Особливості розрахунку та проєктування систем роторів планетарних гідромоторів : дис…. кандидата технічних наук; спец. 05.05.17 - гідравлічні машини та гідропневмоагрегати

Abstract

UKR - Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 «Гідравлічні машини та гідропневмоагрегати». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2025. Спеціалізована вчена рада Д 64.050.11. Дисертацію присвячено вирішенню актуального науково-практичного завдання покращення вихідних характеристик планетарних гідромоторів шляхом удосконалення розрахунку та проєктування їх систем роторів. Представлений всебічний аналіз гідравлічних машин з циклоїдальним зачепленням, починаючи з історичного огляду, аналізу сучасних тенденцій та конструктивних особливостей планетарних гідромоторів. Детально розглянуто принцип роботи циклоїдального зачеплення, що характеризується обертанням внутрішнього ротора всередині зовнішнього з використанням циклоїдальних профілів. Проведено порівняльний аналіз конструкцій гідромашин Danfoss серії OMS та GPR-F (Молдова), виявлено їх переваги та недоліки. Відмічено роль діаметрального зазору між роторами, як ключового фактора, що впливає на ефективність роботи планетарного гідромотора. Окреслено основні вузли, що визначають технічний стан планетарного гідромотора: система роторів, розподільна система та механізм, що компенсує планетарний рух. Одним з основних конструктивних вузлів планетарних гідромашин є система роторів, яка утворює робочі камери. Саме геометрія, точність виготовлення, знос та взаємне розташування роторів визначають об’ємний ККД, стабільність крутного моменту, частоту обертання, рівномірність потоку рідини та вібраційні характеристики. Визначальним фактором є величина діаметрального зазору між роторами – зазору між протилежними парами зубців, що перебувають у кінематичному зачепленні. Зміна цього зазору у процесі експлуатації (внаслідок технологічного відхилення або зносу) спричиняє коливання об’єму робочих камер, зміну контактної геометрії, нестабільність навантаження, що в цілому знижує ефективність планетарних гідромоторів. Разом з тим, у більшості відомих математичних моделей, які описують роботу планетарних гідромашин, ці ефекти враховані лише частково або наближено. Більшість досліджень зосереджена на загальній оцінці ККД, не враховуючи вплив зазорів, похибок профілю зубців і фазових зсувів. Існує потреба у створенні уточненої математичної моделі, яка б дозволяла кількісно оцінювати вплив кожного з цих факторів на вихідні характеристики планетарного гідромотора. Отже, тематика дослідження, що стосується уточнення моделей силової взаємодії роторів, врахування діаметрального зазору, зносу, похибки форми виготовлення зубчастого профілю, а також варіаційного аналізу, розрахунку та проєктування системи роторів планетарного гідромотору, є актуальною задачею з позицій як теорії гідромеханіки, так і практики проєктування та експлуатації сучасних гідромашин з планетарною передачею. Проведеними теоретичними дослідженнями підтверджено важливість діаметрального зазору як ключового параметра, що характеризує технічний стан планетарного гідромотора. Досліджено вплив діаметрального зазору в циклоїдальному зачепленні на кінематику руху роторів, а також на вихідні характеристики планетарного гідромотора. Встановлено вплив відсутності жорсткого кінематичного зв’язку між роторами на процес “самогерметизації”. Підтверджено, що за певних умов відсутність жорсткого кінематичного зв’язку між роторами дозволяє досягти “самогерметизації”, що зменшує перетікання та стабілізує об’ємний ККД при значеннях діаметрального зазору менших за критичні. Однак, при збільшенні зазору до критичного значення та більше, ефект “самогерметизації” зникає, що призводить до різкого погіршення функціональних параметрів планетарного гідромотора. Розроблено та верифіковано математичні моделі, що описують зв’язок між діаметральним зазором між роторами, геометричними параметрами системи роторів та функціональними характеристиками планетарного гідромотора. Створені моделі дозволяють прогнозувати зміну вихідних характеристик гідромотора (кутова швидкість, крутний момент, ККД) в залежності від величини діаметрального зазору та умов експлуатації. Ці моделі можуть бути використані для розробки методів діагностики та прогнозування технічного стану планетарного гідромотора в умовах експлуатації. Обґрунтовано вибір діаметрального зазору як основного діагностичного параметра для планетарних гідромоторів. Встановлено, що діаметральний зазор є найбільш чутливим параметром, що характеризує технічний стан планетарного гідромотора, та тісно пов’язаний з його функціональними характеристиками. Отримані математична та фізична моделі планетарного гідромотора дозволяють визначити зміну його геометричних та функціональних параметрів від зносу (збільшення діаметрального зазору) та провести математичне імітаційне моделювання зміни геометричних параметрів циклоїдального зачеплення планетарного гідромотора в умовах експлуатації (при зносі). У результати математичного моделювання зміни технічного стану планетарного гідромотора в умовах експлуатації розроблено три структурно- функціональні схеми: моделювання зміни геометричних параметрів циклоїдального зачеплення при відновленні, оптимізація геометричних параметрів при розробці технологічного процесу відновлення та моделювання змін технічного стану в умовах експлуатації. ||||||||||||||||||||| Eng - Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.05.17 “Hydraulic machines and hydropneumatic units”. – National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2025. Specialized Academic Council D 64.050.11. The dissertation is devoted to solving the current scientific and practical problem of improving the output characteristics of planetary hydraulic motors by improving the calculation and design of their rotor systems. A comprehensive analysis of hydraulic machines with cycloidal gearing is presented, starting with a historical overview, analysis of modern trends and design features of planetary hydraulic motors. The principle of operation of cycloidal gearing, characterized by the rotation of the inner rotor inside the outer one using cycloidal profiles, is considered in detail. A comparative analysis of the designs of Danfoss hydraulic machines of the OMS and GPR-F series (Moldova) is carried out, their advantages and disadvantages are identified. The role of the diametrical gap between the rotors is noted as a key factor affecting the efficiency of the planetary hydraulic motor. The main components that determine the technical condition of the planetary hydraulic motor are outlined: the rotor system, the distribution system and the mechanism that compensates for planetary motion. One of the main structural units of planetary hydraulic machines is the rotor system, which forms the working chambers. It is the geometry, manufacturing accuracy, wear and mutual arrangement of the rotors that determine the volumetric efficiency, torque stability, speed, fluid flow uniformity and vibration characteristics. The determining factor is the size of the diametrical gap between the rotors – the gap between opposing pairs of teeth that are in kinematic engagement. Changing this gap during operation (due to technological deviation or wear) causes fluctuations in the volume of the working chambers, changes in contact geometry, load instability, which generally reduces the efficiency of the hydraulic motor.