1447

осуществления поворота машины.

Быстродействие ОГРУ определяется временем между началом вращения командного органа и началом движения штока исполнительного цилиндра.

Коэффициент усиления ОГРУ определяется отношением расходов в рабочем и управляющем контурах.

2.2. Классификация, основные элементы и принцип действия объемных гидроприводов рулевого управления

ОГРУ по функциональным признакам могут быть систематизированы по:

-количеству контуров управления;

-способу согласования потоков в контурах;

-способу регулирования, типу регулирующего гидроаппарата;

-способу подключения дозирующего узла, типу связи между дозирующим узлом и гидрораспределителем;

-способу согласования, типу обратной связи.

Используя указанные классификационные признаки, большинство гидроприводов рулевого управления могут быть охвачены единой классификационной схемой, представленной на рис. 1. Наряду с вышеуказанной схемой классификации систем ОГРУ, отражающей основные признаки, имеются ряд других классификаций более детально рассматривающие некоторые особенности.

При значительном разнообразии схемных и конструктивных решений ОГРУ наиболее распространенными являются схемы, основанные на базе управляющих устройств, называемых насосамидозаторами. К ним относятся одноконтурные схемы объемного гидропривода рулевого управления, которые характеризуются тем, что весь поток рабочей жидкости, поступающий от насоса в исполнительный гидроцилиндр, проходит по одной последовательной гидравлической цепи. Объемные гидроприводы рулевого управления, выполненные по одноконтурной схеме, наиболее просты по устройству, но требуют применения насосов-дозаторов с различными рабочими объемами в зависимости от класса и типа машины. С увеличением рабочего объема увеличиваются габаритные размеры насосов-дозаторов и ухудшаются их функциональные характеристики.

11

Так, например, надежное управление колесной машиной при неработающем источнике питания обеспечивается при рабочем объеме 80·10-6 м3. Из этого следует, что одноконтурные схемы ОГРУ наиболее целесообразно применять на легких машинах, для которых, исходя из размеров исполнительного гидродвигателя и обеспечения необходимого передаточного отношения, требуются насосы-дозаторы

срабочим объемом не более 80·10-6 м3.

Впоследнее время стали получать распространение схемы, позволяющие расширить область применения ОГРУ на самые тяжелые машины без увеличения типоразмеров насоса-дозатора. Эти схемы получили название «двухконтурных», т.к. в них поток рабочей жидкости поступает от источника питания в гидродвигатель по двум гидравлическим цепям.

Существует несколько типов двухконтурных схем, из которых следует выделить три основные группы: схемы с гидроцилиндром обратной связи, схемы с усилителем потока, схемы с двумя насосамидозаторами.

Двухконтурные схемы с гидроцилиндром обратной связи в свою очередь подразделяются на две различные схемы: с цилиндром обратной связи и управляющим контуром низкого давления и с цилиндром обратной связи и управляющим контуром высокого давления.

Для первой характерно то, что ее управляющий контур служит только для управления рабочим контуром и не работает под высоким давлением.

Для второй схемы характерно то, что управляющий контур работает под высоким давлением и его мощность, передаваемая через гидроцилиндр обратной связи, используется для поворота машины.

Одним из основных компонентов двухконтурных схем с усилителем потока является усилитель потока, основное назначение которого – управление потоком рабочей жидкости, поступающим от насоса к исполнительному гидродвигателю (рабочий поток) в соответствии с направлением и величиной управляющего потока, задаваемого насосом-дозатором.

Двухконтурная схема с двумя насосами-дозаторами содержит два параллельно установленных насоса-дозатора. Питание насосовдозаторов осуществляется от двух автономных насосов. Один насосдозатор жестко связан с рулевым приводом, а второй соединен с первым через фрикционную передачу, рассчитанную на

13

определенный момент.

