

r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

l

q1 l / m i n

p

1

b

a

r

0 0.5 1 1.5 2 2.5 360

65

70

75

80

q1 l / m i n

p 1

b a r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3100

105

110

115

120

125

q1 l / m i n

p 1

b a r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

l

q1 l / m i n

p 1

b a r

0 0.5 1 1.5 2 2.5 360

65

70

75

80

q1 l / m i n

p 1

b a r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3100

105

110

115

120

125

q1 l / m i n

p 1

b a

r

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

q1 l / m i n

p 1

b a r



23

На фиг. 3.6 са показани статичните характеристики на клапан с бутало с

размер . При по-малко налягане (долна част от фиг. 3.5-а)

разликата на наляганията в отварянето на управляващия и основния клапан е

по-малка от 3 bar . Докато при по- високо налягане (горна част от фиг. 3.5-а) тази

разлика е по-малка от 5bar . Управляващият дебит в момента на отваряне на

основния клапан е от при по-ниско налягане – около 65 bar,

за налягане около 100 bar, до при по-високо налягане. С включването

на бутало с по-голям размер се получава още по-високо намаление на

разликата на наляганията в отварянето на управляващия и основния клапан.

Наблюдава се, намаление на управляващия дебит в момента на отварянето на

основния клапан.

Извода от проведеното експериментално изследване на ППК с непряко

управление показва потвърждениена теоретичното заключение от уравнения

(3.16), (3.17), (3.28) и (3.33) за намаление на разликата на наляганията в

отварянето на управляващия и основния клапан при включване на

компенсационно бутало в управляващата верига, както и намаление

науправляващия дебит в момента на отварянето на основния клапан. С това се

постига значимо подобряване на статичните характеристики на ППК с непряко

управление, като се намалява грешката на клапана в момента на отваряне на

основния клапан. С допълнително увеличение на диаметъра на

компенсационно бутало може да се постигне още по-добра статична

характеристика на клапана, но в този случай клапанътще работи неустойчиво.

За товае необходимо съвместно изследване на статичните и динамичните

характеристики на клапаните.

ГЛАВА 4

4. ДИНАМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРЕДПАЗНО-ПРЕЛИВНИ

КЛАПАНИ С НЕПРЯКО УПРАВЛЕНИЕ

Динамичните характеристики на предпазно-преливните клапани с непряко

управление са изследвани от много автори [15], [30], [33], [54], [56], [67], [73],

[75], [80], [86]. В сравнение с клапаните с пряко управление, клапаните с

непряко управление имат по-малко претоварване в преходният процес. Това се

дължи на бързото отваряне на основният клапан, преди да отвори

управляващият клапан. При рязко увеличение на протичащият през клапана



24

дебит, първо отваря основният клапан и с това се ограничава налягането в

системата. Налягането в системата продължава да се увеличава до стойността

на настройка на управляващият клапан. След отварянето на управляващият

клапан, като следствие на нарушеното равновесие на силите действащи на

затвора на основния клапан, клапанът напълно отваря. За първи път

теоретично е показан преходният процес на клапан с непряко управление в

работа [86], фиг.1.13.

За първи пътв настоящата работа експериментално е показано

отварянето на основният и управляващият клапан, а с това и потвърдени

теоретичните резултати от [86]. Направено е експериментално изследване на

динамичните характеристики на клапанът с различни геометрични параметри

на компенсационното бутало.

С линеаризация на математичният модел направено е опростяване на

математичният модел на предпазно-преливния клапан с компенсационно

бутало и с приложение на матричния метод в пространството на състоянието

[86] получена е предавателната функция на системата клапана – обем работна

течност на входът – тръбопровод на изходът. С анализ на корените на

характеристичното уравнение на динамичната система, направен е синтез за

определяне на оптималния диаметър на компенсационното бутало.

4.1. Математичен модел на динамичните характеристики на

предпазно-преливен клапан с непряко управление

Динамиката на предпазно-преливните клапани с непряко управление се

дефинира с система от „твърди” диференциални уравнения с многократно

различаващи севремеконстанти. За компютърно симулиране уравненията на

разглежданата система се представят в безразмерен вид, като се въведатбазовите стойности от установения режим и времеконстантата на

управляващия клапан .

Схема на клапана с съответнитеозначения е показана на фиг. 3.1.

