ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧА ГІДРАВЛІЧНА СИСТЕМА

Автори: Л.Є. Пелевін, А.В. Азенко, Є.В. Горбатюк

 

Пелевін Л.Є. Енергозберігаюча гідравлічна система [Електронний ресурс] / Л.Є. Пелевін, А.В. Азенко, Є.В. Горбатюк // Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Всеукраїнська науково-технічна Інтернет-конференція молодих учених та студентів: Праці / Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка. – Режим доступу: konf.nadobko.com/15_1/5.html. – Дата публікації: 20 квітня 2017. – Назва з екрана.

 

 

УДК 621.22-546

Пелевін Л.Є., к.т.н., проф.

Азенко А.В., аспірант

Горбатюк Є.В., к.т.н., доц.

Київський національний університет будівництва та архітектури

 

Енергозберігаюча гідравлічна система

 

Анотація. Відомо, що використання гідроприводу в машинах набуло широкого використання в наш час, зокрема в навантажувачах. Висока енергоємність гідроприводу споживає часом всю потужність двигуна, а значення коефіцієнта корисної дії (ККД) 60...80 % є невисоким. Один із шляхів зменшення енергоємності гідроприводу – застосування енергозберігаючої системи. У зв’язку з цим необхідно розробити математичну модель енергозберігаючої гідравлічної системи навантажувача.

Енергозберігаюча система навантажувача дозволить спростити конструкцію виключенням гідроакумулятора та усунення ефекту кавітації і зменшити час опускання робочого органу, з одночасним збільшенням ефективності роботи енергозберігаючої системи.

Ключові слова: гідроакумулятор, енергозберігаюча система, гідропривід, кавітація.

 

 

Пелевин Л.Е., к.т.н., проф.

Азенко А.В., аспирант

Горбатюк Е.В., к.т.н., доц.

Киевский национальный университет строительства и архитектуры

 

Энергосберегающая гидравлическая система

 

Аннотация. Известно, что использование гидропривода в машинах получило широкое использование, в частности в погрузчиках. Высокая энергоёмкость гидропривода потребляет временами всю мощность двигателя, а значение коэффициента полезного действия (КПД) 60…80 % является невысоким. Одним из путей уменьшения энергоёмкости гидропривода – применить энергосберегающую систему. В связи с этим необходимо разработать математическую модель энергосберегающей гидравлической системы погрузчика.

Энергосберегающая система погрузчика позволит упростить конструкцию исключением гидроаккумулятора и устранением эффекта кавитации и уменьшить время опускания рабочего органа, с одновременным увеличением эффективности работы энергосберегающей системы.

Ключевые слова: гидроакумулятор, энергосберегающая система, гидропривод, кавитация.

 

 

UDC 621.22-546

 

Pelevin L.E., PhD, Associate Professor

Azenko A.V., graduate student

Gorbatiuk I., PhD, Associate Professor

Kyiv National University of Construction and Architecture

 

Energy-saving hydraulic system

 

Abstract. In our time, the hydraulic drive is very widely used in construction machinery. It is known that the use of hydraulic actuation requires a high-energy consumption, production of construction equipment engine. Sometimes hydraulic drive consumes the entire capacity of the engine. Furthermore, the coefficient of efficiency of the hydraulic actuator is low (efficiency) of 60…80 %. There is a need to reduce the consumption of hydraulic energy drive, thus we will be able to reduce expenses for work. One way to reduce the energy intensity of the hydraulic drive – the use of energy-saving systems. In connection with this is necessary to create a mathematical model of energy saving system loader. This energy saving system will simplify the design of hydraulic accumulator removal and elimination of cavitation effect it, and decrease the time of lowering the working body while uvelechenie efficient operation of energy-saving systems.

The disadvantages of existing solutions to save energy accumulator is availability hydraulic accumulator, since there is a significant increase in working time lowering the labor body as needed accumulator charging and the possibility of cavitation in the hydraulic system. Also disadvantage is low efficiency since, the difference amounts of working fluid, and the fluid passing through the pump to drain not proportional, it is not only leads to energy dissipation working fluid under pressure in the cylinder, but also causes additional costs of power, with no extra feeding the electrical system of the machine.

This technical solution allows energy recovery hydraulic fluid – while lowering operating or agencies not using Drive power in the traditional machines. Also simplifies the design and increases the reliability of hydraulic, due to the absence of hydraulic accumulators. The use of energy-efficient hydraulic system ensures lower power consumption, thanks to the half-cycle pumps work like engines, generators, charging electric batteries and power lifting machine for a full cycle of the process of lifting-lowering will go to minimum, so as not spent on lowering power Drive. Constant charging batteries of electric energy saving system reduces the use of base facilities of all machines, so that the system stores the energy base machine, which had to be spent on lowering and lifting goods hydraulic cylinders.