При работающих энергетических источниках питания подача рабочей жидкости к исполнительному гидродвигателю определяется суммарной подачей обоих насосов-дозаторов. Когда энергетические источники не работают, резко возрастает момент управления и насосдозатор, соединенный через фрикционную передачу, вследствие пробуксовки, перестает работать. В связи с этим подача рабочей жидкости к исполнительному гидродвигателю будет определяться только подачей насоса-дозатора, жестко соединенного с рулевым колесом. При условии соответствующего выбора рабочих объемов первого и второго насоса-дозатора можно обеспечить возможность управления тяжелой машиной при неработающем источнике питания.

В рассмотренных выше объемных гидроприводах рулевого управления отсутствует жесткая обратная связь между поворотным механизмом и рулевым колесом, поэтому вследствие утечек рабочей жидкости, которые всегда имеют место в гидравлических агрегатах, в процессе управления машиной возникает рассогласование положения рулевого колеса и поворотного механизма.

ОГРУ, способные работать в аварийном режиме, т.е. при выходе из строя отдельных элементов, по степени дублирования подразделяются на два вида: с полным и частичным дублированием. К последним, наиболее распространенным, относятся те системы, в которых не обеспечено полное дублирование всех агрегатов системы рулевого управления. Такие системы по виду дублируемого органа могут быть подразделены на системы с дублированием объемного гидропривода рулевого управления, энергетических источников давления, исполнительных органов, гидролиний связи, гидробаков, а также комбинированные: с дублированием одновременно нескольких органов.

Самым распространенным видом является дублирование энергетического источника давления, что объясняется наиболее частым выходом из строя именно этого агрегата системы рулевого управления. В зависимости от типа используемого дополнительного источника давления различают системы с использованием гидромашины ОГРУ, дополнительного насоса, дополнительного гидроаккумулятора, гидромотора хода или гидроцилиндра рабочего оборудования.

Рабочий энергетический источник является средством обеспечения энергией объемного гидропривода рулевого управления.

14

В настоящее время распространение получили следующие типы энергетических источников для рулевого управления: пластинчатые (лопастные), героторные, роликовые и шестеренные. Наиболее перспективными являются насосы шестеренного типа, особенно для большегрузных автомобилей и тяжелых колесных СДМ.

Основными тенденциями развития объемных гидроприводов рулевого управления в настоящее время является:

- создание единого ряда систем ОГРУ для всего парка колесных машин;

-создание систем ОГРУ, обеспечивающих возможность управления движущейся машиной при выходе из строя отдельных элементов системы;

-снижение материалоемкости;

-сохранение стабильности выходных параметров системы объемного гидропривода при изменении внешних воздействий.

2.3. Основные требования к объемным гидроприводам рулевого управления

Технический прогресс в машиностроении достигается благодаря повышению эксплуатационных показателей машин. Система рулевого управления в значительной степени влияет на эти показатели. Она позволяет повысить управляемость машин, улучшить комфортность оператора, обеспечить безопасность транспортного средства.

Для обеспечения указанных параметров должны соблюдаться следующие требования, соответствующие международному уровню.

Командный орган рабочей системы рулевого управления должен быть для оператора органом рулевого управления во всех обстоятельствах.

Системы рулевого управления должны быть сконструированы таким образом, чтобы они выдерживали без функциональных повреждений усилие 900 Н, приложенное к командному органу рулевого управления в направлении его перемещения.

Чувствительность, регулирование и быстродействие рабочей системы рулевого управления должны быть таковы, чтобы квалифицированный оператор мог уверенно вести машину по заданной траектории при выполнении всех операций, для которых предназначена данная машина.

15

Машины с задними управляемыми колесами должны также соответствовать требованиям к устойчивости рулевого управления.

Машины с максимальной расчетной скоростью заднего хода свыше 20 км/ч должны иметь аналогичные показатели по усилиям, скорости поворота и продолжительности работы системы рулевого управления при движении передним и задним ходом. Это движение следует подтверждать анализом кинематической схемы или расчетами.

