2448

Таким образом, гидромотор отслеживает входной сигнал и регулирует расход на выходе в зависимости от скорости вращения рулевого колеса, а также доворачивает гильзу, полностью закрывая проходные сечения каналов гидрораспределителя при прекращении воздействия на рулевое колесо.

Предлагаемая блок-схема уточняет конструктивные особенности систем ОГРУ при математическом моделировании.

При математическом описании ОГРУ были приняты следующие допущения /14,106,107/:

-влияние волновых процессов на динамику привода вследствие сравнительно малой длины магистрали не учитывается;

-температура и вязкость рабочей жидкости, а также количество нерастворенного воздуха не изменяются в течение переходного процесса;

-коэффициент расхода управляемых дросселей является постоянной величиной;

-неравномерность подачи питающего насоса не учитывается;

-силы сухого и вязкого трения в элементах ОГРУ в период исследования остаются постоянными.

Система ОГРУ представляет собой сложную структуру, состоящую из подсистем и неделимых элементов. В качестве подсистем можно представить гидрораспределитель и клапан усилителя потока.

Гидрораспределитель является, по сути, регулируемым дросселем, в то время как его составляющие (золотник и гильза) представляют собой нелинейные элементы, которые в результате совместного вращения регулируют площади проходных сечений, являющиеся управляющим параметром дросселя. Таким образом, гидрораспределитель можно представить как совокупность трех неделимых элементов: золотника, гильзы, регулируемых дросселей.

Аналогичным образом можно представить и клапан усилителя потока. Давления в управляющей и сливной полостях клапана обуславливают его линейные перемещения, от которых в свою очередь зависит площадь сливного сечения клапана и соответственно расход на выходе из него. Таким образом, клапан можно представить двумя нерегулируемыми дросселями, уравнением движения клапана и нелинейным элементом, который обуславливает площадь сливного сечения в зависимости от его перемещения.

Неделимыми элементами системы являются гидролинии,

51

дроссели, гидромотор обратной связи и исполнительный гидроцилиндр. Представленная блок-схема уже разбита до неделимых элементов, т.е. раскрыты все подсистемы. Следовательно, задачу декомпозиции можно считать выполненной.

2.1.4. Определение параметров элементов объемного гидропривода рулевого управления

Параметры каждого гидравлического элемента ОГРУ можно условно разделить на две группы:

-входные параметры;

-выходные параметры.

К входным параметрам относятся управляющие и возмущающие воздействия. Выходные параметры одного элемента одновременно могут являться входными параметрами другого.

Некоторые входные параметры могут быть варьируемыми, т.е. могут изменяться во времени непрерывно или дискретно, чаще всего это коэффициенты, которые варьируются при исследовании с целью получения выходных характеристик, соответствующих критерию эффективности.

Входными и выходными параметрами каждого гидроэлемента являются расходы и давления рабочей жидкости на входе и выходе. Для регулируемых дросселей входными параметрами являются также площади проходных и сливных сечений каналов дросселя, для насоса и гидромотора частота вращения вала является входным и выходным параметром соответственно.

2.1.5. Математическое описание элементов объемного гидропривода рулевого управления

Математическая модель гидрораспределителя.

Гидрораспределитель является основным элементом ОГРУ, его задачей является не только перераспределение потоков рабочей жидкости в системе, но и в совокупности с гидромотором обратной связи изменение расходов на выходе из системы в зависимости от скорости вращения рулевого колеса. Гидрораспределитель кранового типа состоит из золотника 1 и гильзы 2. Центрирование золотника относительно гильзы осуществляется пластинчатыми пружинами 3

(рис. 2.5).

52

Рис. 2.5. Общий вид гидрораспределителя

При вращении рулевого колеса управляющий золотник смещается на угол α(t), открывая проходные сечения гидрораспределителя. При этом поток рабочей жидкости попадает через гидромотор обратной связи в исполнительный гидроцилиндр, гидромотор обратной связи осуществляет отрицательную обратную связь посредством смещения гильзы золотника распределителя на угол αOS(t), регулируя при этом расход на выходе.