Keywords: hydroaccumulator, energy saving system, hydraulic, cavitation.

 

 

Вступ. Враховуючи складну економічну ситуацію в державі та світі і значне зростання вартості енергоносіїв, усе більш актуальним стає питання ефективного їх використання. Питання підвищення ефективності гідравлічних систем є досить вагомим при вирішенні завдань економії енергоносіїв в цілому для всього виробництва. Підвищення, наприклад, ефективності роботи гідравлічної частини системи на 10…30 % дасть змогу зменшити витрати на експлуатацію автоматичної системи в цілому на 3…15 %, що в грошовому еквіваленті для великих підприємств може бути досить вагомим і потрібним результатом [1, 2, 3].

Енергетична ефективність більшості промислових гідравлічних систем залежить, насамперед, від двох чинників – схемного рішення і типу насосного агрегату та режимів роботи виконавчих пристроїв, тобто від таких параметрів як зміна витраченої та корисної витрати робочої рідини за період одного робочого циклу та функція змін тиску в системі та для кожного виконавчого пристрою за той самий проміжок часу.

Відомо багато підходів до зменшення енерговитрат в системах гідроприводу. Наприклад, в гідроприводах, які працюють нетривало, використовують схеми з розвантаженням насосу від тиску. Завдяки цьому зменшуються експлуатаційні витрати, збільшується ККД системи та підвищується довговічність насосного агрегату. На практиці поширено ряд способів узгодження роботи насосного агрегату та системи приводів: дроселюванням, розвантаженням через розподільник, використанням регульованих насосів з різними типами регуляторів (регулятор витрати, регулятор тиску, регулятор тиску і витрати, регулятор потужності та ін.), використанням гідроакумуляторів, штучним «голодуванням» насосу, машинним регулюванням, ступінчатим регулюванням, введенням штучних витоків тощо [6, 7].

Об’ємне регулювання насосних агрегатів. Витрата насосів регулюється зазвичай шляхом лінійного або кутового переміщення елементів, за допомогою яких змінюється робочий об’єм насосу. Найбільш ефективним способом об’ємного регулювання роботи насосних агрегатів є використання регуляторів (тиску, витрати, тиску і витрати, потужності та ін.) в конструкції насоса. Під час використання регуляторів, навіть при зміні споживання системою робочої рідини, тиск, створюваний насосом, завжди залишається постійним. Регулятори використовуються також для підтримки інших параметрів роботи системи і відповідно, мають різні характеристики. Використання регуляторів дозволяє максимально підвищити ефективність роботи насосного агрегату, але не завжди дозволяє врахувати всі режими роботи пристроїв системи. Крім того, регульовані насоси мають значно більшу вартість та значно менший ресурс, а їх використання може привести до створення ефективної системи, але високої вартості.

Аналіз джерельних досліджень і публікацій. У зв’язку з тим, що існуючі гідравлічні приводи в навантажувачах є досить енергоємними, при їх роботі може використовуватись вся енергія двигуна, а опускання робочого органа є не достатньо швидким.

Відоме авторське свідоцтво СССР SU №1680886 А1, кл. Е02F 9/22, 1991 г., бюл. № 36 «Гидропривод фронтального погрузчика» [4], та найбільш близьке рішення запропоновано у патенті Білорусі BY №10291 C1, кл. E02F 9/22, 2008 р. «Энергосберегающая гидравлическая система погрузчика» [5].

Виділення не розв’язаних раніше частин загальної проблеми. Авторське свідоцтво СССР SU №1680886 А1, кл. Е02F 9/22, 1991 г., бюл. № 36 «Гидропривод фронтального погрузчика». Недоліком даного технічного рішення є наявність гідроакумулятора, адже відбувається значне збільшення часу опускання робочого органа, оскільки потрібна зарядка гідроакумулятора і можливість кавітації в гідросистемі.

Найбільш близьке рішення запропоновано у патенті Білорусії BY № 10291 C1, кл. E02F 9/22, 2008 р. «Энергосберегающая гидравлическая система погрузчика». Недоліком даного технічного рішення є мала ефективність роботи, оскільки різниці обсягів робочої рідини, яка подається в штокові і випливає з поршневих порожнин гідроциліндрів, і рідини, що проходить через насос до зливу, не пропорційне, це не тільки призводить до розсіюванню енергії робочої рідини, що знаходиться під тиском в гідроциліндрах, а й викликає додаткові витрати потужності, при цьому, відсутнє додаткове підживлення електричної системи машини.

