Анотація до роботи:

Андренко П.М. Розвиток наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем гідроприводів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.02 – машинознавство. – Національний технічний університет України “Київський

політехнічний інститут”, Київ, 2009.

У дисертаційній роботі визначена, науково обґрунтована і вирішена проблема підвищення технічного рівня гідроприводів за рахунок розробки та використання принципово нового класу гідроапаратів з осциляцією. Розроблено концепцію побудови гідроапаратів з осциляцією і гідроприводів, побудованих на їх базі. Розвинуті наукові основи проектування створених гідроапаратів: методи розрахунку гідродинамічної сили, коефіцієнта передачі гідравлічного вібраційного контуру, сил тертя та демпфірування, пружних елементів, витоків. Розроблені математичні моделі таких гідроапаратів та гідроприводів, методики імітаційного моделювання, розрахунку та проектування, включаючи і багатокритеріальну оптимізацію параметрів. Виявлені особливості робочих процесів у гідроапаратах та гідроприводах. Уточнено фізичні моделі тертя та гідродинамічної сили. Введено поняття приведеного коефіцієнту осциляції. Запропоновано нові форми дроселюючих щілин. Розроблені методи розрахунку гідроапаратів з осциляцією впроваджено у ряді спеціалізованих підприємств України.

В результаті виконаних досліджень вирішена важлива проблема, що полягає в розвитку наукових основ проектування апаратів з гідравлічною осциляцією для систем ГП, що дозволило підвищити показники технічного рівня ГП, збудованих на базі розроблених гідроапаратів. Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Розроблено концепцію побудови гідроапаратів з осциляцією. Вперше запропоновано для здійснення осциляції запірно-регулюючих елементів гідроапаратів використовувати пульсації тиску робочої рідини на виході із об’ємного насоса, що дозволяє на єдиній енергетичній основі створювати гідроапарати з осциляцією.

2. Дістали подальшого розвитку наукові основи проектування гідроапаратів з осциляцією:

вперше розроблено узагальнену математичну модель гідравлічного вібраційного контуру, яку покладено в основу методу розрахунку його коефіцієнта передачі. Співставлення результатів розрахунку з експериментом показало, що похибка розрахунків не перевищує 5 %, чим і визначається правомірність його використання;

вперше розроблено метод розрахунку осьової гідродинамічної сили, що діє на осцилюючий запірно-регулюючий елемент гідроапарата, використання якого дозволяє підвищити точність її розрахунку. Вперше

отримана аналітична залежність для її визначення. Уточнено фізичну модель;

дістали подальшого розвитку, в тій частині, що ураховують параметри осциляції запірно-регулюючих елементів, методи розрахунку: сил тертя та демпфірування, на осцилюючому запірно-регулюючому елементі гідроапарата; витоків у гідроапаратах з осциляцією; пружного елемента гідравлічного вібраційного контуру гідроапарата, використання яких підвищує адекватність математичних моделей гідроапаратів реальному об’єкту. Отримані нові математичні залежності для їх розрахунку. Уточнено фізичну модель тертя.

3. Вперше отримані математичні моделі гідроапаратів з гідравлічним керуванням та гідравлічним вібраційним контуром, які комплексно (в порівняні з раніше відомими) ураховують такі фактори, як: параметри осциляції запірно-регулюючих елементів, форму дроселюючої щілини, нестаціонарність робочих процесів, властивості робочої рідини. Виявлені особливості динаміки функціонування гідроапаратів з осциляцією у ГП дозволили ввести поняття приведеного коефіцієнта осциляції, що зменшило трудомісткість отримання їх математичних моделей. Розроблені математичні моделі гідроапаратів з осциляцією, спричиненою пульсацією тиску робочої рідини, у складі ГП з переливним клапаном з гідравлічним вібраційним контуром та ГП лінійного переміщення. Використання розроблених математичних моделей дозволяє більш докладно визначити вплив конструктивних і робочих параметрів гідроапаратів на характеристики ГП, провести їх раціональний вибір.

