Забыли пароль?

Структурная идентификация математической модели диагностирования объемного гидропривода ГСТ-90,112

Структурная идентификация математической модели диагностирования объемного гидропривода ГСТ-90,112Разделы: Размещена 24.02.2016. Последняя правка: 22.02.2016. Структурная идентификация математической модели диагностирования объемного гидропривода ГСТ-90,112 Харьковский Национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенка аспирант, кафедра технических систем и технологий животноводства им. Б. П. Шабельника Бойко Иван Григорьевич, Харьковский Национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенка, Кафедра технических систем и технологий животноводства им. Б. П.Шабельника, профессор, кандидат технических наук; Войтов Виктор Анатольевич, Харьковский Национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенка, проректор по научной работе, кафедра Транспортных технологий и логистики, доктор технических наук, профессор УДК 631.372 Объемные потери гидравлических приводов определяются коэффициентом подачи для насосов и коэффициентом полезного действия (КПД)  для моторов. Согласно ДСТУ 2192-93 [2] критерием предельного состояния является снижение коэффициента подачи h для мотора не более, чем на 20% от начальных значений. Работа гидронасоса и гидромотора характеризуется взаимным влиянием через упругие свойства гидравлической жидкости, которая циркулирует в замкнутом объеме. Поэтому математическое описание таких динамических систем следует искать в совместном взаимодействии насоса-мотора-гидравлической жидкости, что и определяет актуальность настоящего исследования. Анализ литературных источников. В работе [3] приведен анализ по износу основных элементов ГСТ-90, выявлены закономерности распределения износов и получена математическая модель связи объемного КПД с износами и зазорами в трибосистемах ГСТ. Одним из направлений диагностирования гидроприводов является термометрирование [4], которое позволяет определить техническое состояние по температуре корпуса насоса и мотора во время эксплуатации.

Данный метод получил дальнейшее развитие в работе [5], где по результатам измерения температуры диагностируются отдельные узлы гидронасоса, однако взаимосвязи между температурным режимом и техническим состоянием отдельных узлов не установлено. Авторами работы [6] сделан вывод, что гидропривод навесной системы трактора описывается колебательным звеном, при этом по характеристике переходного процесса можно оценить техническое состояние. Анализируя передаточные функции гидроприводов рулевого управления, навесной системы и коробки передач, авторы работы [6] делают вывод, что перечисленные системы можно рассматривать как динамические колебательные системы с малым коэффициентом демпфирования. Количество переходного процесса можно определить по следующим показателям, рис.1: - время переходного процесса t - время t, при котором давление достигает максимального значения Р - время t, за которое давление жидкости первый раз достигает значения статического давления, - крутизна характеристики, угол g; - период затухания колебаний, q. Рис. 1. Показатели качества колебательного переходного процесса [6] Авторами работы [6] доказано, что перечисленные показатели, рис. 1, имеют связь с техническим состоянием гидропривода, при этом интенсивность нарастания давления, является наиболее информативным параметром технического состояния гидронасоса. В работе [7]  выполнена структурная идентификация модели диагностирования гидростатического привода ГСТ-90. Получено дифференциальное уравнение переходного процесса динамической системы насос-мотор. Из анализа уравнения следует, что параметрами, которые характеризуют техническое состояние НП-90 и МП-90 являются постоянные времени переходного процесса насоса и мотора, а также декременты затухания колебаний жидкости в напорной магистрали и оборотов мотора. В приведенной работе учтена взаимосвязь между насосом и мотором, однако не учтены утечки гидравлической жидкости, которые и снижают КПД гидромашин. Целью данной работы явилось выполнить структурную идентификацию математической модели диагностирования объемного гидропривода ГСТ-90,112, как единой динамической системы насос-мотор-гидравлическая жидкость с учетом утечек в процессе эксплуатации. Разработка математической динамической модели диагностирования.