Гидравлические контуры систем рулевого управления должны иметь следующие устройства:

-устройства для регулировки давления, необходимые для предотвращения возникновения чрезмерных давлений в гидросистеме;

-гибкие рукава, соединительную арматуру и жесткие трубопроводы, с разрывным давлением, не менее чем в 4 раза превышающим наибольшее предельное давление, установленное устройствами для регулировки давления энергетического источника рабочей и аварийной систем рулевого управления;

-разводку трубопроводов, исключающую чрезмерный изгиб, скручивание, трение и износ рукавов.

Надежность системы рулевого управления должна быть обеспечена правильным выбором и конструкцией ее элементов, а также компоновкой, удобной для проверки и технического обслуживания. Помехи в системе рулевого управления должны соответствовать следующим требованиям:

-компоновка и кинематическая схема должны сводить к минимуму помехи, вызываемые работой других систем машины (прогиб или смещение элементов подвески, боковые наклоны машины, качание осей и курсовые отклонения, связанные с возникновением крутящих моментов от действия привода и тормозов);

-помехи от воздействия внешних сил при эксплуатации машины в условиях, для которых она предназначена, не должны существенно влиять на ее управляемость.

Системы рулевого управления с усилителем и силовым приводом должны соответствовать следующим требованиям:

-системы должны быть независимы от других устройств и контуров. Если это невозможно, то системы рулевого управления с усилителем и силовым приводом должны иметь преимущественное

16

действие по сравнению с другими системами или контурами, исключая аварийную систему рулевого управления и аварийную тормозную систему, эффективность которой должна соответствовать требованиям;

-если от рабочего энергетического источника системы рулевого управления снабжаются другие системы, то любой отказ этих систем необходимо рассматривать как отказ рабочего энергетического источника системы рулевого управления;

-при отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления допускается изменять передаточное отношение от органа рулевого управления к управляемым колесам при выполнении требований к аварийным системам рулевого управления.

Машина должна поворачивать в направлении, соответствующем направлению перемещения командного органа рулевого управления, т.е. вращение рулевого колеса по часовой стрелке должно вызывать поворот машины вправо, вращение против часовой стрелки – влево.

Усилие управления должно быть по возможности низким и не должно превышать следующих значений:

-усилие управления для рабочей системы рулевого управления не должно превышать 115 Н;

-усилие управления для аварийной системы рулевого управления не должно превышать 350 Н.

Поворот управляющих колес или частей шарнирной рамы из одного крайнего положения в другое должен быть не более чем за 5 оборотов командного органа. Допускается увеличение числа оборотов командного органа при условии, если угловое передаточное отношение ОГРУ будет не более 20. При неработающем питающем насосе допускается увеличение углового передаточного отношения из условий обеспечения поворота машины.

При применении одного исполнительного гидроцилиндра разница в угловом передаточном отношении при повороте вправо и влево не должна быть более 25%. Для выполнения этого условия необходимо применять гидроцилиндр, диаметр штока которого не превышает половины диаметра поршня.

Гидроагрегаты объемного гидропривода рулевого управления должны быть рассчитаны на работу при номинальном давлении

16 МПа.

Величина давления настройки предохранительного клапана должна превышать на 5 – 40% величину давления, необходимую для

17

осуществления поворота СДМ на сухом асфальтобетонном покрытии при максимальной нагрузке на управляемую ось (оси) и выключенной блокировке межосевых или межколесных дифференциалов.

Давление настройки противоударных клапанов должно превышать давление настройки предохранительного клапана на

4 – 6 МПа.

Конструкция ОГРУ должна быть моноблочной, а его распределительное устройство должно иметь механическую связь с командным органом управления.

Скорость скольжения командного органа при работающем насосе и крайних положениях управляемых колес, необходимая для поддержания в нагнетательной гидролинии давления настройка предохранительного клапана, должна быть не более 0,31 рад/с.

Ресурс ОГРУ должен быть не менее ресурса машины, на которую он установлен.

ОГРУ должен обеспечивать возможность вращения рулевого колеса с максимальной частотой не менее 1,5 об/с при частоте вращения вала двигателя в пределах 60 – 100% от номинальной.