Нелинейният математичен модел на системата се описва от следните

уравнения:уравнение на непрекъснатостта пред клапана, уравнение на

движене на управляващия клапан, уравнение на движение на основния клапан,

уравнение за пада на налягането в съпротивлението , уравнение за пада



25

на налягането в съпротивлението уравнение на свиваемост на маслото

в областта на пружината на основния клапан, уравнение за пада на

налягането в съпротивлението , уравнение на непрекъснатост пред

компенсационнотобутало, уравнение на течението през процепа на

управляващия клапан, непрекъснатост на течението пред управляващия

клапан, уравнение на течението през дроселния процеп на основния клапан,

уравнение на непрекъснатост на входа на клапана, и уравнение на течение

във връщащия тръбопровод.

Системата уравнения (4.1) – (4.25) напълно дефинират динамиката на

предпазно-преливния клапан с непряко управление с компенсационно бутало и

без компенсационно бутало. Решението на системата нелинейни

диференциални уравнения се извършва по методиката, използвана в работа

[86].

4.2. Експериментални и теоретични преходни процеси вхидравлични системи с предпазно-преливни клапани с непрякоуправление

ДН

V0

Vf

R f

q0

q in

q1p1ППК

хидродинамичен

филтър

Система за обработка

на сигналите

компютър

ДН – датчик за налягане

ДП – датчик за преместване

L tr

R tr

R 1

R2

R3

ДП

ДП

Фиг.4.1 Схема на стендаза определяне на експерименталните характеристики

На фиг. 4.1. е представена схема на стенда за експериментално

определяне на преходните процеси на предпазно-преливните клапани с

непряко управление. И тук е включен хидродинамичния филтър с същите

параметри, както и за клапана с пряко управление за изравняване на

пулсациите на налягането от помпата и за отделяне на обема масло между



26

помпата и клапана. Измервателната апаратура е същата, както и при клапана с

пряко управление с разлика, че е вграден още един датчик за преместване. Тук

се измерва преместването на основния и на управляващия клапан.

Лабораторният експериментален стенд за определяне на преходните

процеси на предпазно-преливните клапани с непряко управление е показан на

фиг. 4.2.

Фиг.4.2 Експериментален стенд

Фиг.4.3 Преходен процес на предпазно-преливен клапан без компенсационно бутало с обем на входа V 0 =52 cm 3

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

10

20

30

40

50

60

70

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

t [ s ]

x y

a n d

x

o

[ m m ]

p i l o t v a l v e

m a i n v a l v e

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

t [ s ]

x y

a n d

x

o

[ m m ]

p i l o t v a l v e

m a i n v a l v e



27

Дебитът на входа се променя внезапно от 0 до 30 l/min , докато

настроеното налягане е на стойност от 60 bar и 100bar . Изходът на клапана е

свързан с резервоара с тръбопровод с диаметър 20 mm и дължина 1.5m .

Изследвани са случаи когато пред клапана има обем V 0 =52 cm 3 и V 0 =480 cm 3 .

Фиг.4.5 Преходен процес на предпазно-преливен клапан с компенсационно бутало d b =5,5 mm с обем на входа V 0 =52cm 3

Преходните процеси на предпазно-преливен клапан с непряко управление

са показани на фиг. 4.3 – фиг. 4.8. На фиг. 4.3 е показан преходен процес на

предпазно-преливен клапан без компенсационно бутало с обем на входа V 0 =52

cm 3 , схематично показан на фиг. 3.1-а. Изследвани са случаи при настроено

налягане от 60bar и 100bar . Характерно за експерименталното изследване е

измерването на преместването на основния и на управляващия клапан. На фиг.

4.4 е показан преходен процес на същия клапан с обем на входа V 0 =480 cm 3 . От

графиките на фиг. 4.3 и фиг.4.4 се вижда, че претоварването от налягането в

преходния режим е много малко в сравнение с клапаните с пряко управление.

Това се дължи на бързото предварително отваряне на основния клапана, което

намалява голямото повишение на налягането в началния момент, характерно

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

10

20

30

40

50

60

70

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

t [ s ]

p 1

[ b a r ]

e x p e r i m e n t

t h e o r y

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

t [ s ]

x y

a n d

x

o

[ m m ]

p i l o t v a l v e

m a i n v a l v e

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

t [ s ]

x y

a n d

x

o

[ m m ]

p i l o t v a l v e

m a i n v a l v e



28

за клапаните с пряко управление. Поради високото съпротивление в

дроселитеR 1 и R 2 първо отваря основния клапан [86]. Буталото на основния

клапан се повдига, като свива обема течност в областтана пружината на

основния клапан. Управляващият клапан отваря, когато налягането достигне

настроената стойност. След отварянето на управляващия клапан се нарушава

равновесието на силите действащи на затвора на основния клапан и тогава

основния клапан напълно се отваря на установената стойност. Характерно за

преходния процес на предпазно-преливен клапан с непряко управление без

компенсационно бутало е по-бавния процес с увеличението на обема работна

течност пред клапана.