Постановка завдання. Метою є спрощення конструкції виключенням гідроакумулятора та усунення ефекту кавітації і зменшення часу опускання робочого органа з одночасним збільшенням ефективності роботи енергозберігаючої системи.

Основний матеріал і результати. Енергозберігаюча гідравлічна система встановлюється на базову машину 1 із змінним робочим обладнанням 2, яке закріплене на стрілі 3 базової машини 1. При цьому, стріла 3 має можливість подовжуватися за рахунок встановленого в неї телескопічного гідроциліндру 4. Крім того, між стрілою 3 і базовою машиною 1 встановленні гідроциліндри підйому-опускання 5.

Описание: C:\Users\Nicolas\Desktop\1.jpg

Рисунок 1 – Базова машина (навантажувач)

 

На базовій машині 1 встановлено гідравлічну систему, що включає в себе бак з гідравлічною рідиною 6 від якого через всмоктуючи магістралі 7 паралельно живляться лівий 8 та правий 9 насос-мотори. Між баком 6 та лівим 8 і правим 9 насос-двигунами на всмоктуючи магістралях 7 встановлені зворотні клапани 10. Вихідні напірні магістралі ліва 11 та права 12 від лівого 8 та правого 9 насос-двигунів, відповідно, під’єднано до трипозиційного трьохлінійного розподільника 13, при чому ліва напірна магістраль 11 під’єднано до вхідного штуцера b розподільника 13, а права напірна магістраль 12 до вхідного штуцера c розподільника 13. Розподільник 13 має три позиції І, ІІ, ІІІ та три канали: на вході штуцери а, b, c та на виході штуцери k, l, m при чому, у І-й позиції вхід а з’єднано з виходом l, вхід b з виходом k, а вхід с з виходом m. У ІІ-й позиції вхід а з’єднано з виходом l, вхід b та с з’єднано між собою та з виходом l, а вихід m заблоковано. У ІІІ-й позиції вхід а та виходи k, l заблоковані, а входи b та с з’єднанні між собою та виходом m. До виходу k розподільника 13 під’єднано штокову магістраль 14, що розгалужується на дві гілки, кожну з яких під’єднано до штокових порожнин гідроциліндрів підйому-опускання 5, а до виходу l, розподільника 13, приєднано поршневу магістраль 15, яка з’єднана з поршневими порожнинами гідроциліндрів підйому-опускання 5.

Описание: C:\Users\Nicolas\Desktop\2.jpg

Рисунок 2 – Гідравлічна схема

 

Штуцер входу а розподільника 13 через обвідну магістраль 16 під’єднано до дільника потоку 17, вихідні магістралі 18 якого під’єднано до всмоктувальних магістралей 7 лівого 8 та правого 9 насос-двигунів між зворотними клапанами 10 та насос-двигунами. Штуцер виходу m, розподільника 13, зливною магістраллю 19 через односторонній клапан 20 під’єднано до штуцера входу d трипозиційного двоканального золотника 21, який має вхід d та два виходи f, e, при чому, у позиції І' вхід d з’єднано з виходом e, а вихід f заглушено. У ІІ'-й позиції вхід d з’єднано з виходом f, а вихід e заглушено. У ІІІ'-й позиції вхід d з’єднано одночасно з виходом f та e. Штуцер виходу f золотника 21, гідравлічною магістраллю 22 з’єднано з телескопічним гідроциліндром 4, а вихід e через блок фільтрації 23 під’єднано до баку з гідравлічною рідиною 6. Крім того, ліва напірна магістраль 11 через запобіжний клапан 24 з’єднана зі зливною магістраллю 19, а права напірна магістраль 12 – через переливний клапан 25. Насос-двигуни 8 та 9 за допомогою валів відбору 26 приєднанні до електричного генератора 27 базової машини 1, які під’єднанні до електричних акумуляторів 28.

Енергозберігаюча гідравлічна система працює наступним чином.

При роботі базової машини 1 змінне робоче обладнання 2 та стріла 3 живляться від енергозберігаючої гідравлічної системи. Робоча рідина через зворотні клапани 10 з гідравлічного баку 6 потрапляє до насос-двигунів 8 і 9 через всмоктувальні магістралі 7 і далі під тиском через напірні магістралі 11 та 12 прямує на входи каналів b і c трипозиційного розподільника 13, який знаходиться в ІІ положенні, після чого робоча рідна потрапляє в поршневі порожнини гідроциліндрів підйому-опускання 5, штоки яких висуваються.

При включені розподільника 13 в І положення (положення опускання робочого органа) робоча рідина із поршневих порожнин гідроциліндрів піднімання-опускання 3 через канал a розподільника 13 потрапляє до обвідної магістралі 16 і далі через дільник потоку 17 направляється на входи насос-двигунів 8 та 9 через вихідні магістралі 18. Встановлені зворотні клапани 10 перешкоджають зливу робочої рідини в гідробак 6. При цьому один з насос-двигунів 8 подає робочу рідину в штокові порожнини гідроциліндрів підйому-опускання 6 через канал b розподільника 13, а другий 9 – на злив через канал c до зливної магістралі 19 і далі через односторонній клапан 20 до каналу d трипозиційного двоканального золотника 21, який в положенні ІІ перепускає рідину через канал f до гідромагістралі 22 і далі до стріли 4, і завдяки цьому відбувається висування стріли. При зміні положення золотника 21 в І відбувається злив рідини з каналу d до каналу e і далі через систему фільтрації 23 до баку з гідравлічною рідиною 6. В ІІІ положенні золотника 21 відбувається злив у канал e як із каналу d, так і з каналу f, і стріла 4 втягується.

Злив забезпечує компенсацію різниці між обсягом подавання робочої рідини в штокові порожнини із поршневих порожнин гідроциліндрів 5. Також, в цей час насоси-двигуни 8 і 9 працюють як генератори і через вали відбору 26 обертають генератор 27, підзаряджаючи електричну акумуляторну систему 28 живлення насосів 8 та 9.

Описание: C:\Users\Nicolas\Desktop\3.jpg                 Описание: C:\Users\Nicolas\Desktop\3.jpg

Рисунок 3 – Розподільники

 

Висновки. Дане технічне рішення дозволяє використовувати рекуперацію енергії гідравлічної рідини – при опусканні вантажу чи робочих органів не використовується приводна потужність як у традиційних машинах. Також, спрощується конструкція та підвищується надійність гідроприводу, завдяки відсутності гідравлічних акумуляторів. Використання даної енергозберігаючої системи гідроприводу забезпечує зниження енергоспоживання, завдяки половинному циклу насоси працюють як двигун-генератори, заряджаючи електричні акумулятори, а енергія вантажопідйомної машини за повний цикл процесу підйому-опускання буде прямувати до мінімуму, оскільки не витрачається приводна потужність на опускання. Постійна підзарядка електричних акумуляторів енергозберігаючої системи сприяє зменшенню використання базової потужності всієї машини, внаслідок чого система зберігає частину енергії базової машини, яка мала б бути витраченою на опускання та підіймання вантажу гідроциліндрами.

 

Література

 

1. Скворцов Б.М. Подъёмно-транспортное оборудование / Б.М. Скворцов. – М.: ЦИНТИМ, 1962. – 371с.

2. Пелевін Л.Є. Механотронні системи гідропневмоавтоматики / Л.Є. Пелевін. – К.: КНУБА, 2015. – 168 с.

3. Toshov J.B. Questions modeling of dynamics of drilling tools on the bottom hole / J.B. Toshov, M.K. Shukurov // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH. – Vienna. 1 – 2 (1) 2014, pp. 116 – 122.

4. Патент 10291, Білорусь, МПК (2006) E 02F 9/22. Энергосберегающая система погрузчика / А.Д. Бужинский, А.М. Щемелёв; Заявник і патентовласник – "Белорусско-Российский университет", № 20051302, заявл. 2007.08.30, опубл. 2008.02.28.

5. Аавторське свідоцтво СССР SU №1680886 А1, кл. Е02F 9/22. Гидропривод фронтального погрузчика / Г.Я. Єпштейн, Л.М. Меркушев; Заявник і патентовласник – Минское научно-производственное объединение «Дормаш», заявл. 26.08.88, опубл. 30.09.91.

6. Road and Bridge Construction Equipment. – Satya Narayan Shah: B.Sc. In Mechanical Engineering (India) MS in Manufacturing Engineering & Management (UK), January 2012, 1 – 112 р.

7. Pirmatov S.T. Necessary conditions of summability of spectral expansion on eigenfuction of the operator Laplace. European science review, «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH. Vienna. 5 – 6 (3) 2015, pp. 29 – 32.

 

© Л.Є. Пелевін, А.В. Азенко, Є.В. Горбатюк

Надійшла до редакції 30.11.2016 р.

 

 

Архів коментарів

 


Інтернет-статистика