Выбор параметров электрогидравлической системы управления навесными устройствами колесных тракторов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

од

ИНСТИТУТ НАДЕЖНОСТИ МАШН

. ' 7'

УДК 62-522.2:681.527.3

БЕЛЬЧЖ Леонид Деыьянович

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРСГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАВЕСНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

01.02.06 - Динамика, прочность малин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Шнек - 1997

Работа выполнена в Институте надежности машин Академии наук Беларуси

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор В.С. Шевченко;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е.Я.Строк

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.В.Яцкевич

кандидат технических наук А.И.Назин

Оппонирующая организация:

ПО "Минский тракторный завод"

Зашита состоится " 13 " июня 1997 г. в 14°° часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 01.15.01 в Институте надежности машин АН Беларуси по адресу: 220072, г.Минск, ул. Ф.Скорины, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института надежности машин АН Беларуси

Автореферат разослан " 10 " апреля 1997 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций канд. техн. наук, с.н.с

В.А.Андрияшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимым условием для повышения конкурентоспособности и эффективности использования тракторов является применение систем управления (СУ) навесными устройствами. Указанные системы позволяют оптимизировать работу энергомашины и должны отвечать требованиям надежности, экономичности работы, удобства обслуживания, а также обеспечивать высокое качество управления в ручном и автоматическом режимах.

Показатели агротехники и комфорт оператора при работе агрегата в большой степени определяются динамикой подъема навесных технологических орудий. Подъем орудий, обладающих достаточно большой массой, сопровождается значительными инерционными нагрузками, которые оказывают динамическое воздействие на агрегат и вызывают неблагоприятные колебания трактора и сиденья. Поэтому появляется необходимость снижения указанных нагрузок за счет обеспечения плавного подъема орудия и уменьшения действующего при этом ускорения.

Проведенные в этой области исследования не решают полностью эту задачу. Существующие разработки и технические решения по улучшению плавности подъема приводят к снижению качества работы релейных СУ, так как уменьшают их быстродействие, а время запаздывания срабатывания при этом из-за разгрузки гидросистемы по давлению в холостых режимах остается большим. Поэтому вопросы создания и исследования СУ навесными устройствами, которая обеспечивает плавный подъем навесных орудий с минимальным временем запаздывания и высоким быстродействием, являются актуальными и имеют большое практическое значение. Причем наиболее целесообразно эту проблему можно решить путем выбора рациональных конструктивных параметров гидросистемы трактора и распределительного устройства СУ.

Связь работы с научными программами и темами. Настоящая работа выполнена в рамках осуществляемых Минским тракторным заводом (МГЗ) совместно с научными и производственными организациями республики программ по электронизации и автоматизации универсально-пропашных тракторов "Беларусь".

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка научно обоснованного метода выбора рациональных конструктивных параметров СУ навесными устройствами колесных тракторов, обеспечивающих заданное качество управления, и создание на этой основе распределительного устройства для перспективной системы управления.

В соответствии с поставленной целью основные задачи работы:

1. Сравнительный анализ сушэствующих конструкций и методов исследования тракторных СУ навесными устройствами.

2. Разработка методических положений экспериментальных и теоретических исследований СУ.

3. Разработка средств для испытаний образцов и оценки качества управления навесными устройствами, включающих экспериментальные установки, стендовое оборудование с измерительной системой и математическое моделирование.

4. Исследование переходных процессов в гидравлической навесной системе трактора. Определение рациональных конструктивных параметров гидросистемы и распределительного устройства СУ.

Научная новизна полученных результатов. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан метод выбора рациональных конструктивных параметров СУ навесными устройствами по заданному критерию, включающий анализ конструкций, экспериментально-статистическое и математическое моделирование, который позволяет повысить качество управления и уменьшить трудоемкость разработки основных узлов СУ.

2. Получена математическая модель колесного трактора с навесным орудием, позволяющая по экспериментальным реализациям переходных процессов в гидравлической системе трактора с приемлемой точностью оценить влияние конструктивных факторов гидросистемы на динамику подъема орудия и качество управления.

3. Исследовано влияние конструктивных параметров электрогидравлического распределителя СУ на качество управления навесными устройствами и даны рекомендации по их определению.

В результате проведенных исследований и разработок получено 7 авторских свидетельств и 2 патента.

Практическая значимость полученных результатов. Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработан распределитель электрогидравлической СУ, который может быть использован в мобильных машинах для работы в ручном и автоматическом режимах, обеспечивая при этом необходимое качество управления навесными устройствами и комфорт оператора.

2. Разработан комплекс испытательного оборудования, включающий экспериментальные установки, стенд для исследования тракторных электрогидравлических СУ навесными устройствами с измерительной системой, и предложена методика экспериментальных исследований.

которые позволяют проводить испытания по проверке работоспособности, а также определению статических и динамических характеристик СУ в лабораторных условиях. Разработанные датчики измерительной системы могут применяться для исследований гидравлических систем, механических устройств, а также в различных автоматических СУ.

3. Составлено математическое описание колесного трактора с навесным орудием, предложены численный метод и алгоритм определения динамических характеристик трактора ка ЭВМ, которые могут быть полезны при исследованиях СУ рабочими органами мобильных машин.

Электрогидравлическая СУ навесными устройствами с разработанным распределителем проходила Государственные и лабсраторно-поде-вые испытания на тракторах Минского и Харьковского тракторных заводов в различных климатических зонах, которые показали высокую эффективность ее применения.