4. Вперше установлений взаємозв’язок між параметрами осциляції запірно-регулюючого елемента гідроапарата та його характеристиками:

– для діапазону зміни частоти осциляції запірно-регулюючого елемента клапана від 100 Гц до 300 Гц, при сталому значені комплексу = 2,5 [Гц^.см], зміні навантаження (витрати) ГП в межах 20% від його номінального значення та незмінних інших параметрах, зміна частоти чи амплітуди осциляції запірно-регулюючого елемента клапана не впливає на динамічні характеристики ГП;

– форма дроселюючих кромок запірно-регулюючого елемента та його величина переміщення, суттєво впливають на відносну зміну витрати при його осциляції, причому витрата може відрізнятися на (0,1 – 6)% від свого середнього значення, збільшуючись з відкриттям запірно-регулюючого елемента;

– при проектуванні гідроапаратів з осциляцією треба віддавати перевагу, запропонованому нами, запірно-регулюючому елементі типу V, який забезпечує високу точність та швидкодію;

кавітація у гідроапаратах з осциляцією, в порівнянні зі звичайними

гідроапаратами, може виникнути при відкритті дроселюючої щілини менш

ніж 0,035 мм. Для забезпечення безкавітаційної роботи гідроапарата, амплітуда осциляції його запірно-регулюючого елемента повинна вибиратися з урахуванням частоти осциляції та перепаду тиску на дроселюючий щілині;

– гідроапарати даного класу можуть ефективно працювати у ГП з об’ємними насосами різних типів, частота пульсацій тиску робочої рідини на виході яких змінюється від 58 до 350 Гц.

5. Вперше розроблені принципи побудови ГП на базі гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром, які дозволяють алгоритмізувати процес прийняття рішень про доцільність їх використання у робочому процесі та забезпечують підвищення показників технічного рівня привода.

6. Розроблені науково обґрунтовані ефективні алгоритми та програмні модулі розрахунку та багатокритеріальної оптимізації параметрів гідроапаратів дозволили прискорити створення і впровадження нових і модернізованих зразків гідроапаратів з осциляцією.

Розрахунковим шляхом доведено, що використання у гідроапаратах розробленого гідравлічного вібраційного контуру дозволяє зменшити на 10,3 % час регулювання, на 31,2 % гістерезіс, та на 25,5 % ступінь нерівномірності тиску, який підтримується у ГП. Використання в ГП переливного клапана з гідравлічним вібраційним контуром дозволило, у порівнянні з серійним, підвищити майже в два рази точність підтримання тиску в ГП, інші показники його технічного рівня. Доведено економічну доцільність від впровадження в виробництво і промисловість розроблених гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром. Установлено, що за показниками технічного рівня розроблені гідроапарати з гідравлічним вібраційним контуром в 1,3 рази перевищують виріб – аналог, і за цим показником відповідають вищій категорії. Конкурентоспроможність розробленого клапана з гідравлічним вібраційним контуром становить 1,35, а його використання у ГП більш ніж на 17 % підвищує показники технічного рівня привода.

7. Розроблені наукові положення та отримані результати дозволяють в подальшому:

– оптимізувати конструктивні і робочі параметри гідроапаратів з осциляцією, за більш складними критеріями з урахуванням параметрів осциляції запірно-регулюючих елементів, його типу, нестаціонарності робочих процесів, що відбуваються у ГП, для їх ефективної роботи у широкій гамі ГП технологічних та мобільних машин;

– створювати нові моделі гідроапаратів з осциляцією, яка здійснюється гідравлічним вібраційним контуром, для ГП технологічних та мобільних машин;

розв’язувати задачі оптимізації, стосовно до різних типів гідроапаратів і ГП технологічних та мобільних машин, які з конструктивної, технологічної та інформаційної точки зору мають ряд спільних ознак з гідроапаратами з осциляцією і ГП, побудованими на їх базі, що дозволяє скоротити час проектування таких гідроапаратів і ГП.

Основні наукові положення і результати, викладені в дисертаційній роботі, мають практичну цінність при проектуванні та модернізації ГП, побудованих на базі розроблених гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром, та впроваджені на підприємствах України, а також використовуються у навчальному процесі.

Публікації автора:

1. Андренко П.Н. Аналитические исследования энергетического КПД гидрораспределителя с прямым пропорциональным электрическим управлением / П.Н. Андренко // Гидропривод и гидропневмоавтоматика. – 1991. – Вып. 27. – С. 119 – 123.

2. Андренко П.Н. Исследование влияния изменения площади дросселирующей щели гидрораспределителя с прямым пропорциональным электрическим управлением на его статическую точность / П.Н. Андренко, В.В. Клитной // Гидропривод и гидропневмоавтоматика. – 1992. – Вып. 28. – С. 28 – 34. Здобувачем розроблена математична модель гідророзподільника, проведено аналіз результатів досліджень, формування висновків.

3. Андренко П.Н. Экспериментальное исследование преобразователей пульсаций / П.Н. Андренко, О.В. Дмитриенко, Э.В. Белоусов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – 2000. – Вып. 79. – С. 32 – 33. Здобувач брав участь у розроблені методики, проведені експериментів, формулюванні висновків.

