2448

водителя-оператора анализ системы «оператор – рулевое управление

– ДСМ – внешняя среда» необходимо вести в широком диапазоне изменения основных параметров рулевого управления для каждой конкретной марки машины с учетом основных видов работ и режимов эксплуатации. Необходимы специальные теоретические и экспериментальные исследования по определению рациональных параметров.

2. Обладая очевидными преимуществами, ОГРУ имеет ряд недостатков /47,51/:

-не обеспечивается самовозврат управляемых колес в нейтральное положение после завершения машиной маневра;

-не обеспечивается пропорциональность между углом поворота управляемых колес и усилием на рулевом колесе, т.е. не создается у водителя так называемое «чувство дороги»;

-чувствительность к изменению вязкости и температуры рабочей жидкости;

-неоднозначность нулевого положения рулевого колеса.

Исходя из вышеизложенного целесообразно работать в направлении повышения показателей качества систем объемного гидропривода рулевого управления дорожно-строительных машин за счет решения таких задач, как обоснование показателей качества систем рулевого управления дорожно-строительных машин; разработка математической модели ОГРУ с усилителем потока; выявление основных закономерностей рабочих процессов, происходящих в системе рулевого управления; разработка инженерной методики выбора основных конструктивных параметров ОГРУ; разработка инженерных решений и внедрение ОГРУ дорожностроительных машин.

41

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Целью теоретических исследований является исследование статических и динамических характеристик ОГРУ, а также влияния некоторых конструктивных особенностей рулевого управления и возмущающих воздействий на выходные характеристики.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

-разработка математической модели ОГРУ;

-разработка математической модели стохастических возмущающих воздействий, действующих на ОГРУ;

-решение задач анализа ОГРУ;

-решение задач синтеза ОГРУ;

-разработка инженерной методики выбора основных конструктивных параметров ОГРУ.

2.1.Математическая модель системы рулевого управления

2.1.1.Алгоритм формирования математической модели

Формирование математической модели ОГРУ проводится в соответствии со следующими этапами /106, 107/:

-обоснование расчетной схемы ОГРУ;

-разработка и обоснование блок-схемы системы на основе расчетной схемы;

-принятие допущений;

-декомпозиция (разбиение) системы на подсистемы и т.д. до получения неделимых элементов системы;

-определение входных, выходных и варьируемых параметров;

-математическое описание каждого элемента в соответствии с принятыми допущениями;

-композиция математической модели, т.е. объединение математических моделей отдельных элементов и подсистем в единую математическую модель системы.

Алгоритм формирования математической модели ОГРУ представлен на рис. 2.1.

Базовые элементы гидропривода описаны системами обыкновенных дифференциальных уравнений первого и второго

42

порядков с переменными нелинейными коэффициентами, начальными условиями, уравнениями, определяющими ограничения решений в виде существенных нелинейностей, алгебраическими уравнениями связи, наложенными на систему /105/.

Уравнения составлены таким образом, чтобы в результате решения получить значения переменных (давлений, расходов, скоростей, перемещений и т.д.) в точках соединения гидравлических элементов на входе и выходе /106/.

Анализ типовых элементов гидропривода показывает, что за исключением золотников каждый из них имеет не более трех узлов, связывающих их с другими элементами и соответствующих входу элемента, его выходу, а также подводу или отбору мощности /106/. Параметры на входе в гидравлический элемент будут обозначаться индексом «1», на выходе – индексом «2».

2.1.2. Расчетная схема объемного гидропривода рулевого управления

Целью предлагаемой ОГРУ является увеличение расхода рабочей жидкости из системы за счет усилителя потока, представляющего собой двухпозиционный гидроуправляемый пятилинейный распределитель, который находится внутри основного золотника.

В ОГРУ, содержащем трехпозиционный восьмилинейный распределитель следящего действия, вторая и четвертая линии которого соединены с гидроци-

линдром, третья – с гидробаком, шестая – с питающим насосом, а седьмая и восьмая – с гидромотором обратной связи,

