Modeling of Wave Processes in Hydraulic Drive Systems of Technological Equipment

Abstract

У статті на основі виконаних теоретичних досліджень розв’язано суттєву науково-технічну проблему підвищення точності ідентифікації хвильових процесів у гідродинамічній системі (трубопроводі) шляхом розроблення узагальненого методу математичного проєктування динаміки суцільної в’язкої та слабостисливої рідини в гідродинамічній системі трубопроводу на основі рівняння Нав’є–Стокса. Амплітудно-частотні характеристики подають параметри хвильових процесів у системі гідроприводу. Частковий розв’язок рівнянь Нав’є–Стокса за нульових початкових умов запропоновано у вигляді рівнянь чотириполюсника, складники яких подано у вигляді лапласового зображення відповідних відносних координат тиску й витрати, а параметри гідролінії визначають самі елементи чотириполюсника. Також запропоновано визначати значення елементів чотириполюсника на основі сталих часу та відносних коефіцієнтів демпфування за частотними характеристиками гідроліній із розподіленими параметрами з умови рівності перших резонансних частот і амплітуд (на цих частотах). За допомогою розроблених методів визначено основні динамічні параметри амплітудно-частотних характеристик суцільної в’язкої та слабостисливої рідини в трубопроводі гідравлічних систем для різних діапазонів витрати. Це дало змогу досягти таких практичних результатів: висока міра адекватності розробленої математичної моделі свідчить про підвищення достовірності визначення робочих характеристик під час проєктування гідроприводу. Висока точність визначення перших резонансних частот і амплітуд дає змогу створити гідронасос із покращеними експлуатаційними характеристиками.

The article, based on the performed theoretical research, solves the essential scientific and technical problem of increasing the accuracy of identification of wave processes in a hydrodynamic system (pipeline) by developing a generalized method of mathematical designing of the dynamics of a continuous viscous and weakly compressed fluid in the hydrodynamic system pipeline based on the Navier-Stokes equation. Amplitude-frequency characteristics represent parameters of wave processes in the hydraulic drive system. A partial solution of Navier–Stokes equations, under zero initial conditions, is proposed in the form of four-pole equations, the components of which are represented in the form of the Laplace image of the corresponding relative pressure and flow coordinates and the the hydraulic line parameters determine the four-pole elements themselves It is also proposed to determine the values of the four-pole elements based on time constants and relative damping coefficients on the frequency characteristics of hydraulic lines with distribution parameters based on the condition of equality of the first resonant frequencies and amplitudes (at these frequencies). With the help of the developed methods, the primary dynamic parameters of the amplitude-frequency characteristics of continuous viscous and weakly compressed liquid in the pipeline of hydraulic systems for different flow ranges. This made it possible to achieve the following practical results: the high degree of adequacy of the developed mathematical model indicates an increase in the reliability of determining the operating characteristics when designing a hydraulic drive. The high accuracy of determining the first resonant frequencies and amplitudes allows for creating a hydraulic pump with improved operational characteristics.