На фиг. 4.5 и фиг. 4.6 са показани преходните процеси на предпазно -

преливен клапан с компенсационно бутало с диаметър d b =5.5 mm с малък обем

и с по-голям обем на входа пред клапана. Получава се същия характер на

преходния процес с тази разлика що с увеличението на обема работна течност

пред клапана преходния процес е със същата скорост както и с по-малък обем

т.е. преходния процес е по-бърз от преходния процес на клапан без бутало.

На фиг. 4.7 и фиг. 4.8 са показани преходните процеси на предпазно -

преливен клапан с компенсационно бутало с диаметър d b =6 mm с малък обем и

с по-голям обем на входа пред клапана. И тук се наблюдава същия характер на

преходния процес както и с по-малко бутало и важат същите забележки както и

за клапан с бутало с размер d b =5.5 mm .

От анализа на графиките от преходните процеси на предпазно-

преливните клапани с непряко управление без бутало и с бутало може да се

каже, че получените теоретични резултати се потвърждават от проведените

експерименти. Вследствие на бързото отваряне на основния клапан, преди

управляващия, се избягва претоварването на системaтa от повишение на

налягането в началния момент. По тази причина много фирми предлагат

използването на клапани с непряко управление и за малки дебити.

4.3. Линеен модел на предпазно-преливни клапани с непряко

управление

Както вече е показано, динамиката на предпазно-преливните клапани с

непряко управление се описва от една голяма система нелинейни

диференциални и алгебрични уравнения. За анализ на устойчивостта на



29

динамичната система състояща се от клапан, обем работна течност пред

клапана и изходен тръбопровод, необходимо е линеаризация на математичния

модел около установените стойности. За получаване на предавателната

функция на динамичната система ползва се матричният метод в

пространството на състоянието [87], [97].

Динамичната система съставена

от клапана, обема на входа и

тръбопровода на изхода може да

разглежда като система съставена от

три последователно свързани

подсистеми. Изходните параметри от

предходната система представляват

входни параметри за следващата – фиг.4.9.

4.3.1. Линеаризация на математичния модел на клапан скомпенсационно бутало

Нелинейния математичен модел на предпазно-преливен клапан с непряко

управление с компенсационно бутало е напълно дефиниран с уравненията:

(4.3), (4.5), (4.7), (4.9), (4.11), (4.13), (4.15), (4.17), (4.19), (4.21) и (4.23). С

линеаризация на тези уравнения (при линеаризацията се пренебрегва

влиянието на превключващия разпределител) се получава система линейни

уравнения.

При пресметнати предавателни функции на трите частични подсистеми, с

използване на съставения MATLABm-script файл може да се определи

предавателната функция на цялата система съставена от клапан, обем

работна течност на входа и изходен тръбопровод. В общ вид предавателната

функция на цялата система ще бъде:

Характеристичното уравнение на системата представлява знаменателя на

уравнение (4.45) и, както се вижда, то е от 11-ти ред.

Като вече е позната предавателната функцияна клапана като подсистема и на

цялата система, може да се построи честотната характеристика на клапана идинамичната система клапан – обем на входа – тръбопровод на изхода.

q0 ,

p1

Rtr , Ltr

V 0

q1 ,

p1

q2 ,

p2

Фиг. 4.9 Функционална схема надинамичната система



30

Честотната характеристика е показана на

фиг. 4.10 и тя е от същия вид както и в

работите [86], [87], [89].

4.4. Синтез за определяне на

оптималендиаметър накомпенсационното бутало

За устойчива работа на клапана

свързан с обем на входа и тръбопровод на

изхода необходимо е всички корени на

характеристичното уравнение на

системата да бъдат отрицателни. За

клапан с бутало с диаметър 5.5 mm чиято честотна характеристика е показана на

фиг.4.10 всички корени на характеристичното уравнение са отрицателни и

клапана е абсолютно устойчив.

Но с увеличението на диаметъра на

компенсационното бутало , както

беше показано по- рано, подобрява

се статичната характеристика на

клапана, но някои корени стават

положителни и клапана започва да

работи неустойчиво. За това като

предмет на синтез в настоящата

работа е вземан диаметъра на

компенсационното бутало , т.е.

влиянието на диаметъра на компенсационното бутало върху положението на

корените на характеристичното уравнение на динамичната система.

