Архитектура гидроприводов промышленного, сельскохозяйственного и мобильного оборудования с повышенными энергоэффективностью и функциональностью

Актуальность. В статье рассмотрены вопрос влияния работы гидрораспределителей на эффективность всей системы гидропривода и возможность создания архитектуры гидропривода на основе двухлинейных, двухпозиционных гидрораспределителей (вентилей). Отмечено, что существующая на сегодняшний день архитектура гидропривода, построенная на основе золотниковых многолинейных, многопозиционных распределителей, обладает большими массогабаритными параметрами, а самое главное — не удовлетворяет требованиям энергоэффективности.

Решение проблемы повышения энергоэффективности гидропривода авторы видят в отказе от использования сложных, громоздких, массивных и энергетически неэффективных многолинейных и многопозиционных распределителей и создании архитектуры гидропривода на основе двухлинейных, двухпозиционных гидрораспределителей (вентилей 2/2). Однако для такого перехода необходима разработка новой конструкции гидрораспределителей, удовлетворяющей современным требованиям энергоэффективности.

Цель исследований — обоснование возможности создания архитектуры гидроприводов на основе простейших вентилей 2/2.

Задача. Снижение энергозатратности и массогабаритных параметров гидрофицированных машин.

Методы. Решение поставленных задач проводилось на основе использования метода электрогидравлической аналогии, интегрированного в «Компас-3D» как приложение программного комплекса FlowVision.

Новизна заключается в установлении причин высокой энергозатратности используемых в настоящее время гидрораспределителей и возможности повышения энергоэффективности гидросистем за счет более широкого использования простейших гидравлических элементов — вентилей (распределителей 2/2).

Результаты. Проведенные исследования подтверждают возможность повышения энергоэффективности гидравлических систем и снижения массогабаритных параметров гидрофицированных машин.

1. Ткачев В.Н. Архитектура всего. Монография. М.: МИСИ — МГСУ. 2021; 260. ISBN 978-5-7264-2820-8 https://elibrary.ru/gzudld

2. Свешников В.К. Индивидуализация — новое слово в гидравлике. РИТМ машиностроения. 2017; (2): 38‒43.

3. Прохасько Л.С. Расчет кавитационного устройства для очистки промышленных вод. Аграрная наука. 2023; (11): 117‒121. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-376-11-117-121

4. Prokhasko L. et al. Development of a mathematical model of the movement of uncompressed plunger with consideration of the nonisothermal fluid flow in the ring gap. International Journal of Advanced Science and Technology. 2020; 29(S6): 2668‒2676. https://elibrary.ru/ragzgj

5. Аксаньян Г.С. и др. Концепция автоматизированной системы биологической защиты агропромышленных предприятий на базе новых плазменно-оптических технологий. Аграрная наука. 2022; (7–8): 193‒198. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-361-7-8-193-198

6. Шалумов А.С., Шалумов М.А. Опыт применения автоматизированной системы АСОНИКА в промышленности Российской Федерации. Монография. Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС. 2017; 422. ISBN 978-5-906773-57-9 https://elibrary.ru/zrsghv

7. Бельчик Л.Д., Жилевич М.И., Ананчиков А.А., Козловский В.А., Шабунько В.А. Анализ эффективности применения цифровой гидравлики. Автотракторостроение и автомобильный транспорт. Сборник научных. Минск: Белорусский национальный технический университет. 2023; 1: 268‒271. https://elibrary.ru/ngldgu

8. Узунов В.О., Денежко Л.В. Анализ программных комплексов машиностроительной гидравлики в России. Технические и технологические решения для АПК. Сборник статей Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Екатеринбург: Уральский государственный аграрный университет. 2022; 83‒87. https://elibrary.ru/hupfhc

9. Ереско А.С. Совершенствование гидропривода грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск. 2004; 189. https://elibrary.ru/nmsvbj

10. Буриев Б.А., Акулов Д.В. Гидроприводы: обзор современного состояния и технического приложения в машинах и аппаратах. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики. Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева. 2022; 1: 258‒260. https://elibrary.ru/dzoxce