4. Андренко П.Н. Принцип построения гидравлических аппаратов нового класса / П.Н. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2001. – № 129, Ч. 2. – С. 102 – 106.

5. Andrenko P.N. Model matematycny interferecyjnego przemiennika pulsacji cisnienia w ukladah hydraulicznuch / P.N. Andrenko // Hydraulika i Pneumatyka. – 2001. – № 3. – S. 25 – 27.

6. Андренко П.Н. Расчет гидродинамической силы на осциллирующем золотнике гидроаппарата / П.Н. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2002. – № 7, Т. 2. – С. 109 – 116.

7. Andrenko P. Zastosowania interferencyjnych przemiennikow pulsacji cisnienia do zmniejszania tarcia w zespolach hydraulicznych / P. Andrenko // Hydraulika i Pneumatyka. – 2002. – № 6. – S. 24 – 25.

8. Андренко П.Н. Способ улучшения эксплуатационных характеристик

гидроаппаратов / П.Н. Андренко // Вестник Харьковского Национального

автомобильно-дорожного университета. – 2002. – Вып. 18. – С. 31 – 35.

9. Андренко П.Н. Вибрационная линеаризация – эффективный путь улучшения динамических характеристик гидроаппаратов / П.Н. Андренко // Вибрация в технике и технологиях. – 2003. – № 2 (28). – С. 39 – 45.

10. Андренко П.Н. Выбор параметров осцилляции запорно-регулирующего элемента гидроаппарата с гидравлическим вибрационным контуром / П.Н.Андренко // Вісник

Сумського державного університету. – 2003. – № 13(59). – С. 31 – 38.

11. Андренко П.М. Побудова математичних моделей гідроапаратів із гідравлічним вібраційним контуром / П.М.Андренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2004. – № 2 (8). – С. 15 – 20.

12. Андренко П.Н. Построение математических моделей интерференционных преобразователей пульсаций на основе уравнения Навье-Стокса / П.Н.Андренко // Вісник Сумського державного університету. – 2004. – № 2(61). – С. 14–18.

13. Андренко П.М. Енергетичні характеристики процесу вібраційної лінеаризації гідроапаратів / П.М. Андренко // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2004. – Вып. 24. – С. 39 – 42.

14. Андренко П.М. Експериментальні дослідження запобіжного клапану з гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2004. – Вып. 25. – С. 61 –64.

15. Андренко П.М. Про можливість виникнення кавітації у гідроапаратах з вібраційною лінеаризацією / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2004. – № 28. – С. 17 – 21.

16. Андренко П.Н. Влияние параметров осцилляции запорно-регулирующего элемента гидроаппарата на устойчивость исполнительного поршневого механизма / П.Н. Андренко // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. – 2004. – № 7 (77), Ч. 2. – С. 201 – 205.

17. Андренко П.М. Проектування пружин гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко // Вестник Харьковского Национального автомобильно-дорожного университета. – 2004. – Вып.27. – С. 125 – 129.

18. Андренко П.М. Вплив деформації запорно-регулюючого елемента на втрати потужності на витік та рідинне тертя у гідроапаратах із гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2004. – № 44. – С. 72 – 77.

19. Андренко П.М. Обґрунтування вибору методу для математичного опису гідроапаратів із вібраційною лінеаризацією / П.М. Андренко // Вісник

Сумського державного університету. – 2004. – № 13(72). – С. 70 – 74.

20. Андренко П.Н. Экспериментальные исследования влияния частоты осцилляции запорно-регулирующего элемента гидроаппарата на статическую точность поддержания давления в системе гидропривода / П.Н. Андренко, В. Меднис, Г.В. Крикун // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2004. – № 47. – С. 19 – 22. Здобувач поставив задачу, розробив методику, приймав участь в дослідженнях і аналізі результатів.

21. Андренко П.М. Розрахункові дослідження параметрів осциляції гідророзподільника з гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко, І.П. Гречка // Промислова гідравліка і пневматика. – 2005. – № 1 (7). – С. 68 – 74. Здобувачем поставлена задача, розроблена математична модель, сформульовані висновки.

22. Андренко П.М. Динамічні характеристики циліндричних пружин гідравлічного вібраційного контуру / П.М. Андренко, О.Л. Григор’єв, І.П. Гречка // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2005. – № 23. – С. 3 – 12. Здобувач поставив задачу, прийняв участь у розробці математичної моделі дослідженнях, аналізі результатів і формулюванні висновків.