ОГРУ должен быть работоспособен при температуре окружающей среды от минус 50 °С до плюс 50 °С.

Допустимый диапазон вязкости рабочей жидкости должен быть 10 – 1200 сСт. Предпочтительным является рабочий диапазон вязкости 20 – 300 сСт. Максимальная температура рабочей жидкости должна быть не более плюс 80 °С.

После прекращения поворота рулевого колеса при движении машины или стоянке должно обеспечиваться падение давления в нагнетательной гидролинии до давления перепуска.

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НЕКОТОРЫХ ОБРАЗЦОВ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.1. Объемный гидропривод рулевого управления экскаватора ЭО-4321

На экскаваторе одноковшовом с ковшом объемом 0,65 м3 пневмоколесном гидравлическом ЭО-4321 применена гидрофицированная система рулевого управления, схема которой представлена на рис. 2.

Система рулевого управления включает в себя: рулевую колонку

18

РК, шестеренный насос Н типа НШ-10, клапан предохранительный КП типа БГ.54-22, насос-дозатор НД, распределитель Р; гидроцилиндр поворота Ц , систему рычагов и тяг, трубопроводов.

Рис. 2. Схема гидравлическая принципиальная рулевого управления экскаватора ЭО-4321

При прямолинейном движении экскаватора распределитель Р находится в нейтральном положении, при этом поток рабочей жидкости от насоса Н через распределитель Р идет в бак Б, полости цилиндра поворота Ц заперты, насос-дозатор НД также заперт.

При необходимости поворота, т.е. при вращении командного органа РК, вал которого связан с приводным валом насоса-дозатора, в его приемной и нагнетательной магистралях возникает перепад давления (уровень давления в той или иной магистрали определяется направлением вращения командного органа РК). Вследствие возникновения перепада давления золотник распределителя Р сместится в соответствующую сторону. При этом его проточки соединят: насос Н с приемной полостью насоса-дозатора НД,

19

нагнетательную полость насоса-дозатора НД с одной из полостей гидроцилиндра Ц, другую полость гидроцилиндра поворота Ц со сливом. Такое состояние будет продолжаться до прекращения вращения командного органа РК (случай установки гидроцилиндра поворота до упора во внимание не принимается). По прекращении вращения перепад давления исчезает, золотник распределителя Р пружинами устанавливается в нейтральное положение и, следовательно, устанавливается состояние, описанное в предыдущем абзаце. При повороте в противоположную сторону происходит аналогичная картина. Назначение нагнетательного насоса Н – усиление входного сигнала, т.е. усилие на командном органе РК будет определяться только величиной перепада давления, необходимым и достаточным для смещения золотника распределителя Р.

Система рулевого управления разрешает управлять экскаватором и при неработающем насосе Н. Такие случаи могут быть при буксировке экскаватора или при выходе из строя насоса Н. В таких случаях насос-дозатор НД работает как насос с ручным приводом, однако, при этом значительно возрастают усилия на командном органе РК. Максимальное давление в системе настраивается предохранительным клапаном КП.

3.2. Объемный гидропривод рулевого управления трактора К-701М

На рис. 3 представлена схема гидрообъемного рулевого управления трактора K-701M. Основными элементами схемы являются насос-дозатор НД, гидрораспределитель системы управления (слежения) Р1, предохранительные клапаны КП1 и КП2, насос НШ-10-3-Л H1, гидробак Б, гидроцилиндры поворота ЦП, гидроцилиндры системы слежения ЦС, гидрораспределитель Р2 с гидрозамком 3, регулятор потока РП, насосы НШ-71-ЗЛ Н2, теплообменник Т.

Гидросистема управления поворотом представляет собой объемный двухконтурный привод без механической обратной связи. Управляющий контур представляет собой систему рулевого управления малой мощности аналогичную гидросистеме экскаватора ЭО-4321.

Управляющий контур содержит: планетарный насос-дозатор НД

20