Исследование динамических характеристик систем управления колес мобильной машины с героторным насосом-дозатором

Исследование динамических характеристик систем управления колес мобильной машины с героторным насосом-дозатором

Колесные мобильные машины широко используются в строительной технике. Для точного измерения объема рабочей жидкости применяют насосы-дозаторы. В рамках данной статьи проведено исследование динамических характеристик систем управления с героторным насосом-дозатором.

Авторы публикации

Рубрика

Технические науки

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 6 (8), март ‘21

Поделиться

Мобильные машины на колесном ходу широко используются в строительной технике. При написании данной статьи были использованы научная и учебно-методическая литература, руководства по технической эксплуатации и научные статьи. Динамические и статические расчеты были проведены по методике, указанной в литературе [1]-[2]. В качестве примера была взята гидравлическая схема из технического описания и инструкции [3]. В ходе написания были рассмотрены статьи [4]-[5], однако в них не было рассмотрено применение систем с героторным регулированием в строительной технике. Из литературы [1] были взяты основные понятия об объемных гидропередачах.

В качестве примера рассмотрим принципиальную схему  и работа системы управления, представленную на Рис.1.

схема гидрораспределителя (б), общий вид коммутаций каналов и положения золотника в корпусе рулевого устройства (в). 1-7 – линии (ходы) золотника; А,В – линии к гидроцилиндру; Р – линия от насоса; Т – линия в бак, на слив; Г1,Г2 – линии к полостям насоса-дозатора.

При повороте руля работа системы управления поворотом колес обеспечивается взаимодействие трех частей:

- распределителя, состоящего из поворачивающегося золотника и неподвижного корпуса,

- насоса-дозатора героторного типа,

- насоса управления.

В нейтрали насос управления через золотник разгружен, так как его напорное отверстие через распределитель соединено с баком (рис. а,б), (соединение линий 2-6 через золотник), линии насоса-дозатора заперты (линии 5-7).

При повороте рулевого колеса, например, вправо (рис. в,г) через механическую связь между рулевой колонкой и колесом поворачивается золотник, открывая проход рабочей жидкости к насосу-дозатору, который от рулевой колонки делает такое же количество оборотов, которое делает рулевое колесо.

Методы и результаты

Рис. 2. Механическая связь между поворотом рулевого колеса и движением золотника.

При повороте рулевого колеса через зубчатую передачу приводится во вращение втулка с внутренними зубьями – 1, имеющая механическую связь  с одной стороны с золотником – 2 (рис. 2),  с другой стороны через наклонную ось – 3 с зубьями на конце  с планетарным редуктором (рис. 2), который связан с насосом-дозатором.

При повороте рулевого колеса одновременно смещается золотник распределителя и поворачивается наклонная ось, приводящая во вращение через редуктор насос-дозатор.

Смещение золотника относительно корпуса ограничено наклонным пазом, выполненным во втулке 

При повороте рулевого колеса на угол φр,  перемещается золотник – Хз, его перемещение должно обеспечивать:

1) угловую скорость dφ1/dt (угол поворота – φд), ведущей шестерни насоса-дозатора;

2) преодоление инерционных нагрузок и нагрузки со стороны механизма поворота;

3) преодоление сжимаемости жидкости в полостях насоса-дозатора и гидролиниях.

Перемещение золотника  ХСК для создания к насосу-дозатору потока, обеспечивающего угловую скорость, можно выразить следующим образом:

где КСК – коэффициент усиления по скорости;

 – угловая скорость ведущей шестерни насоса-дозатора. Рассматривая расход через золотник в виде

 где μ=0,7];

fз – площадь проходного сечения золотника;

ΔР= Р12 – перепад давления на кромках золотника;

Р1Н  и в дальнейшем принимаем, что на входе в золотник давление постоянно и равно РН  – давлению настройки предохранительного клапана;

Р2 – давление во всасывающей полости насоса-дозатора.

Рис.3 Характеристика дроссельной щели золотника при Р2=0.

Примем расход насоса QН = 10л/мин = 1,7∙10-4 м3/с, ход золотника нами рассчитан ранее Хз=3 мм=3∙10-3 м, коэффициент усиления золотника по расходу:

Используя KQ можно записать

где QЗ – расход через золотник;

QНД– расход через насос-дозатор (без учета утечек);

qНД – рабочий объем насоса-дозатора;

ωНД – угловая скорость насоса-дозатора.

В операторном виде:

где  – коэффициент усиления по скорости;

 – угол поворота ведущей шестерни насоса-дозатора.

Используя радианную меру, определим рабочий объем через см3/рад:

 Коэффициент усиления по угловой скорости.

Кр – коэффициент усиления по давлению – наклон перепадной характеристики. В нашем случае постоянное давление на входе в золотник  РН = 14,2 МПа, ход золотника ХЗ = 3 мм.

Коэффициент усиления по давлению:

Момент на оси ведущей шестерни насоса-дозатора:

где КМ = КР ∙ qНД – коэффициент усиления по моменту;

Р = КР ∙ ХЗ – давление, определенное по коэффициенту усиления по давлению, определенное по перепадной характеристике.

Значение коэффициента усиления по моменту:

Ход золотника для движения с угловой скоростью ωНД и преодоления вязкого трения.

 (1)

α – коэффициент вязкого трения, величина коэффициента принимаем в первом приближении α=0,05.

Воздействие на золотник от поворота руля, через кинематическую связь в корпусе золотника.

Сигнал D через передачу:

Сигнал обратной связи:

где φР – угол поворота руля, φНД – угол поворота ведущей шестерни насоса-дозатора.

Рис.4. Кинематическая связь угла поворота руля φ1, перемещения золотника ХЗ, угла поворота насоса-дозатора φНД (а); расположение паза в золотнике, обеспечивающего механическую связь поворота руля и движения золотника (б); реализация обратной связи в системе управления (в). φр – входной сигнал,  – звено усиления (передаточное), Х’З – выход с передаточного звена, φНД – выходной сигнал, G – система управления,  – передаточное звено обратной связи, ХЗ= Х’З – Х”З – ход золотника.

Выводы:

На основании полученных результатов можно построить ЛАХ, ФЧХ(Рис.5) характеристики и посмотреть значения основных динамических коэффициентов.

Рис.5 ЛАХ, ФЧХ характеристики.

Список литературы

Борисов Б.П. Методические указания к выполнению домашнего задания по дисциплине «Объемные гидромашины и гидропередачи», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

[2] Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А. Особенности проектирования и героторных механизмов, 2016г.

Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1987 г.

[4] Стасенко Д. Л., Лаевский Д. В. Методика расчета героторного насоса, 2001г.

[5] Техническое описание и инструкция по эксплуатации на экскаватор Е-14-20.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 6 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary