2629

Анализ траекторий позволил выявить, что в транспортном режиме погрузчик с базовым ГРМ не может выйти на максимальную транспортную скорость из-за увеличения амплитуды рысканья, которая превышает пяти процентное отклонение от идеальной траектории. Скорость при максимально допустимом рысканье составляет приблизительно 7,8 м/с. ГРМ с оптимизированными параметрами позволяет снизить рысканье погрузчика и тем самым повысить максимальную транспортную скорость до 9,6 м/с.

3.3. Инженерная методика выбора основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов

Проведенные теоретические исследования позволяют разработать инженерную методику выбора основных конструктивных параметров ГРМ, состоящую из двух этапов:

-выбор рабочего объема гидромотора обратной связи q;

-выбор рациональных значений диаметров отверстий гидромоторного ряда d, углов зоны нечувствительности гидрораспределителя γ и площадей проходных сечений каналов разгрузки fSL.

Алгоритм инженерной методики выбора основных конструктивных параметров представлен на рис. 3.58.

Методика заключается в следующем:

1. Выбор рабочего объема гидромотора обратной связи:

В разд. 1.5 рассматривалось требование к полному повороту машины за пять оборотов рулевого колеса. Поэтому для расчета необходимо:

1.1.Указать базовую машину, на которую устанавливается ГРМ.

1.2.Уточнить тип гидроцилиндров поворота на этой машине.

1.3.Зная параметры гидроцилиндров, вычислить объем гидроцилиндров и по формуле (1.3) рассчитать рабочий объем гидромотора обратной связи:

- если полученное значение рабочего объема соответствует стандартным значениям, перейти к пункту 2.1;

- если не соответствует, то округлить до ближайшего большего

стандартного значения и перейти к пункту 2.1.

Поскольку рассматриваются значения рабочих объемов гидромотора обратной связи до 250 ∙ 10-6 м3 то в соответствии с требованием (1.3) результаты теоретических исследований и сама методика может быть применена для машин с объемом гидроцилиндров поворота до 1,25 ∙ 10-3 м3.

2. Выбор рациональных значений конструктивных параметров: 2.1. Задать исходные данные для решения математических моделей, то есть значения постоянных параметров. Для модели гидропривода задать подачу питающего насоса, параметры рабочей жидкости, параметры гидролиний, параметры гидрораспределителя, параметры гидромотора обратной связи, параметры предохранительного клапана и параметры гидроцилиндров. Для модели микрорельефа задать среднеквадратическое отклонение, коэффициент периодичности и коэффициент затухания. Для модели поворота машины задать массы тел, тензор инерции тел относительно их центров масс, осевые моменты инерции тел относительно осей собственных локальных систем координат, связанных с их центрами масс, декартовы координаты характерных точек, связанных с телом, координаты центров масс тел, и при необходимости – координаты произвольного числа других характерных точек, таких как центры шарниров, связанных с данным телом или точки приложения

внешних сил и моментов.

Рис. 3.58. Алгоритм инженерной методики выбора основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов

2.2.Определить конструктивные параметры, подлежащие варьированию и задать их численные значения.

2.3.Решить математическую модель на ПК.

2.4.Провести анализ влияния выбранных конструктивных параметров на выходные характеристики и показатели качества системы, то есть выявить закономерности процессов.

2.5.Поставить задачу оптимизации в соответствии с

выражением (3.3), а именно: установить целевую функцию, задать ограничения и граничные условия.

2.6.Аппроксимировать зависимости выходных характеристик и показателей качества от варьируемых параметров, полученные при выполнении пункта 2.4 методом наименьших квадратов.

2.7.Перейти от задачи условной оптимизации к задаче безусловной оптимизации методом множителей Лагранжа, исключив из задачи оптимизации ограничения и граничные условия.

2.8.Решить задачу безусловной оптимизации методом Ньютона.

2.9.Получить рациональные значения варьируемых конструктивных параметров, соответствующих каждой целевой функции для каждого значения рабочего объема гидромотора обратной связи.

2.10.Вычислить скорректированные значения варьируемых конструктивных параметров для каждого значения рабочего объема гидромотора обратной связи.

3.4. Программный продукт для расчета основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов

На основании предложенного алгоритма инженерной методики выбора основных конструктивных параметров и баз данных с наборами массивов данных, содержащих результаты решения математической модели, а также массивов данных зависимостей выходных характеристик, показателей качества и устойчивости ГРУ от конструктивных параметров ГРМ при различных значениях постоянных параметров можно создать программный продукт для расчета основных конструктивных параметров ГРМ.

Предложенная программа для расчета основных конструктивных параметров ГРМ составлена в интегрированной среде разработки Borland Delphi 7, позволяющей создавать Windowsприложения с использованием баз данных на основе объектноориентированного программирования.

Программа расчета, как и инженерная методика, состоит из двух этапов. На первом этапе идет работа в первом окне (рис. 3.59), где решается задача выбора гидромотора обратной связи. Выбор гидромотора происходит следующим образом:

-Выбирается тип базовой машины. При выборе машины подключается библиотека данных о количестве гидроцилиндров, длинах и диаметрах гидролиний для решения математической модели гидропривода и о параметрах машины: массы полурам, координаты центров масс и других характерных точек машины, моменты инерции

ит.д. для решения математической модели процесса поворота.

-Уточняется тип установленных гидроцилиндров. После выбора гидроцилиндров загружается библиотека параметров гидроцилиндров как для решения математической модели гидропривода, так и для определения объемов гидроцилиндров. Основные параметры (диаметры штока и поршня, ход штока, а также объем цилиндра) выводятся в окне.

-Выбирается тип исполнения гидромотора обратной связи: героторный или героллерный. После чего, при нажатии кнопки «РАСЧЕТ», рассчитывается рабочий объем гидромотора и

загружается библиотека параметров гидромотора, которые используются для решения модели гидропривода и для выбора рациональных значений конструктивных параметров. Основные параметры выводятся на экран: это рабочий объем, габаритные размеры пары, диаметр отверстий для крепления, объемный и гидромеханический КПД. При нажатии кнопки «ДАЛЕЕ» программа переходит ко второму окну (рис. 3.60), где на основе введенных данных производится выбор оптимальных конструктивных параметров.

Выбор конструктивных параметров происходит следующим образом:

-Выбирается тип применяемой гидравлической жидкости, после чего происходит подключение библиотеки параметров рабочей жидкости для решения математической модели гидропривода.

-Вводится максимальное давление, на которое настроен предохранительный клапан, таким образом, вводятся граничные условия для задачи оптимизации давления.

-Вводятся максимально допустимые значения величины коэффициента колебательности и перерегулирования расхода на выходе из ГРМ, что тоже является вводом граничных условий при решении задачи оптимизации.

Рис. 3.59. Окно программы расчета основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов для фронтального погрузчика ТО-30

- При нажатии кнопки «РАСЧЕТ» происходит решение задачи оптимизации и значения конструктивных параметров гидрораспределителя, соответствующие рациональным выходным характеристикам и показателям качества выводятся на экран. Для контроля над оптимизируемыми параметрами, выводятся также и их значения для каждого из конструктивных параметров.

Таким образом, программа позволяет рассчитать оптимальные параметры ГРМ на этапе проектирования в автоматизированном режиме.

Рис. 3.60. Окно программы расчета основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов для фронтального погрузчика ТО-30

Выводы по главе:

В результате проведения теоретических исследований математической модели ГРУ были решены следующие задачи:

1.Обоснованы подлежащие анализу конструктивные параметры: диаметры отверстий гидромоторного ряда в гильзе, углы зоны нечувствительности гидрораспределителя, площади проходных сечений каналов разгрузки питающего насоса в распределителе; определены границы и интервалы варьирования анализируемых параметров.

2.Методом фазовых траекторий проведены исследования устойчивости системы; выявлены параметры, влияющие на устойчивость ГРУ: величина диаметра отверстий гидромоторного

ряда при включении гидропривода и величина угла зоны нечувствительности при отключении; выявлены области устойчивости системы по выявленным конструктивным параметрам; уточнены границы варьирования параметров, влияющих на устойчивость.

3.Получены переходные характеристики ГРУ в широких диапазонах основных конструктивных параметров гидрораспределителя и гидромотора обратной связи; получены зависимости показателей устойчивости и показателей качества выходных характеристик от основных конструктивных параметров; даны рекомендации по выбору значений конструктивных параметров.

