Оптимизация геометрических характеристик циклоидальных профилей героторных гидромашин
Автор: Киреев С.О., Лебедев А.Р., Корчагина М.В.
Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 3 т.23, 2023 года.
Бесплатный доступ
Введение. Производительность и надежность работы героторных гидромашин зависит от геометрических параметров профиля циклоидального зацепления. Существующие методики расчета и оптимизации параметров профиля громоздкие, многокритериальные, сложные для практического применения. Поэтому актуальной представляется проблема создания методики расчета параметров профиля рабочего органа героторной машины, пригодной для инженерных расчетов на этапе эскизного проектирования. В связи с этим целью данной работы являлась модернизация методики проектирования геометрии профилей торцевого сечения гипоциклоидальных зубчатых зацеплений, используемых в героторных гидравлических машинах, и анализ возможностей их оптимизации при предварительном проектировании. В ходе исследования была использована система компьютерной математики Mathcad, проведены численные эксперименты для изучения влияния геометрических параметров профилей на производительность и работоспособность героторной гидравлической машины. На основе полученных и проанализированных данных выработаны рекомендации по проектированию оптимальных профилей торцевого сечения героторных гидравлических машин.Материалы и методы. Материалы включают в себя известные методики расчета параметров профиля, основанные на применении классических формул эквидистант гипоциклоид, используемых для очерчивания профилей зубьев рабочих органов героторных машин. Основной метод исследования - моделирование профиля героторной машины с помощью системы компьютерной математики Mathcad. Получены расчетные данные для выбранных диапазонов варьируемых параметров, обработанные методом регрессионного однофакторного анализа.Результаты исследования. Разработан алгоритм анализа гладкости профилей зубьев. Определены два целевых параметра: площадь сечения торцевого профиля, влияющая на производительность, и наименьший приведенный радиус контакта, определяющий работоспособность рабочего органа. Предложена методика по расчету целевых параметров на ранней стадии проектирования. Получен ряд оптимальных значений параметров профиля по критериям производительности и работоспособности героторной машины. Построены зависимости, позволяющие установить оптимальные значения параметров профиля на стадии проектирования.Обсуждение и заключение. Разработанная авторами методика дает возможность на этапе проектирования рабочего органа получить оценку производительности и работоспособности героторной гидромашины. Результаты исследований могут быть использованы в машиностроении при проектировании героторных гидромашин для улучшения их технико-эксплуатационных характеристик.
Гидравлическая машина, героторное зацепление, гипоциклоида, ротор, статор, контакт, площадь живого сечения
Короткий адрес: https://sciup.org/142238871
IDR: 142238871 | DOI: 10.23947/2687-1653-2023-23-3-269-282
Список литературы Оптимизация геометрических характеристик циклоидальных профилей героторных гидромашин
- Baldenko D.F., Baldenko F.D. Single-Screw Hydraulic Machines in the Oil and Gas Industry: Fields of Application and Development Prospects. Petroleum & Petrochemical Engineering Journal. 2019;3(5):000207. https://doi.org/10.23880/ppej-16000207
- Ramakrishnan Balaji Iyer, Jatti V.K., Yeshpal Yadav, Anurag Verma, Jaimin Desai, Dewan C.P. Design Optimization of CAD Model. Materials Today: Proceedings. 2017;4(8):7357−7364. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.07.065
- Hong-Seok Park, Xuan-Phuong Dang. Structural Optimization Based on CAD–CAE Integration and Metamodeling Techniques. Computer-Aided Design. 2010;42(10):889–902. https://doi.org/10.1016/j.cad.2010.06.003
- Lebedev A., Kireev S., Korchagina M., Lubinec V. Improvement of Design of Device for Production of Cycloidal Pinion Gear. In book: M. Shamtsyan, M. Pasetti, A. Beskopylny (eds). Robotics, Machinery and Engineering Technology for Precision Agriculture. Smart Innovation, Systems and Technologies. Vol. 247. P. 223−236. Singapore: Springer; 2022. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-16-3844-2_24
- Korchagina M., Lebedev A., Kireev S., Vlaskin S. Model of Hole Mandrel Process in Tubular Workpieces. In book: A. Guda (ed) Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. Vol. 509. P. 1541−1550. Cham: Springer; 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-031-11058-0_156
- Lebedev A., Kireev S., Korchagina M., Efimov A. Optimization of Structure Parameters of Semi-Trailer-Tank for Hydraulic Fracturing of Formation. In book: A. Guda (ed) Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. Vol. 510. Cham: Springer; 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-11051-1_178
- Балденко Ф.Д., Яо Ян. Исследование площади камер рабочих органов одновинтовых гидравлических машин. Бурение и нефть. 2020;(6):24–29. https://burneft.ru/archive/issues/2020-06/24
- Jie Chen, He Liu, Fengshan Wang, Guocheng Shi, Gang Cao, Hengan Wu. Numerical Prediction on Volumetric Efficiency of Progressive Cavity Pump with Fluid-Solid Interaction Model. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2013;109:12–17. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2013.08.019
- Gamboa J., Olivet A., Espin S. New Approach for Modeling Progressive Cavity Pumps Performance. Journal of Petroleum Technology. 2003;56(5):51–53. https://doi.org/10.2118/84137-MS
- Yang Yao, Baldenko F. Optimization of Cycloidal Gearing Geometric Parameters of Positive Displacement Motors. Equipment and Technologies for Oil and Gas Complex. 2021;(6):22−26. https://doi.org/10.33285/1999-6934-2021-6(126)-22-26
- Lyagov I., Baldenko F., Lyagov A., Yamaliev V., Lyagova A. Methodology for Calculating Technical Efficiency of Power Sections in Small-Sized Screw Downhole Motors for the “Perfobur” System. Journal of Mining Institute. 2019;240:694−700. https://doi.org/10.31897/pmi.2019.6.694
- Коротаев Ю.А., Алпатов А.Н., Соболев А.В., Мялицин Н.Ю. Исследование систематических погрешностей зацепления героторного механизма, спрофилированного от исходного контура рейки. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017;8(1):112–120.
- Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А. Особенности проектирования и расчета многозаходных винтовых героторных механизмов мультифазных насосов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016;8(2):175–182.
- Minikaev A.F., Pronin V.A., Zhignovskaya D.V., Kuznetsov Yu.L. The Use of Computer Modelling for the Development of the Working Bodies’ Profiles for Screw Single-Rotor Compressor. Journal of International Academy of Refrigeration. 2018;(1):61−66. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2018-17-1-61-66
- Балденко Ф.Д., Ковалёнок А.Е. Компьютерное моделирование контактного взаимодействия рабочих органов одновинтовых гидравлических машин. Территория Нефтегаз. 2014;10:18–27.