43

трехпозиционный восьмилинейный распределитель, кинематически связанный с рулевым колесом и с гидромотором обратной связи, гидравлически соединенный с усилителем потока, усилитель потока выполнен в виде двухпозиционного пятилинейного распределителя с гидравлическим управлением, первая линия которого связана с пятой линией трехпозиционного восьмилинейного распределителя, вторая линия – со сливной гидролинией, третья и четвертая линии – с напорной гидролинией, а пятая линия – с первой линией трехпозиционного восьмилинейного распределителя; при этом в двухпозиционном пятилинейном распределителе в четвертой и пятой линиях установлены последовательно обратные клапаны и дроссели, причем в левой позиции четвертая и пятая линии соединены между собой и с первой линией, вторая и третья линии не соединены между собой, в правой позиции четвертая и пятая линии соединены между собой, но не соединены с первой линией, а вторая линия соединена с третьей линией; при этом левая полость управления соединена с пятой линией двухпозиционного пятилинейного распределителя и первой линией трехпозиционного восьмилинейного распределителя, правая полость управления соединена с напорной гидролинией, третьей и четвертой линиями двухпозиционного пятилинейного распределителя и шестой линией трехпозиционного восьмилинейного распределителя, двухпозиционный пятилинейный распределитель усилителя потока расположен в золотнике трехпозиционного восьмилинейного распределителя рулевого механизма соосно с ним и выполнен в виде цилиндра, имеющего проточку, которая является полостью смешивания, во внутренних полостях указанного цилиндра установлены два обратных клапана, причем внутренние полости соединены с полостью смешивания дроссельными каналами, усилитель потока одновременно является приоритетным клапаном, при этом вторая линия двухпозиционного пятилинейного

подтверждается тем, что использование в качестве усилителя потока одного двухпозиционного пятилинейного распределителя со встроенными обратными клапанами и дросселями позволяет упростить конструкцию гидрообъемного рулевого управления. Расположение усилителя потока в золотнике трехпозиционного

приоритетного клапана значительно расширяет функциональные возможности гидрообъемного рулевого управления.

Рис. 2.2. Схема гидравлическая принципиальная объемного гидропривода рулевого управления

На рис. 2.2 представлена схема гидравлическая принципиальная ОГРУ с усилителем потока. ОГРУ состоит из трехпозиционного восьмилинейного распределителя 1 следящего действия, кинематически связанного с рулевым колесом 2 и гидромотором обратной связи 3 и гидравлически связанного первой линией с пятой линией двухпозиционного пятилинейного распределителя 4, который является усилителем потока, и левой полостью управления двухпозиционного пятилинейного распределителя 4, второй и четвертой линиями с исполнительным гидроцилиндром 5, третьей линией с гидробаком 6 и второй линией двухпозиционного пятилинейного распределителя 4, пятой линией с первой линией двухпозиционного пятилинейного распределителя 4, шестой линией с питающим насосом 7, обратным клапаном 12, предохранительным клапаном 13, третьей и четвертой линиями двухпозиционного

45

пятилинейного распределителя 4 и правой полостью управления двухпозиционного пятилинейного распределителя 4, седьмой и восьмой линиями с гидромотором обратной связи 3. В двухпозиционном пятилинейном распределителе 4 в четвертой и пятой линиях установлены обратные клапаны 8, 9 и дроссели 10, 11.

Работа принципиальной схемы ОГРУ осуществляется следующим образом. В нейтральном положении распределителя 1 поток рабочей жидкости от питающего насоса 7 поступает к третьей и четвертой линиям двухпозиционного пятилинейного распределителя 4 и к шестой линии распределителя 1. При этом левая полость управления распределителя 4 соединена через распределитель 1 с гидробаком 6. Распределитель 4 находится в крайнем левом положении. Весь поток рабочей жидкости через третью и вторую линии распределителя 4 поступает в гидробак 6.

При повороте рулевого колеса 2 происходит рассогласование распределителя 1 (например, перемещение золотника вправо). При этом первая и третья линии распределителя 1 рассоединяются, а поток рабочей жидкости от питающего насоса 7 через шестую и седьмую линии распределителя 1 поступает на гидромотор обратной связи 3 и далее через восьмую и первую линии распределителя 1 в левую полость управления распределителя 4. Золотник распределителя 4 перемещается вправо, прикрывая при этом канал, соединяющий вторую и третью линии распределителя 4. Одновременно увеличивается давление в правой полости управления распределителя 4. Под действием давлений в правой и левой полостях управления на распределителе 4 происходит выравнивание давлений, значит, выравниваются давления в четвертой и пятой линиях распределителя 4 и перепады давления между первой и четвертой, первой и пятой линиями распределителя 4. Благодаря одинаковым перепадам давления в первую линию распределителя 4 поступают два потока из четвертой и пятой линий через обратные клапаны 8 и 9, пропорциональные площадям поперечных сечений дросселей 10 и 11 в золотнике распределителя 4.

Суммарный поток рабочей жидкости через пятую и вторую линии распределителя 1 поступает на исполнительный гидроцилиндр 5 и преодолевает приложенную внешнюю нагрузку. Поршень исполнительного гидроцилиндра перемещается вправо. Поток рабочей жидкости из правой половины исполнительного гидроцилиндра 5 через четвертую и третью линии распределителя 1

46

поступает в гидробак 5. Аналогичным образом система работает при повороте в противоположную сторону.