Анализа на положението на полюсите на предавателната функция на

динамичната система (4.45) показва, че има два комплексни полюса върху които

съществено влияние има диаметъра на компенсационното бутало . С

увеличението на диаметъра на буталото тези два корена стават положителни, а с

това и клапана става неустойчив. Теоретично е определена и експериментално е

потвърдена областта на устойчивост на динамичната система в зависимост от

диаметъра на компенсационното бутало и стойността на работното налягане.

Областта на устойчивост е показана на фиг. 4.11.

Фиг.4.10 Честотна характеристика

0

50

100

150

200

250

300

5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8

d b mm

p b a r

stable region

unstable region

experiment theory

Фиг.4.11 Област на устойчивост в

зависимост от

100

101

102

103

104-50

-40

-30

-20

-10

0

10

f [ H z ]

A

m p

l i t u d e

[ d B

]

p l a i n v a l v e

s y s t e m

100

101

102

103

104

-100

-50

0

50

100

f [ H z ]

p h a s e

[ g r a d ]

p l a i n v a l v e

s y s t e m



31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решенията на задачите на дисертационния труд могат да бъдат обединени

в следните приноси:

1. Създаден е универсален стенд за експериментално определяне настатични и динамични характеристики на предпазно- преливни клапани с

пряко и непряко управление и система за обработка на сигналите

(DataAcquisitionSystem) от сензорите на мерените величини и съответен

софтуер за превръщане на данните в графичен вид.

2. Експериментално са определени статичните и динамичните

характеристики на изследваният предпазно-преливен клапан с пряко

управление. От статичните характеристики е определен коефициента на

хидродинамичната сила от потока на работната течност.

3. Предложени са теоретични изрази за определяне на претоварването от

налягането – максималната стойност на налягането в преходният процес и

честота на пулсации на налягането. Предложените изрази са

експериментално потвърдени.

4. Разработен е математичен модел за теоретично определяне на

статичните и динамичните характеристики на предпазно-преливни клапани

с непряко управление с компенсационно бутало.

5. Експериментално са определени статичните характеристики на

предпазно-преливни клапани с непряко управление без и

скомпенсационно бутало. Изследвани са статичните характеристики на

предпазно-преливните клапани с непряко управление с компенсационно

бутало посредством приложение на бутало с различни диаметри.

6. Експериментално са определени динамичните характеристики на

предпазно-преливните клапани с непряко управление с и без бутало.

Експериментално е показано последователното отваряне на основния и

управляващия клапан при преходни процеси.

7. С линеаризация на нелинейния математичен модел на предпазно-

преливния клапан с непряко управление с компенсационно бутало е

направен синтез за оптимален диаметъра на компенсационното бутало.

Синтезът на диаметъра на компенсационното бутало е експериментално

потвърден.



СТАТИИ ПО ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

1. Dimitrov, S. Static characteristics of pilot operated pressure relief valves with

compensating control piston. Scientific Conference EMF2011, Sozopol, Bulgaria,

2011

2. Komitovski, M., Dimitrov, S. Transient response process in hydraulic systems with

direct operated pressure relief valve. XVII National scientific conference. Sozopol,

2012.

3. Dimitrov, S. Investigation of static characteristics of pilot operated pressure relief

valves. Annals ofFaculty Engineering Hunedoara – International Journal Of

Engineering, Tome XI, Year 2013.

4. Dimitrov, S., Komitovski, M. Static and dynamic characteristics of direct operated

pressure relief valves. Machine Design, Novi Sad, 2013

5. Komitovski, M., Dimitrov, S. Transient response of a pilot operated pressure relief

valve. National XVIII Scientific Conference. Sozopol, 2013.

6. Dimitrov, S. Synthesis of dynamic characteristics of a pilot operated pressure relief

valve with compensating control piston. National XVIII Scientific Conference.

Sozopol, 2013.

7. Dimitrov, S. Transient response of a pilot operated pressure relief valve with

compensating control piston. Annals ofFaculty Engineering Hunedoara –

International Journal Of Engineering, Tome XIII, Year 2014 (под печат).

Sinthesis of pilot operated pressure relief valves

The dissertation studies the investigation of static end dynamic characteristics of

the pressure relief valves. Theoretical and experimental static and dynamic

characteristics of a direct operated pressure relief valves have been obtained and the

expression for the overshooting and the frequency of oscilation of the pressure have

been presented. Theoretical and experimental static and dynamic characteristics of a

pilot operated pressure relief valves with and without compensating control piston have

been obtained. With linearization of the non-linear mathematical model, the transfer

function of the dynamic system volume of oli – valve – outlet pipeline has been

presented and, analyzing the location of the roots of the characteristic equation of thesystem synthesis of the diameter of the compensating control piston has been done

MRV syntesis

Documents

Transcript of MRV syntesis