Использование технологии цифрового прототипирования элементов гидропривода машин АПК для анализа их энергоэффективности
Using digital prototyping technology of hydraulic drive elements of machines in agro-industrial complex to analyze their energy efficiency

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

гидродинамика, гидравлический привод, дросселирование, дроссельный клапан, энергоэффективность, турбулентность, система управления, hydrodynamics, hydraulic drive, throttling, throttle valve, energy efficiency, turbulence, control system

АННОТАЦИЯ

Авторы: Серали Г. С., Шершнев А. А., Сургаев В. В., Кольга А. Д., Столповских И. Н., Александров В. А., Кухарь В. С.

В статье дан анализ энергоэффективности гидравлических дросселей на основе цифрового прототипирования, обоснование причин возникновения потерь гидравлической энергии и поиск путей их устранения. Задача, решению которой посвящена статья: снижение потерь энергии и повышение энергоэффективности гидравлических дросселей. Решение поставленных задач проводилось на основе базовых методов гидродинамики (уравнение Бернулли), вычислительной гидродинамики и технологии цифрового прототипирования посредством программного комплекса SOLIDWORKS Flow Simulation. Новизна работы заключается в установлении за счет визуализации движения потока жидкости в дросселе застойных зон, зон турбулентности и зон нагрева потока жидкости, являющихся источниками потерь энергии и причиной низкой энергоэффективности дросселя. Проведенные исследования позволяют на основе цифрового прототипирования визуально устанавливать места возникновения застойных зон, зон турбулентности и зон нагрева в потоке жидкости и принимать конструктивные решения при проектировании дросселей для исключения таких зон или уменьшения их отрицательного влияния. Аналитические расчеты, выполненные с использованием технологии цифрового прототипирования в программе SOLIDWORKS Flow Simulation, существующих конструкций гидравлических дросселей наглядно показывают их конструктивное несовершенство, которое проявляется в возникновении застойных зон, зон турбулентности и зон нагрева при движении потока жидкости. Результатом возникновения таких зон являются потери энергии на дросселе и, соответственно, низкая энергоэффективность всей системы гидропривода с дроссельным управлением. Использование технологии цифрового прототипирования в программе SOLIDWORKS Flow Simulation позволяет еще на стадии проектирования быстро и просто моделировать гидродинамические эффекты потока и теплообмен, которые критически важны для успешного проектирования. Использование данной программы помогает быстрее выводить изделие на рынок, экономить средства и поддерживать высокое качество продукции.

Abstract:

NAME: Using digital prototyping technology of hydraulic drive elements of machines in agro-industrial complex to analyze their energy efficiency
AUTOR: Serali G. S. , Shershnev A. A., V. V. Surgaev, Кolga A. D., Stolpovskikh I. N., Aleksandrov V. A., Kukhar V. S.

The paper is devoted to the analysis of the energy efficiency of hydraulic throttles, based on digital prototyping, substantiation of the causes of hydraulic energy losses and search for ways to eliminate them. The main problem that we solve in this paper is reduction of energy losses and increase in the energy efficiency of hydraulic throttles. The solution of the tasks was carried out on the basis of basic methods of hydrodynamics (Bernoulli equation), computational fluid dynamics and digital prototyping technology using the SOLIDWORKS Flow Simulation software package. Novelty of the work consists in establishing, by visualizing the movement of the fluid flow in the throttle, stagnant zones, turbulence zones and heating zones of the fluid flow, which are sources of energy losses and the cause of low energy efficiency of the throttle. The conducted studies allow, based on digital prototyping, to visually establish the locations of stagnant zones, turbulence zones and heating zones in the fluid flow and to make design decisions when designing throttles to exclude such zones or reduce their negative impact. The authors come to the conclusion that analytical calculations performed using digital prototyping technology in the SOLIDWORKS Flow Simulation program, existing designs of hydraulic throttles clearly show their design imperfection, which manifests itself in the occurrence of stagnant zones, turbulence zones and heating zones during fluid flow movement. The result of such zones is energy loss on the throttle and, accordingly, low energy efficiency of the entire hydraulic drive system with throttle control. Using digital prototyping technology in the SOLIDWORKS Flow Simulation program allows, even at the design stage, to quickly and easily simulate the hydrodynamic effects of flow and heat exchange, which are critical for successful design. Using this program helps to bring the product to market faster, save money and maintain high product quality.