1.3 Висновки, мета і задачі роботи
Аналіз стану використання та розвитку систем рульового керування самохідних машин сільськогосподарського призначення свідчить, що удосконалення і впровадження систем гідрооб’ємного рульового керування є актуальною задачею, вирішення якої визначає можливість підвищення технічного рівня цих машин. завдяки підвищенню якості роботи системи гідрооб’ємного рульового керування, надійності та створенню комфортних умов керування самохідною машиною.
Показано, що характеристики насоса-дозатора є вирішальним для підвищення ефективності гідрооб’ємної системи рульового керування, при цьому важливими його параметрами є характеристика роботи при дії попутного навантаження та люфт вхідного вала, які впливають на безпеку руху та якість рульового керування сільськогосподарських машин.
У зв’язку із зростанням попиту на системи гідрооб’ємного рульового керування та загостренням конкуренції серед виробників, вимоги до систем рульового керування даного типу зростають, підвищуються вимоги до якості роботи систем гідрооб’ємного рульового керування при різному характері навантаження на виконавчий орган системи, величини сумарного люфту, енергоємності цих систем, швидкість відпрацювання керуючої дії. Завдяки цьому на світовому ринку існує велика кількість пропозицій систем рульового керування, серед яких системи вітчизняного виробництва займають незначну долю. Це пов’язано з недостатнім вивченням гідрооб’ємних систем рульового керування, відсутністю ефективної методики конструювання, синтезу параметрів систем рульового керування та оригінальних конструкторських рішень, які б гарантували нормальну роботу системи у всіх можливих режимах її роботи.
У зв’язку з викладеним вище актуальним для розвитку вітчизняного виробництва насосів-дозаторів та забезпечення ними самохідних сільськогосподарських машин, які виробляються підприємствами України та за кордоном, є детальне дослідження та на основі отриманих результатів розробка для систем гідрооб’ємного рульового керування самохідних сільськогосподарських машин насосів-дозаторів нової конструкції.
Відповідно до зазначеного, метою даної роботи є підвищення безпеки руху та якості системи рульового керування самохідних сільськогосподарських машин шляхом покращення параметрів насосів-дозаторів гідрооб’ємних систем рульового керування.
2 Розроблення математичної моделі системи рульового керування
Конструктивна схема насоса-дозатора з вбудованим підсилювачем потоку розроблена в першій частині комплексної дипломної роботи Тимощука Андрія Романовича на тему «Дослідження насоса-дозатора з півдсилювачем потоку. розроблення математичної моделі». В даній роботі розроблено гідравлічну схему цього насоса-дозатора та розроблено його математичну модель.
2.1 Аналіз гідравлічної схеми насоса-дозатора з вбудованим підсилювачем потоку
Гідравлічну схему цього насоса-дозатора показано на рисунку 2.1 та на аркуші №№ ХХХХХХХХХХХХ. Робоча рідини від насоса живлення подається ї до напірного каналу через зворотній клапан КЗв1, який забезпечує працездатність системи рульового керування при аварійній втраті тиску в напірній лінії гідросистеми, запобігаючи витіканню робочої рідини з всієї системи. З цією ж метою в напірний канал встановлено другий зворотній клапан КЗв2, який дозволяє в аварійному режимі всмоктувати робочу рідину з бака, коли дозуючий вузол працює в режимі ручного насоса.
Робоча рідина одночасно підводиться до золотника злива ЗЗ, до розподільника Р та підсилювача потоку ПП. Вал від рульового колеса механічно з’єднаний з золотником золотникової пари, а гільза цієї золотникової пари з’єднана з ротором дозуючого вузла, за рахунок чого реалізується від’ємний зворотній зв’язок по куту повороту.
Для керування положенням золотника злива ЗЗ під обидва його торці через дроселі ДР1 та ДР2 підводиться робоча рідина з напірного каналу. Крім того, під правим торцем золотника встановлена пружина і порожнина цього торця з’єднана каналом керування з дроселем керування тиском, кромки якого керуються розподільними елементами золотникової пари розподільника Р.
При відсутності сигналу керування золотникова пара знаходиться в нейтральному положенні, що забезпечується центруючими пружинами, і всі дроселі перекриті, крім дроселя керування тиском, який повністю відкритий. При цьому тиск в напірному каналі створюється такий, що забезпечує переміщення золотника злива ЗЗ в крайнє праве положення, відводячи весь потік робочої рідини на злив.