23. Андренко П.М. Визначення кута нахилу вектора швидкості потоку, для розрахунку гідродинамічної сили запорно-регулюючого елементу гідроапарата / П.М. Андренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2005. – № 4/2 (16). – С. 60 – 63.

24. Андренко П.М. Вплив параметрів осциляції запорно -регулюючого елементу на характеристики гідроапарату / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2005. – № 28. – С. 21 – 28.

25. Андренко П.М. Визначення сили демпфування при дроселюванні потоку робочої рідини у гідроапараті із вібраційною лінеаризацією / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2005. – № 39. – С. 77 – 83.

26. Андренко П.М. Динаміка гідросистеми збудованої з використанням гідроапаратів із гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2005. – № 43. –

С. 55 – 63.

27. Андренко П.М. Визначення витоків в гідроапаратах із вібраційною лінеаризацією / П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2005 – № 57. – С. 100 – 104.

28. Андренко П.М. Вибір раціональних параметрів гідравлічного вібраційного контуру гідроапарату / П.М. Андренко // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. – 2005. – № 1. – С. 178 – 182.

29. Андренко П.М. Дослідження динамічних характеристик гідроапаратів із гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2006. – № 1/2 (19). – С. 67 – 74.

30. Андренко П.М. Вибір сумарної жорсткості пружин гідроапаратів з

гідравлічним вібраційним контуром / П.М. Андренко, І.П. Гречка // Промислова гідравліка і пневматика. – 2006. – № 2 (12). – С. 87 – 91. Здобувач поставив задачу, прийняв участь у розробці математичної моделі гідроапаратів, аналізі результатів, формулюванні висновків.

31. Андренко П.М. Метод розрахунку коефіцієнта підсилення інтерференційного підсилювача пульсацій / П.М. Андренко // Вісник НТУ

“ХПІ”. – 2006 – № 42. – С. 59 – 67.

32. Лур’є З.Я. Обґрунтування правомірності дослідження характеристик гідроапаратів з гідравлічним вібраційним контуром по їх лінеарізованим математичним моделям / З.Я. Лур’є, П.М. Андренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2006. – № 6/3 (24). – С. 15 – 19. Здобувачем розроблені математичні моделі, проведені розрахункові дослідження, сформульовані висновки.

33. Лур’є З.Я. Розрахунок сили тертя на запірно-регулюючому елементі гідроапарата з вібраційною лінеаризацією / З.Я. Лур’є, П.М. Андренко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2008. – № 4. – С. 129 – 137. Здобувачем проведено аналіз літературних джерел, уточнено аналітичну залежність для розрахунку сили тертя.

34. А.с. 1592601 СССР, МКИ F 15 B 13/02. Гидрораспределитель / П.Н. Андренко (СССР), С. Дзехцяж (ПНР), В.В. Клитной (СССР). – №4425571/25–29; заявл. 18 05.88; опубл. 15.09.90, Бюл. № 34. Здобувач обґрунтував вибір форми дроселюючої кромки.

35. А.с. 1581876 СССР, МКИ F 15 B 13/02. Регулируемый гидроаппарат / В.В. Клитной, П.Н. Андренко (СССР). – № 4447937/31–29; заявл. 27.06.88; опубл. 30.07.90, Бюл. № 28. Здобувач запропонував гідравлічний вібраційний контур, брав участь у розроблені конструкції гідроапарата.

36. Andrenko P. Bestimmung der ventischieberreibung bei der verwendung von dither-oszillationen / P. Andrenko // Innowacje i postep w Hydraulice i pneumatyce : piate polsko-niemieckie seminarium, 18-19 wrzesnia, 2003 р. – Warszawa, 2003. – S. 348 – 356.

37. Andrenko P. Determining the limits of applicability of process guasisteadiness when designing hydraulic valves with dither linearisation / P. Andrenko // HYDRAULIC AND PNEUMATICS ’2005 : international scientific-technical conference, 17-19 maja 2005. – Wroclaw, 2005. – P. 713 – 720.

38. Андренко П.М. Методологія проектування гідроапаратів з осциляцією / П.М. Андренко // Промислова гідравліка і пневматика : IX міжнар. наук.-техніч. конф. АС ПГП, 22-23 квіт., 2008 р. : тези доп. – Кременчук, 2008. – С. 25 – 26.

39. Андренко П.М. Проектування і розрахунок елементів та пристрів

гідро-пневмоавтоматики : нав. посібник [для студ. вищ. навч. закл.]. / П.М. Андренко – К.: УМК ВО, 1990. – 100 с.