1 Сучасний стан розвитку систем гідрооб’ємного рульового керування сільськогосподарських машин

1.1 Огляд гідросистем гідрообємного рульового керування та методів

їх досліджень

Патентний пошук [5 – 8] та аналіз систем рульового керування сучасних сільськогосподарських машин та тракторів підтвердив наявність винаходів та широке використання систем гідрооб’ємного рульового керування для цих машин. Приклад деяких систем рульового керування сучасних сільськогосподарських машин та тракторів наведено нижче.

Одноконтурна система гідрооб’ємного рульового керування встановлена на зернозбиральних комбайнах Славутич, Скіф, Vector, Дон-1500Б, ACROS-530 та ін. Така одноконтурна система разом з системою автоводіння, яка працює паралельно з рульовою системою, встановлена на кормозбиральних комбайнах JAGUAR, (Німеччина) , яку показано на рисунку 1.1 Система рульового керування складається з виконавчих гідроциліндрів 323-1,

Рисунок 1.1 Схема гідрооб’ємної системи рульового керування

кормозбиральних комбайнів JAGUAR (Німеччина);

109 – радіатор робочої рідини; 110 –бак з робочою рідиною; 218 – насос живлення системи рульового керування; 323-1 – гідроциліндри рульового керування; 609 – насос-дозатор з поворотним золотником з героторною парою типу OSPC (з робочим об’ємом 250 см³ , а для машин, починаючи з 492 01020 - 200 см³ ); 725 – протиударні клапани; 726 – клапан запобіжний; 728 – противакуумні клапани; 728 та 742 – зворотні клапани; Z19 – датчик рівня робочої рідини (мін.); Z20 – датчик температури робочої рідини.

порожнини яких під'єднанні до вихідних каналів насоса-дозатора 609. Напірний канал насоса-дозатора під’єднано до насоса живлення 218, а зливний канал з’єднується з баком 110 через радіатор 109.

Насос-дозатор 609 включає в себе розподільник поворотного типу, який містить золотник, що механічно з’єднаний з рульовим кермом (на рисунку не показано), та гільзу, що через кардан з’єднано з ротором дозуючого вузла, який виконано героторного типу. Насос-дозатор оснащено захисними клапанами, а саме запобіжним 726, зворотні 728 та 742, протиударні 725 та противакуумні 17, 18.

При відсутності сигнала керування золотник розподільника насоса-дозатора 609 за рахунок дії центруючих пружин знаходиться в нейтральному положенні. Робоча рідина, що подається насосом 218, через зливну кромку розподільника (показана на схемі) зливається в бак 110, що реалізує в гідросистемі схему, яка отримала назву "відкритий центр". Це розвантажує насос живлення і суттєво підвищує економічність системи.

При обертанні керма золотник розподільника насоса-дозатора зміщується в напрямку сигнала керування, за рахунок чого зливна кромка прикривається і відкриваються дросельні вікна, які реалізують подачу робочої рідини від насоса в дозуючий вузол, а з його виходу – у відповідну порожнину гідроциліндрів 323-1, чим забезпечується поворот рульових коліс.

У випадку, коли працює насос живлення, насос-дозатор працює в штатному режимі і зусилля, яке водій прикладає до рульового керма, невелике і пов’язано з деформацією центруючих пружин золотникової пари.

На рисунку 1.2 показано систему рульового керування зернозбиральних комбайнів Case 5088, 6088, та 7088 , яку виконано з пріоритетним клапаном. Система рульового керування цих комбайнів також працює паралельно із системою автоводіння, яку на рисунку не показано.

В цій системі потік робочої рідини від насоса живлення по каналу 2 підводиться до вхідного каналу "Р1" пріоритетного клапана 4, який має два вихідних канала – канал 5, який відводить робочу рідину до інших робочих органів, та канал "ST", який підводить робочу рідину до напірного канала насоса-дозатора 14. Золотник пріоритетного клапана керується тиском в каналі управління "STLS", який формується дроселем на золотниковій парі насоса-дозатора.

При відсутності сигнала керування золотникова пара розподільного вузла насоса-дозатора знаходиться в нейтральному положенні, при якому канал управління "STLS" з’єднується зі зливним каналом 13. При цьому система рульового керування не споживає робочу рідину і золотник пріоритетного клапана зміщується вверх (по схемі) і відводить потік робочої рідини в канал 5 до інших робочих органів.

При повороті рульового колеса тиск в каналі управління "STLS" збільшується і золотник пріоритетного клапана опускається, що призводить до підведення потоку робочої рідини до напірного канала рульового механізму і, відповідно, функціонуванню рульової системи, коли робоча рідина підводиться в порожнини виконавчого гідроциліндра 12. При цьому пріоритетний клапан 4 забезпечує необхідний рівень тиску в системі гідрооб’ємного рульового керування за рахунок того, що надлишок потоку робочої рідини відводиться в гідравлічну систему інших робочих органів.

В каналі управління "STLS" положенням золотника пріоритетного клапана 4 встановлено запобіжний клапан 7, при спрацьовуванні якого пріоритетний клапан обмежує тиск в напірному каналі насоса-дозатора. Додатково сигнал управління від насоса-дозатора через зворотній клапан 8 та дросель 9 подається в лінію формування LS сигнала, який по гідролінії 3 подається в систему керування витратами насоса живлення.

В одноконтурних системах гідрооб’ємного рульового керування в аварійному режимі, коли робоча рідина від насоса живлення не подається до насоса-дозатора, керованість комбайна зберігається за рахунок можливості обертання ротора дозуючого вузла мускульним зусиллям механізатора. В цьому випадку насос-дозатор працює як ручний насос і зусилля на рульовому колесі підвищене.