Получение дифференциальных уравнений в теории автоматического регулирования носит название идентификации [8, 9]. Идентификация динамических объектов сводится к задаче получения математической модели адекватной изучаемому явлению, т. е. к определению структуры модели диагностирования (структурная идентификация). Под структурой модели диагностирования будем понимать дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс с точностью до коэффициентов. Основываясь на априорной информации, а также на основе анализа исследований, выполненных авторами работы [6,7], физику переходного процесса аксиально-поршневого насоса НП-90,112 можно выразить зависимостью изменения давления Р в линии нагнетания во времени (выходной сигнал), при отклонении наклонной шайбы на угол a (входной сигнал), которая качественно представлена на рис. 2, а. Физику переходного процесса гидромотора МП-90,112 можно выразить зависимостью изменения оборотов вала мотора во времени n – (выходной сигнал) при появлении давления в линии нагнетания (входной сигнал), рис. 2, б. Рис. 2. Зависимость изменения давления Р в линии нагнетания (а) и оборотов мотора (б) по времени Рассматривая физику переходных процессов, рис. 2, следует отметить, что зависимость переходного процесса в насосе, рис. 2, а, соответствует инерционному колебательному звену второго порядка и его передаточная функция имеет вид [8, 9]: ,                                                            (1) где – коэффициент усиления, который характеризует степень влияния входного сигнала на выходной; р, применяется вместо знака дифференцирования; d – декремент затухания. Зависимость переходного процесса в моторе, рис. 2, б, соответствует инерционному апериодическому звену второго порядка, и его передаточная функция имеет вид [8, 9]: ,                                                               (2) где, , d – коэффициент усиления, постоянная времени, декремент затухания мотора МП-90,112 для апериодического звена d <1. Учитывая то, что в конструкции ГСТ-90,112 НП-90,112 и МП-90,112 соединены последовательно, представим структурно-динамическую схему ГСТ-90,112 в виде последовательного соединения передаточных функций, рис.3. Структурно-динамическая схема отражает не функциональное назначение и конструктивные взаимосвязи насос-мотор в системе, а математические операции, которые осуществляются при передаче входных сигналов (  ) через звенья и динамические свойства системы в целом. На рис.3 изображены передаточные динамические функции насоса НП и мотора МП. Передаточная функция насоса НП-90,112 описывается инерционным звеном: ,                                                                   (3) где – постоянная времени насоса. Передаточная функция W, которая включена в схему в виде отрицательной обратной связи, учитывает утечки жидкости, которые согласно работ [6  ] пропорциональны давлению Р, а также зависят от величины зазоров между подвижными деталями, т. е. от величины износа. Такую функцию можно описать интегрирующим звеном: ,                                                                   (4) где – постоянная времени, которая зависит от скорости утечек в насосе. Рис. 3. Структурно-динамическая схема переходного процесса в ГСТ-90,112 Передаточная функция мотора МП-90,112 также описывается инерционными звеном:  ,                                                                               (5) где – постоянная времени мотора. Передаточная функция W,                                                                                     (6) где – постоянная времени, которая зависит от скорости нарастания утечек в моторе.

Применяя методы теории автоматического регулирования [8,9 ] можно получить эквивалентные передаточные функции для насоса: ,                           (7) ,                                                                (8) ,                                                                        (9) ,                                                                       (10) ,                                                             (11) ,                                                            (12) ,                                             (13) ,                                            (14) ,                                               (15) ,                                                    (16) Правая часть дифференциальных уравнений (15) и (16) содержит входной сигнал – первая производная угла отклонения наклонной шайбы НП-90,112, . Коэффициенты, при входном сигнале называются коэффициентами усиления [8, 9] и показывают, как сильно входной сигнал, (скорость отклонение шайбы насоса и скорость нарастания давления после насоса), влияет на выходной – величина давления жидкости после насоса Р и обороты n мотора. . Постоянные времени насоса и мотора имеют размерность времени и характеризуют инерционность процесса. Увеличение постоянных времени делает процесс менее восприимчивым к изменению входного сигнала. Исходя из физической интерпретации постоянных времени [8, 9], и могут нести информацию о степени износа насоса и мотора, т. е. с увеличением степени износа последних (с увеличением утечек в сопряжениях), постоянные времени будут увеличиваться.

