Моделювання процесів в гідроприводі статичного занурення шпалерних стовпчиків

Abstract

Метою статті є розроблення математичної моделі гідроприводу установки для статичного занурення шпалерних стовпчиків у ґрунт із використанням водяної суспензії, а також дослідження динамічних процесів, що виникають в гідроприводі під час взаємодії робочого органа з ґрунтовим середовищем. Актуальність дослідження зумовлена потребою у підвищенні ефективності механізованих процесів встановлення опор у садівництві, виноградарстві та у будівельній галузі шляхом зменшення енерговитрат і динамічних навантажень на елементи обладнання. У роботі розглянуто гідропривід установки, який забезпечує формування отвору в ґрунті та подальше встановлення шпалерного стовпчика за рахунок роботи гідроциліндра і подачі води під тиском через систему спеціальних насадок. Застосування водяної суспензії сприяє руйнуванню структури ґрунту в зоні контакту з робочим органом і зменшенню сил тертя між поверхнею отвору та інструментом. Для інтенсифікації процесу в гідравлічну схему можливе підключення генератора імпульсів тиску, який створюватиме пульсації в поршневій порожнині гідроциліндра та забезпечуєватиме змінний характер сил занурення. Математичну модель процесу побудовано у вигляді системи нелінійних диференціальних рівнянь, що описують витрати робочої рідини на характерних ділянках гідросистеми, зміну тисків у її порожнинах та рух поршня гідроциліндра разом із робочим органом. У моделі враховано стисливість робочої рідини, гідравлічні втрати, перетікання між зонами високого та низького тиску, а також сили опору ґрунту та тертя між робочим органом і стінками сформованого отвору. Рухомі елементи приводу подано як одномасову динамічну систему, що дозволяє адекватно відобразити характер їх переміщення в процесі занурення. Отримана система рівнянь має виражений нелінійний характер і ускладнює аналітичне розв’язання, у зв’язку з чим для її дослідження доцільним є застосування числових методів. Запропонований підхід забезпечує можливість визначення основних кінематичних і силових параметрів процесу занурення, оцінювання впливу конструктивних і режимних параметрів гідроприводу на швидкість проникнення робочого органу в ґрунт та навантаження елементів гідросистеми. Практична цінність результатів полягає у можливості використання розробленої математичної моделі для обґрунтування раціональних параметрів гідроприводу машин для встановлення шпалерних стовпчиків, оптимізації режимів їх роботи та прогнозування динамічних навантажень у процесі експлуатації. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування нових та модернізації наявних гідрофікованих установок для формування отворів у ґрунті та монтажу опорних елементів без застосування ударних методів.