Але при робочому об’ємі насоса-дозатора більше 200 см³ практично унеможливлюється керування машиною в аварійному режимі за рахунок

Рисунок 1.2 Схема гідрооб’ємної системи рульового керування зернозбиральних комбайнів Case 5088, 6088, та 7088;

1 – блок клапанів (на цій схемі показані тільки ті, що зв’язані із системою рульового керування); 2 – канал подачі робочої рідини від насоса живлення; 3 – LS-сиг-нал до системи регулювання витрати насоса живлення; 5 – відведення робочої рідини до інших споживачів; 6 – дросель динаміки; 7 – запобіжний клапан; 8 – зворотній клапан для LS-сигнала рульової системи; 9 – лінія відведення LS-сигнала з дроселем; 10 – демпфуючий дросель; 12 – гідроциліндр; 13 – канал зливу робочої рідини в бак; 14 – насос-дозатор.

створення тиску мускульним зусиллям водія у зв’язку із суттєвим зростанням цього зусилля. Для вирішення цієї задачі розроблені двоконтурні системи гідрооб’ємного рульового керування, в яких потік робочої рідини подається до виконавчого гідроциліндра як від насоса-дозатора, так і від додаткового пристрою. В аварійному режимі додатковий пристрій вимикається, що зменшує робочий об’єм насоса-дозатора до величини, при якій зберігається керованість машини [9].

По способу реалізації такого додаткового пристрою двоконтурні системи гідрооб’ємного рульового керування поділяються на чотири основних групи: схеми з гідроциліндром зворотного зв’язку, схеми з підсилювачем потоку, схеми з двома робочими парами дозуючого вузла та схеми із змінним робочим об’ємом дозуючого вузла.

Одноконтурну систему гідрооб’ємного рульового керування, схему якої показано на рисунку 1.3, мають комбайни та трактори фірми "Джон Дір" [11]. Особливістю даної системи є наявність резервного насоса (на схемі не показано), до якого у випадку виникнення аварійного режиму підключається система рульового керування. В свою чергу даний насос одержує привод від вторинного вала коробки передач. В цьому випадку тиск робочої рідини, створений резервним насосом, відкриває зворотний клапан 12 і забезпечує роботу системи рульового керування в аварійному режимі.

Основним елементом гідрооб’ємних систем рульового керування є насос-дозатор, який в значній мірі визначає відповідність гідрооб’ємних систем рульового керування зазначеним вимогам.

Системи рульового керування з підсилювачем потоку широко використовуються в світовій практиці в більшості для систем гідрооб’ємного рульового керування з насосами-дозаторами великого типорозміру. На рисунку. 1.4 показано гідравлічну схему трактора "Кіровець К-744 Р2" [10], в якій реалізовано двоконтурну систему рульового керування з підсилювачем потоку.

Рисунок 1.3 Гідравлічна схема системи рульового керування тракторів "Джон Дір";

1 – напірний канал від насоса живлення; 2 – пріоритетний клапан; 3 – вихід до інших гідросистем; 4 – зливний клапан датчика навантаження; 5, 6 – гідроциліндри; 7 – рульове колесо; 8 – розподільник; 9 – дозатор; 10 – дросель; 11 – зливна лінія; 12 – запірний клапан; 13 – вхідний клапан; 14 – датчик навантаження гальм з контрольним клапаном.

Робоча рідина від насоса живлення системи рульового керування Н1 подається одночасно до напірного каналу насоса-дозатора НД та підсилювача потоку УП. При відсутності сигналу керування весь потік робочої рідини відводиться

Рисунок 1.4 Гідравлічна схема трактора "Кіровець К-744Р2"; НД – насос-дозатор: УП – підсилювач потоку; Ц1, Ц2 – виконавчі гідроциліндри; РР – регулятор витрат; Н1 – насос живлення; Ф1 – зливний фільтр, Ф3 – напірний фільтр; АТ – теплообмінник; Б – гідробак .

на злив через пріоритетний клапан, який по схемі вбудовано до підсилювача потоку УП. Під час обертання рульового керма на розподільнику насоса-дозатора формується LS-сигнал у вигляді тиску, який підводиться в порожнину керування золотником пріоритетного клапана.

Пріоритетний клапан формує потрібний тиск, що підводиться до насоса-дозатора НД та підсилювача потоку УП, а потік робочої рідини з вихідних каналів L та R насоса-дозатора подається в торцеві порожнини направляючого розподільника підсилювача потоку та до його вхідних каналів. В результаті зміщення золотника направляючого розподільника потік з відповідного вихідного каналу насоса-дозатора підводиться до суматора потоків, який і виконує функцію підсилення потоку за рахунок додавання до підведеного потока пропорційної кількості рідини з напірного каналу підсилювача потоку.Сумарний потік вертається до направляючого розподільника і з нього направляється у відповідні порожнини виконавчих гідроциліндрів Ц1 та Ц2. З протилежних порожнин виконавчих гідроциліндрів робоча рідина витікає через іншу дроселюючу кромку направляючого розподільника підсилювача потоку на злив.

При виникненні аварійного режиму роботи системи рульового керування насос-дозатор під дією мускульного зусилля водія починає працювати в режимі ручного насоса. Це дозволяє при використанні насоса-дозатора з робочою парою дозуючого вузла невеликого робочого об’єму створити на його виході тиск, достатній для керування машиною в аварійному режимі.