Как было отмечено, гидрораспределитель представляет собой гильзу и золотник, выполненные в виде нелинейных элементов, и управляемый дроссель, который описывается уравнениями расходов и давлений /106, 107/

где QR1 и QR2 – расходы жидкости на входе и выходе гидрораспределителя; QSL – расход жидкости, поступающей на слив; pR1 и pR2 – давления на входе и выходе из гидрораспределителя соответственно; B – коэффициент, учитывающий инерционность столба жидкости; μ – коэффициент расхода; ρЖ – плотность рабочей

53

жидкости; fSL – площадь сливного канала дросселя; f – регулируемая площадь проходных сечений каналов гидромоторного ряда гидрораспределителя.

Расчетная схема регулирования каналов гидромоторного ряда гидрораспределителя представлена на рис. 2.6. Площади проходных сечений каналов гидрораспределителя зависят от углов поворота золотника и гильзы. На рис. 2.7 представлена нелинейная зависимость площади проходных сечений гидромоторного ряда гидрораспределителя от угла поворота золотника относительно гильзы, где 0…α1 – «мертвая зона» гидрораспределителя или зона гидравлических люфтов; α1 … α2 – рабочая зона гидрораспределителя; α2 … – зона упора золотника.

Последняя зона используется только в аварийном режиме при отказе питающего насоса. Золотник в упоре вращает гильзу, которая в свою очередь вращает гидромотор обратной связи, выполняющий функции насоса, всасывающего рабочую жидкость из сливной гидролинии и нагнетающего ее в исполнительный гидроцилиндр.

Рис. 2.6. Расчетная схема регулирования проходных сечений гидромоторного ряда гидрораспределителя: а – общая схема регулирования; б, в – схемы регулирования относительных перемещений: гильзы относительно золотника и золотника относительно гильзы

На рис. 2.8 представлена нелинейная зависимость площади проходных сечений гидромоторного ряда гидрораспределителя от угла поворота гильзы относительно золотника, где 0…αOS – рабочая зона, αOS … – зона упора золотника.

Представленные нелинейные элементы являются основой при математическом описании гидрораспределителя ОГРУ.

54

Рис. 2.7. Зависимость площади проходных сечений гидромоторного ряда гидрораспределителя при вращении золотника относительно гильзы

Рис. 2.8. Зависимость площади проходных сечений гидромоторного ряда гидрораспределителя при вращении гильзы относительно золотника

Таким образом, работу гидрораспределителя можно описать

55

где y(t) – линейное перемещение клапана; pDR1 и pDR2 – давления в управляющей и сливной полостях соответственно; и SКЛ2 – площади клапана со стороны управления и слива соответственно; m – масса клапана; hКЛ – коэффициент вязкого трения, приведенный к клапану; RТР – сила сухого трения.

Выражение (2.19) с учетом принятых допущений позволяет представить клапан усилителя потока в виде структурной схемы

(рис. 2.14).

Рис. 2.14. Структурная схема клапана усилителя потока

Коэффициенты передачи звеньев структурной схемы:

Расход на выходе из клапана усилителя потока зависит от площади сечения сливного канала второго дросселя, которую можно представить в виде нелинейной зависимости площади этого сечения от перемещения клапана (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Зависимость площади сечения сливного канала дросселя усилителя потока от перемещения клапана

На рис. 2.15 0…y1 – «мертвая» зона клапана (люфт); y1 … y2 – рабочая зона клапана; y2 – упор клапана.

Дроссели, входящие в состав клапана усилителя потока,

где QDR1 и QDR2 – расходы на входе и выходе из дросселя соответственно; QSL – расход рабочей жидкости, поступающей на слив; pDR1 и pDR2 – давления на входе и выходе из дросселя

60