Объемная гидропередача с LS регулированием

Описание демо-примера

Расположение

SimInTech\Demo\Гидросистемы\LS регулятор\Объемная гидропередача с LS регулированием.prt

Описание

В данном проекте продемонстрировано применение блока "LS регулятор" библиотеки "Гидросистемы" на примере моделирования объемной гидропередачи, включающей в себя нерегулируемый гидромотор (ГМ) с присоединенной нагрузкой и регулируемый насос с LS регулятором (Load Sensing Regulator). Частота вращения вала ГМ задается с помощью дросселя, установленного в напорной гидролинии. Разработанная модель позволяет провести сравнение энергоэффективности гидропередачи при следующих способах управления:
  1. Регулирование скорости вращения вала ГМ с помощью дросселя при постоянной подаче насоса. Данный вид управления является классическим способом регулирования скорости выходного звена в гидроприводах и объемных гидропередачах. При данном способе регулирования гидропередача работает при постоянной входной мощности (при постоянном проходном сечении дросселя), которая определяется произведением объемного расхода насоса и давлением в напорной магистрали. В данной системе насос обеспечивает постоянный расход жидкости, избытки которой возвращаются в бак через предохранительный клапан (КП), выполняемый функции переливного. Это свидетельствует о низкой энергоэффективности гидропередачи с данным типом регулирования
  2. Регулирование скорости вращения вала ГМ с помощью дросселя в схеме с регулируемым насосом и LS регулятором. Данный тип управления позволяет получить более высокие значения КПД системы за счет "подстраивания" подачи насоса под нужды потребителя. Изменение рабочего объема насоса (и, следовательно, его подачи) осуществляется с помощью LS регулятора – устройства, обеспечивающего поддержание постоянного перепада на дросселе. Повышение нагрузки сопровождается ростом давления на входе в ГМ, которое в виде гидравлического сигнала управления передается по линии LS в регулятор. В результате за счет работы LS регулятора давление за насосом также возрастает. Перепад давления на дросселе сохраняется, поэтому скорость вращения вала ГМ не изменяется. При увеличении проходного сечения дросселя давление на выходе из насоса уменьшается. При этом управляющий сигнал регулятора увеличивается для компенсации паления давления. В результате подача насоса увеличивается в соответствие с настройкой дросселя
Внешний вид имитационной модели рассматриваемой системы представлен на рисунке (Рисунок 1).


Рис. 1. Окно проекта демо-примера.
Для моделирования рассматриваемой системы использованы следующие блоки:
  • "Регулируемый насос-мотор" для моделирования насоса и ГМ в гидросистеме
  • "Гидравлический бак" для моделирования граничных условий в системе
  • "Гидравлический предохранительный клапан (прямого действия)" для обеспечения сброса жидкости в бак при превышении давления в системе выше настроечного значения, а также выполнения функции переливного клапана при использовании насоса постоянной подачи
  • "Гидравлическая полость" для моделирования упругих свойств жидкости в гидросистеме
  • "LS регулятор" для регулирования рабочего объема насоса
  • "Гидравлический регулируемый дроссель" для моделирования дросселя, задающего различную частоту вращения вала ГМ
  • "Инерция" для учета инерции вала гидромотора и присоединенной к нему нагрузки
  • "Вращательное трение" для моделирования трения в узлах механической системы, присоединенной к валу гидромотора
  • "Источник момента" для задания внешнего момента сопротивления, действующего на вал ГМ
  • "Вращательная заделка" для фиксации неподвижных элементов механической системы (например, корпуса гидромотора, насоса)
  • "Задатчик профиля вращательного движения" для задания скорости вращения вал насоса

Переключение между режимами управления осуществляется с помощью ползунка "Режим управления". В свойствах блока "Контроллер" возможно задать поддерживаемый перепад давления на дросселе и настроечное давление в системе.

С помощью ползунка "Расход [%]" задается относительная величина расхода посредством изменения проходного сечения дросселя, установленного в напорной гидролинии (максимальная величина расхода в системе равна теоретической подаче насоса). С помощью ползунка "Нагрузка [%]" задается относительный момент сопротивления, действующий на вал ГМ (максимальный крутящий момент составляет 500 Н*м). Положение ползунков и режим управления могут быть изменены в процессе расчета.

На рисунках (Рисунок 2 и Рисунок 3) представлены результаты расчета в виде графиков переходных процессов основных параметров системы: частоты вращения вала ГМ и мощности в системе. Результаты получены для режима управления с постоянной подачей насоса (режим управления "1") при 50% нагрузке и 50% открытии дросселя.


Рис. 2. Частота вращения вала ГМ при 50% открытии дросселя, 50% нагрузке и постоянной подаче насоса.


Рис. 3. Входная и выходная мощности в системе при 50% открытии дросселя, 50% нагрузке и постоянной подаче насоса.
Из анализа полученных результатов следует, что при выбранных настройках системы для установившегося режима частота вращения вала ГМ составляет около 1400 об/мин, а входная (механическая мощность насоса) и выходная (гидравлическая мощность ГМ) мощности 78 кВт и 59 кВт соответственно. При этом размер областей, характеризующих затрачиваемую и полезную мощности, можно отметить на диаграмме "Давление-расход" (Рисунок 4).


Рис. 4. Положение областей затрачиваемой (красная область) и полезной (синяя область) мощностей на диаграмме "Давление-расход", выделенной на рисунке, при 50% открытии дросселя, 50% нагрузке и постоянной подаче насоса.
С повышением нагрузки до 94% происходит снижение частоты вращения вала ГМ и его гидравлической мощности (Рисунок 5 и Рисунок 6).


Рис. 5. Изменение частоты вращения вала ГМ при увеличении нагрузки с 50 до 94% (50% открытие дросселя и постоянная подача насоса).


Рис. 6. Изменение входной и выходной мощностей в системе при увеличении нагрузки с 50 до 94% (50% открытие дросселя и постоянная подача насоса).

При этом разница между мощностями увеличивается, что свидетельствует о снижении КПД гидропередачи на данной режиме.

Для сравнении энергоэффективности с системой с LS регулированием необходимо переключиться на режим управления "2". При этом для корректного сравнения энергоэффективности необходимо рассмотреть аналогичный режим с частотой вращения вала ГМ 1400 об/мин. Для этого необходимо увеличить расход в системе до 75% (Рисунок 7 и Рисунок 8).


Рис. 7. Частота вращения вала ГМ при 75% открытии дросселя, 50% нагрузке и LS регулировании.


Рис. 8. Входная и выходная мощности в системе при 75% открытии дросселя, 50% нагрузке и LS регулировании.

Также, сравнивая соотношение областей затрачиваемой и полезной мощностей на диаграмме "Давление-расход", можно отметить явное увеличение энергоэффективности последнего способа регулирования гидропередачи.

При дальнейшем увеличении нагрузки до 94% (как и в рассмотренном ранее случае) частота вращения примерно до 66% остается постоянной и далее снижается так же, как и снижаются мощности в системе. Однако при этом область, характеризующая затрачиваемую мощность значительно меньше этой же области, но при постоянной подаче насоса.

Используемые блоки