4.Поставлена задача оптимизации на основании соответствия выходных характеристик, показателей качества критериям эффективности и путям рационализации рабочих процессов ГРУ.

5.Аппроксимированы зависимости выходных характеристик, показателей устойчивости и качества ГРУ от варьируемых конструктивных параметров ГРМ, полученных при решении задачи анализа, методом наименьших квадратов.

6.Обоснован алгоритм перехода от задачи условной оптимизации к задаче безусловной оптимизации методом множителей Лагранжа.

7.Решена задача безусловной оптимизации основных конструктивных параметров методом Ньютона.

8.По векторному критерию эффективности для основных конструктивных параметров гидрораспределителя для различных объемов гидромотора обратной связи найдены оптимальные решения.

9.Эффективность оптимизации была подтверждена путем сравнения численных значений целевых функций оптимизированной системы со значениями целевых функций импортной и отечественной систем. Максимальные расхождения показателей отечественной системы по сравнению с оптимизированной составили порядка 20,71%, с зарубежной – порядка 7,95%.

10.Для получения представления о поведении машины в процессе поворота были рассчитаны траектории поворота фронтального погрузчика ТО-30 с базовым ГРМ и ГРМ с оптимизированными конструктивными параметрами, рассчитанные

при различных скоростях движения в транспортном и рабочем режимах (при заполненном погрузочном оборудовании). Максимальные расхождения показателей устойчивости и качества траекторий машины с оптимизированным ГРМ по сравнению с базовым составили порядка 14,2% в транспортном режиме и 4,5% – в рабочем.

В результате чего транспортная скорость погрузчика ТО-30 при максимально допустимом рысканье увеличилась с 7,8 м/с до 9,6 м/с и соответствует максимальной транспортной скорости погрузчика по паспорту.

11.Разработана инженерная методика выбора основных конструктивных параметров ГРМ, состоящая из двух этапов: выбора рабочего объема гидромотора обратной связи и расчета оптимальных значений конструктивных параметров гидрораспределителя, для выбранного рабочего объема.

12.Разработан программный продукт для расчета основных конструктивных параметров ГРМ в автоматизированном режиме, который может быть использован на этапе проектирования.

13.Результаты теоретических исследований могут быть применены к различным пневмоколесным СДМ с шарнирно-

сочлененной рамой с объемом гидроцилиндров поворота не превышающим 1,25 ∙ 10-3 м3. Для этого необходимо изменить

исходные данные модели ГРУ, имитационной модели процесса поворота машины и рассчитать в соответствие с инженерной методикой оптимальные конструктивные параметры ГРМ для новой машины. Использование программного продукта возможно при добавлении массивов данных, содержащих закономерности рабочих процессов, протекающих в ГРУ новой машины.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

В соответствии с комплексным методом исследований, предусматривающим сочетание теоретических и экспериментальных исследований, важным этапом работ является проведение экспериментальных исследований ГРУ на стенде.

Проведение экспериментальных исследований предполагает решение следующих задач /58, 95/:

-экспериментальное определение и уточнение численных значений параметров математической модели;

-подтверждение адекватности математических моделей;

-проверка работоспособности инженерных разработок.

4.1. Стендовые испытания гидравлического рулевого механизма

Задачи экспериментальных исследований определили выбор объекта и необходимой измерительной аппаратуры.

4.1.1. Объект и аппаратура экспериментальных исследований

Объектом стендовых исследований является опытный образец ГРМ, с рекомендованными в четвертой главе конструктивными параметрами гидрораспределителя и рабочим объемом гидромотора обратной связи 125 ∙ 10-6 м3, общий вид и конструкция которого представлены на рис. 4.1 и 4.2 соответственно.

Экспериментальные исследования проводились на стенде кафедры «ПТТМ и гидропривод» СибАДИ, изображенном на рис. 4.3.

Основными элементами стенда являются бак Б, насос Н типа НШ-32, предохранительный клапан ПК, дроссели ДР1…ДР3, фильтр Ф. Направление нагрузки на исполнительные гидроцилиндры Ц1, Ц2 осуществлялась электроуправляемым гидрораспределителем Р. Также на стенде установлены объемный делитель потока ДП. При определении численных значений статических и динамических параметров объемного гидропривода рулевого управления на вышеописанном стенде подавались воздействия на объект исследования и реакции на эти воздействия посредством датчиков