11. Аканова Г.К., Гальчак И.П., Кольга А.Д., Столповских И.Н., Александров В.А. Коммутация гидравлических линий по методу электрогидравлической аналогии. Транспортное машиностроение. 2022; (3): 31‒41. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2022-3-31-41

12. Лемешко М.А., Волков Р.Ю. Использование метода электрогидравлической аналогии для моделирования работы адаптивной бурильной машины. Технико-технологические проблемы сервиса. 2014; (3): 62‒65. https://elibrary.ru/swncbd

13. Терехов В.В., Савицкий Ю.А., Выскубов Е.В., Чабров С.Е. Принципиальные гидравлические схемы агрегатированных инерционных устройств очистки жидкости на основе спирали Архимеда. XIV Международная научно-практическая конференция молодых ученых, посвященная 63-й годовщине полета Ю.А. Гагарина в космос. Краснодар: Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков им. Героя Советского Союза А.К. Серова Министерства обороны Российской Федерации. 2024; 174‒180. https://elibrary.ru/ahdovu

14. Круглов В.Ю. От экспансии электропривода к «симбиозу» электрои объемного гидропривода. Вооружение. Технология. Безопасность. Управление. Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции. Ковров: Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева. 2018; 281‒288. https://elibrary.ru/uzjjis

15. Ильичев В.Ю., Юрик Е.А. Построение характеристик гидравлической системы с центробежными насосами. Научное обозрение. Технические науки. 2021; (3): 27–31. https://elibrary.ru/gojtns

16. Щагин А.В., Нгуен Т.З., Чжо С.В. Сравнительный анализ электроприводов производственных станков. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2022; 27(2): 193–204. https://elibrary.ru/bzzgav

17. Якушев А.Е. Исследование энергетических параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2004; 179. https://elibrary.ru/nmtwzx

18. Побегайло П.А. Одноковшовые гидравлические экскаваторы: локальные показатели качества рабочего оборудования при проектировании на этапе анализа нагруженности. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Сборник трудов XIX Международной научно-технической конференции, проведенной в рамках Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет. 2021; 263‒267. https://elibrary.ru/ceahao

19. Бекбоев А.Р., Жылкычиев М.К. Математическое моделирование преобразователя скорости перемещения штока гидроцилиндра с цилиндрическим мембранным запорно-регулирующим элементом. Универсум: технические науки. 2016; (5): 2. https://elibrary.ru/vzjnav

20. Zardin B., Borghi M., Cillo G., Rinaldini C.A., Mattarelli E. Design Of Two-Stage On/Off Cartridge Valves For Mobile Applications. Energy Procedia. 2017; 126: 1123‒1130. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.08.275

21. Frosina E., Marinaro G., Senatore A., Pavanetto M. Numerical and experimental investigation for the design of a directional spool valve. Energy Procedia. 2018; 148: 274‒280. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.078

22. Casoli P., Scolari F., Minav T., Rundo M. Comparative Energy Analysis of a Load Sensing System and a Zonal Hydraulics for a 9-Tonne Excavator. Actuators. 2020; 9(2): 39. https://doi.org/10.3390/act9020039

23. Галиахметов Р.Т., Кольга А.Д., Александров В.А., Салихова М.Н., Гальчак И.П. Использование вентилей (клапанов 2/2) в системах управления гидроприводами машин. Известия Международной академии аграрного образования. 2023; 69: 27‒34. https://elibrary.ru/wditbm

24. Свешников В.К. Повышение энергоэффективности приводов с дросселирующими гидрораспределителями. Гидравлика. Пневматика. Приводы. 2016; (1): 17‒19.

25. Kolks G., Weber J. Modiciency — Efficient industrial hydraulic drives through independent metering using optimal operating modes. 10th International Fluid Power Conference (10. IFK). Dresden. 2016; 1: 105‒120.

26. Merkle D., Schrader B., Thomes B. Hydraulik. Grundstufe. 2. Aufl. Berlin; Heidelberg: Springer. 2004; IV, 233. ISBN 978-3-540-35008-8 https://doi.org/10.1007/3-540-35008-X