При повороті золотника в золотниковій парі з’являється неузгодженість (золотник зміщується з нейтрального положення), що створює подачу робочої рідини до камер дозуючого вузла ДВ, який починає працювати в режимі гідромотора, і обертальний рух його ротора передається гільзі золотникової пари. При цьому дросель керування тиском суттєво зменшує свою площу, що призводить до підвищення тиску в напірному каналі.
Потік робочої рідини, що відводиться від камер дозуючого вузла ДВ, підводиться до першої частини вихідного дроселя підсилювача потоку і одночасно під правий торець золотника підсилювача потоку. Під дією цього тиску золотник підсилювача потоку зміщується вліво і відкривається вхідний дросель підсилювача потоку.
Потік робочої рідини від насоса живлення проходить через вхідний дросель і подається під лівий торець золотника підсилювача потоку, що з умови рівноваги цього золотника забезпечує вирівнювання тисків під обома його торцями. З лівої торцевої порожнини золотника підсилювача потоку робоча рідина подається до другої частини вихідного дроселя підсилювача потоку.
В результаті складання потоків від дозуючого вузла та від насоса живлення в вихідному каналі підсилювача потоку формується сумарний потік, що відповідає повному (загальному) робочому об’єму насоса-дозатора. Цей сумарний потік направляється кромками розподільника Р до відповідної порожнини L або R виконавчого гідроциліндра.
Рисунок 2.1 – Гідравлічна схема насоса-дозатора система рульового керування з вбудованим підсилювачем потоку
Особливістю такого виконання підсилювача потоку є те, що тут не потрібен додатковий напрямний розподільник для подачі потоку робочої рідини у відповідну до напряму повороту керма порожнину виконавчого гідроциліндра. Це суттєво спрощує систему гідрооб’ємного рульового керування та підвищує її надійність.
Додатково в вихідних каналах насоса-дозатора встановлені протиударні клапани КПУ1 та КПУ2, які захищають порожнини гідроциліндрів та вихідні комутуючи трубопроводи, якими частіше є металогумові рукава високого тиску, від пікового збільшення тиску в цих порожнинах в наслідок збуджуючої дії на керуємі колеса з боку дороги, та противакуумні клапани КПВ1 та КПВ2, які захищають ці порожнини від надлишкового зменшення тиску і, відповідно, розриву потоку рідини.
Крім того, в каналі керування, що підводить робочу рідину до дроселя керування тиском під торцем зливного золотника, встановлено запобіжний клапан КЗ, який виконує функцію роботи першого каскаду запобіжного клапана. Функцію другого каскаду запобіжного клапана виконує золотник злива, що також спрощує систему рульового керування.
2.2 Розроблення математичної моделі системи рульового керування з насосом-дозатором з вбудованим підсилювачем потоку
Для аналізу роботи запропонованого насоса-дозатора та вибору його параметрів з урахуванням забезпечення необхідних динамічних характеристик та показників якості всієї системи рульового керування, що забезпечують підвищення безпеки руху та якості системи рульового керування самохідних машин, постала задача розробки математичної моделі такої гідрооб’ємної системи рульового керування мобільної машини з насосом-дозатором запропонованої конструкції.
При розробці математичної моделі з врахуванням результатів попередніх досліджень [9, 13, 16, 20, 22, 23, 24] були прийняті наступні припущення:
Густина, в’язкість, коефіцієнт витрати та температура робочої рідини постійні, оскільки під час експлуатації машини система кондиціювання робочої рідини забезпечує усталений температурний режим.
Параметри дросельних кромок забезпечують турбулентний режим течії робочої рідини.
Не враховуються втрати тиску у внутрішніх каналах насоса-дозатора і на зворотних клапанах у зв'язку з їх незначною величиною.
Тиск підпору на зливі незначний і практично незмінний.
Відстань між елементами гідромеханізму і гідросистеми незначна, що дозволяє не враховувати хвильові процеси [12, 17, 24].
Пульсація подачі насоса з врахуванням її значної частоти не викликає збудження коливань тиску у гідросистемі.
Течія рідини в зазорах з’єднань деталей насоса-дозатора має ламінарний характер.
Механічні ланки, що передають обертальний рух ротора дозуючого вузла до карданного вала (центральне зубчасте колесо дозуючого вузла, валик та водило і сателіт планетарного редуктора) розглядаються як узагальнений ротор з зведеними параметрами.
У зв’язку з виконанням на золотниках конструктивних елементів, що забезпечують їх центрування, можна не враховувати дію сил сухого тертя при аналізі руху золотників насоса-дозатора.
У зв’язку з незначними навантаженнями в елементах передачі руху від ротора дозуючого вузла до гільзи можна знехтувати силами сухого тертя на цих елементах насоса-дозатора.