Гидравлические системы высоких и сверхвысоких давлений широко применяются в различных отраслях промышленности. Основным компонентом таких систем являются насосы высокого давления. Одним из распространенных типов насосов высокого давления являются пневмоприводные насосы высокого давления. При этом вопросы математического моделирования работы пневмоприводных насосов высокого давления в настоящее время малоизучены. Также, в настоящее время не рассмотрены вопросы применения эластичных пневматических двигателей в качестве приводов насосов высокого давления. В связи с этим, целью настоящей работы является разработка методики математического моделирования пневмоприводных насосов высокого давления с поршневыми и эластичными приводами. Для достижения цели в работе были решены следующие задачи: разработка математических моделей пневмоприводных насосов высокого давления типовых конструкций, учитывающих работу всех основных узлов, оценка характеристик пневмоприводных насосов высокого давления, разработка принципиальных схем пневмоприводных насосов с эластичными пневматическими приводными двигателями, определение их характеристик. Для проведения математического моделирования была разработана библиотека расчетных моделей основных узлов в среде Matlab/Simulink. Выполненные численные эксперименты позволили установить основные зависимости характеристик пневмоприводных насосов высокого давления от конструктивных и эксплуатационных параметров и обосновать возможность упрощения математических моделей. Результаты численных экспериментов были подтверждены экспериментально на лабораторных стендах. На основании полученных результатов сформирован ряд практических рекомендаций по проектированию новых насосов, выбору и применению серийно выпускаемых моделей. Предложенные схемные решения насосов с эластичными пневматическими приводными двигателями позволяют при сохранении рабочих характеристик сократить габаритные размеры и снизить массу насосов. При этом, для проектирования эластичных армированных оболочек разработана методика их моделирования с использованием метода конечных элементов в среде ANSYS Mechanical APDL. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых пневмоприводных насосов высокого давления, гидравлических систем высокого давления, выборе серийно выпускаемых насосов, определению параметров технологических процессов, связанных с работой насосов, исследовании различных пневматических и гидравлических устройств.

High pressure and ultra-high pressure hydraulic systems are widely used in various industries. The main component of such systems are high pressure pumps. One of the most common types of high pressure pumps are pneumatic driven high pressure pumps. At the same time, the issues of mathematical modeling of the operation of high-pressure pneumatic driven pumps are currently insufficiently investigated. Also, the issues of using elastic pneumatic actuators as drives of high pressure pumps are not currently considered. In this regard, the purpose of this work is to develop a method for mathematical modeling of pneumatic high pressure pumps with piston and elastic drives. To achieve the goal, the following tasks were solved in the work: the development of mathematical models of pneumatic high-pressure pumps of standard designs, taking into account the operation of all main units, an assessment of the characteristics of pneumatic high pressure pumps, the development of diagrams of pneumatic pumps with elastic pneumatic actuators, the determination of their characteristics. To carry out mathematical modeling, a library of calculation models of the main nodes was developed in the Matlab/Simulink environment. The performed numerical experiments made it possible to establish the main dependences of the characteristics of high-pressure pneumatic driven pumps on the design and operational parameters and substantiate the possibility of simplifying mathematical models. The results of numerical experiments were confirmed experimentally on laboratory benches. Based on the obtained results, a number of practical recommendations were formed for the design of new pumps, the selection and use of serially produced models. The proposed diagrams of pumps with elastic pneumatic actuators allow, while maintaining operating characteristics, to reduce the overall dimensions and reduce the weight of the pumps. At the same time, for the design of elastic reinforced bladders, a method for their modeling was developed using the finite element method in the ANSYS Mechanical APDL environment. The obtained results can be used in the design of new high pressure pneumatic driven pumps, high pressure hydraulic systems, the selection of commercially available pumps, the determination of the parameters of technological processes associated with the operation of pumps, the investigation of various pneumatic and hydraulic devices.