При увеличении частоты вращения рулевого колеса 2 увеличивается поток рабочей жидкости к пятой линии распределителя 4, давление в левой полости управления тоже увеличивается. Золотник распределителя 4 перемещается вправо до тех пор, пока не выровняются давления в левой и правой полостях распределителя 4. Перепад давления между первой и четвертой, первой и пятой линиями выравнивается и будет больше, чем при меньшей частоте вращения рулевого колеса 2. Следовательно, изменяются потоки рабочей жидкости через обратные клапаны 8, 9 и дроссели 10, 11.

При действии попутной нагрузки и малой частоте вращения рулевого колеса 2 скорость поршня увеличивается, а давление в левой полости исполнительного гидроцилиндра 5 снижается. При этом уменьшается давление в левой полости управления распределителя 4, и оно будет меньше, чем в правой половине управления. Золотник распределителя 4 перемещается влево и его первая линия прикрывается. Таким образом, поддерживается точность работы рулевого управления при действии попутной нагрузки.

Фрагмент расчетной схемы ОГРУ представлен на рис. 2.3.

2.1.3. Блок-схема объемного гидропривода рулевого управления и декомпозиция системы

На основе расчетной схемы можно создать блок-схему системы. Блок-схема представляет собой совокупность блоков и связей, которые соответствуют элементам и связям расчетной схемы. Каждый блок блок-схемы представляет собой подсистему, которая содержит в себе структурную схему элемента, выполненную на основе дифференциальных уравнений, описывающих этот элемент. Предлагается новый подход к реализации обратной связи при математическом моделировании.

В рассмотренных работах по исследованию ОГРУ в качестве управляющего воздействия принимается угол поворота рулевого колеса, т.е. угол поворота золотника гидрораспределителя, следствием которого являются открытие проходных сечений каналов гидрораспределителя и подача рабочей жидкости на гидромотор обратной связи. За выходной параметр гидромотора обратной связи

47

принимается угол поворота ротора мотора, который рассматривается в качестве отрицательной обратной связи и воздействует на управляющий входной сигнал, т.е. регулируется угол поворота золотника, что является не совсем корректным. Обратная связь осуществляется посредством поворота гильзы гидрораспределителя, которая связана кинематически с ротором гидромотора обратной связи, т.е. на самом деле регулируется площадь сечений проходных каналов гидрораспределителя.

Рис. 2.3. Расчетная схема объемного гидропривода рулевого управления с усилителем потока

Блок-схема предлагаемой ОГРУ представлена на рис. 2.4. На схеме QPIT – подача на выходе из питающего насоса и на входе в

48

гидролинию, соединяющую насос с гидрорулем; QGL1 – расход на выходе из гидролинии и на входе в гидрораспределитель; QR – расход на выходе из гидрораспределителя и на входе в гидромотор обратной связи; QOS – расход на выходе из гидромотора обратной связи и на входе в дроссель клапана усилителя потока, расположенный со стороны полости управления; QDR1 иQDR2 – расходы на выходе из дросселей усилителя потока; QKL – суммарный расход на выходе из клапана усилителя потока и на входе в гидролинию, соединяющую гидроруль с исполнительным гидроцилиндром; QGL2 – расход на выходе из гидролинии и на входе в исполнительный гидроцилиндр; FCIL – сила, приложенная к штоку гидроцилиндра, обусловленная

гидроцилиндр и на выходе из гидролинии; pGL2 – давление на входе в гидролинию и на выходе из клапана усилителя потока; pDR1 и pDR2 – давления в управляющей и сливной полостях клапана усилителя потока соответственно; pOS – давление на входе в гидромотор обратной связи и на выходе из гидрораспределителя; pR – давление на входе в гидрораспределитель и на выходе из гидролинии; pGL1 – давление питающего насоса; α – угол поворота рулевого колеса (золотника); αОС – угол поворота ротора гидромотора обратной связи; у – перемещение клапана усилителя потока; f – площадь проходных сечений каналов гидрораспределителя, обусловленная поворотом золотника; fОС – площадь проходных сечений каналов гидрораспределителя, обусловленная поворотом гильзы; f – регулируемая площадь проходных сечений; fDR1 – площадь проходного сечения дросселя усилителя потока, расположенного со стороны полости управления; fDR2 – площадь проходного сечения дросселя усилителя потока, расположенного со стороны сливной полости; fSL – площадь сливного сечения клапана

V – скорость перемещения штока гидроцилиндра.

В данной схеме наряду с блоком «Золотник», представляющим из себя нелинейный элемент, присутствует и блок «Гильза», входным параметром которого является угол поворота ротора гидромотора обратной связи, который и регулирует площадь проходного сечения каналов гидрораспределителя, представляющего из себя регулируемый дроссель.

49

50

Рис. 2.4. Блок-схема объемного гидропривода рулевого управления