Это будет выражаться в отсутствии изменения оборотов мотора при изменении угла наклонной шайбы насоса. Величины постоянных времени Т коррелируют с углом наклона кривой переходного процесса g, рис. 1, рис. 2. Чем меньше Т, тем больше g [6]. Декремент затухания d насоса и мотора, или коэффициент демпфирования [6], характеризует наличие или отсутствие колебательного процесса. При значениях d < 1, переходный процесс имеет колебания, рис. 2, а. При значениях d > 1, переходный процесс не имеет колебаний, рис. 2, б. Чем больше d, тем положе становиться переходный процесс. Решением для приведенных выше дифференциальных уравнений являются следующие выражения.

Для насоса, уравнение (15): ,                                 (17) где - текущее значение давления в контуре нагнетания насоса, которое соответствует определенному техническому состоянию насоса; .                                                                         (18) .                                                                     (19) ,                                       (20) где n - текущее значение оборотов ротора мотора, которые соответствуют определенному техническому состоянию мотора. .                                                                 (21) .                                                              (22) Выводы. Выполнена структурная идентификация математической  модели диагностирования объемного гидропривода ГСТ-90,112. В структуру модели включена взаимосвязь насос-мотор-утечки гидравлической жидкости. Из анализа дифференциального уравнения переходного процесса динамической системы  следует, что параметрами, которые характеризуют техническое состояние насоса НП-90,112 и мотора МП-90,112, являются постоянные времени, а также декременты затухания колебаний давления жидкости в напорной магистрали и оборотов мотора. Перечисленные параметры являются диагностическими по оценке технического состояния ГСТ-90,112. Получены решения дифференциальных уравнений, которые позволяют моделировать переходный процесс в динамической системе насос-мотор-гидравлическая жидкость.

1. Горбатов В. В. Аналіз впливу зміни технічного стану гідроприводів циклічної дії сільськогосподарських машин на перевитрати палива / В. В. Горбатов // Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків: ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2008. - Вип. 69. - С. 268 - 273. 2. ДСТУ 2193-93 Гідроприводи об’ємні. Насоси об’ємні та гідромотори. Загальні технічні умови. 3. Галин Д. А. Анализ технического состояния гидростатической трансмиссии ГСТ-90 // Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем: Сб. науч.

тр. Морд. гос. ун-т им. Н. П. Огарева. – Саранск: «Красн. Окт.». – с. 117-120. 4. Башта Т. М. Техническая диагностика гидравлических приводов / Т. М. Башта, Т. В. Алексеева, В. Д. Бабанская. – М.: Машиностроение, 1989.

– 264 с. 5. Колганов Е. В. обґрунтування інформативних діагностичних параметрів технічного стану об’ємного гідроприводі трансмісії ГСТ-90 / Вісник Дніпропетровського ДАУ, 2009. – № 2. – с. 71-74. 6. Динамика транспортно-тяговых колесных и гусеничных машин / Е. Е. Александров, Д. О. Волонцевич, В. А. Карпенко, А. Т. Лебедев, В. А. Перегон, В. Б. Самородов, А. Н. Туренко. – Харьков: Издательство ХГАДТУ (ХАДИ), 2001. – 642 с. 7. Войтов В. А., Севрюков Ю. И. Теоретическое обоснование диагностических параметров технического состояния объемного гидропривода ГСТ-90./ Вісник ХНТУСГ, 2011, вип. 109, с.13-19. 8. Дейч А. М. Методы идентификации динамических объектов. – М.: Энергия, 1979.

– 240 с. 9. Эйкхоф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния. – М.: Мир, 1975. – 684 с. Рецензии: 9.03.2016, 11:25 Рецензия : Статья написана согласно требованиям журнала, может быть рекомендована для печати. Комментарии пользователей:

Видео дня:


Комментарии (0) Просмотры: 48
Реклама
Реклама
Реклама