Экономическая значимость полученных результатов. Оснащение тракторов '"Беларусь" злектрогидразлической СУ навесными устройствами повышает их технический уровень и конкурентоспособность на внешнем рынке'. Разработанный электрогидравлический распределитель СУ улучшает качество управления навесными устройствами и комфорт оператора вследствие плавного подъема орудия и снижения величины ускорений сиденья, а также уменьшения времени запаздывания срабатывания системы, управления при ее высоком быстродействии. По данным МГЗ, применение указанной СУ навесными устройствами увеличивает производительность и снижает погектарный расход топлива пахотного агрегата соответственно на 7,6% и 8,7%.

Ряд зарубежных потребителей, особенно в технически развитых странах (Швеция, Польша и др.), проявляют большой интерес к установке на тракторах МГЗ перспективных СУ, что повлечет за собой коммерческие поставки тракторов этой комплектации за рубеж. Кроме этого, в качестве коммерческого продукта могут служить стендовое оборудование, датчики и методика экспериментальных исследований СУ.

Основные положения работы, выносимые на защиту. В диссертации защищается :

1. Из научно-методических разработок — метод выбора рациональных конструктивных параметров СУ навесными устройствами по заданному критерию, определяющему качество управления, применение которого уменьшает трудоемкость разработки основных узлов системы.

2. Из теоретических разработок— математическая модель колесного трактора с навесным орудием, позволяющая по экспериментальным

реализациям переходных процессов в гидравлической системе оценить с приемлемой точностью влияние ее конструктивных факторов на динамику подъема орудия и качество управления.

3. Из научно-технических разработок — электрогидравлический распределитель для перспективной СУ навесными устройствами, который разработан с использованием предложенного метода выбора параметров и обеспечивает плавный подъем навесных орудий с минимальным временем запаздывания и высоким быстродействием; комплекс испытательного оборудования, включающий экспериментальные установки стенд для исследования тракторных электрогидравлических СУ с изме рительной системой, применение которых дает возможность проведе ния испытаний опытных образцов в лабораторных условиях в короткие сроки с наименьшими затратами.

Личный вклад соискателя. Личный вклад автора отражает содержание диссертации. Основные результаты иссле дований получены автором самостоятельно. Научные руководители при нимали участие в постановке задач, выполняемых в работе, в обсуж дении результатов экспериментов и оказывали методическую помощь при их проведении. Другие соавторы совместных публикаций занима лись изучением вопросов, не вошедших в настоящую диссертацию.

Апробация результатов работы. Ос новные положения и результаты работы были доложены на научно-тех нических конференциях "Повышение технического уровня и надежности машин" (г.Шнек, 1986, 1993 г.г.), "Проектирование и эксплуатация гидропневматических систем и гидропривода машин, автоматов и робо тов в машиностроении" (г.Севастополь, 1988 г.), "Проектирование производство и эксплуатация жидкостно-газовых систем современных воздушных судов и авиационной наземной техники" (г.Киев, 1989 г.) "Проблемы динамики пневмогидравлических и топливных систем лета тельных аппаратов и двигателей" (г.Куйбышев, 1990г.); заседаниях Совета конструкторской секции НТО ГСКБ МГЗ (г.Минск, 1987 г.) и кафедры "Гидропневмоавтоматика" Белорусского политехнического инс титута (г.Шнек, 1989г.); 22-ом Международном симпозиуме "Техноло гия автомобилестроения и автоматика" (г.Флоренция,1990 г.); Всесо юзных научно-технических семинарах "Проектирование и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропневмоавтоматики" (г.Пен за, 1988,1991г.г.); Международной научно-практической конференции "Проблемы безопасности на транспорте" (г.Гомель, 1997г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печа ных работ, а также получено 7 авторских свидетельств и 2 патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пята глав, выводов, списка использованных источников, приложений и изложена на 148 листах машинописного текста. Работа содержит 53 иллюстрации на 39 листах, 13 таблиц на 11 листах, 3 приложения на 30 листах. Список использованных источников включает 125 наименований и расположен на 11 листах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана оценка современного состояния вопроса, обоснованы актуальность темы и необходимость проведения работ в данной области, сформулирована цель исследований.

В первой главе проведен обзор работ в области разработки, теоретических и экспериментальных исследований тракторных СУ навесными устройствами.

Анализ конструкций и параметров указанных систем показывает, что их развитие идет в направлении применения современных средств автоматики на базе гидравлики, электрогидравлики и электроники, которые имеют в сравнении с традиционными СУ ряд преимуществ и позволяют повысить производительность и качество работы агрегата.

В то же время некоторые вопросы не изучены в полном объеме и проблема повышения качества управления навесными устройствами остается актуальной. В частности, недостаточно решена задача оценки и уменьшения величины ускорений сиденья, возникающих во время работы агрегата от воздействия инерционных нагрузок. Рйвестные способы улучшения плавности работы СУ предполагают ограничение установившейся скорости подъема навесных орудий и увеличение постоянной времени системы, что приводит к снижению быстродействия и точности работы замкнутой системы управления. Поэтому существует необходимость в разработке метода выбора и определении рациональных значений конструктивных параметров СУ навесными устройствами, определяющих заданное качество управления и комфорт оператора.

Во второй главе обобщены известные методы исследования СУ, обоснована необходимость их применения для решения поставленных задач, а также разработаны средства экспериментальных исследований опытных образцов.

Анализ факторов, определяющих качество управления навесными устройствами, показывает, что требуемые показатели зависят от комбинации конструктивных параметров элементов различных узлов СУ.

Поэтому среди методов исследования особый интерес представляет экспериментально-статистический подход, позволяющий при минималь ном объеме вычислений с достаточной точностью решать необходимые практические задачи. Для выявления указанных факторов и оценки качества управления целесообразно использовать экспериментальные испытания натурных образцов и математическое моделирование.

С целью исследований тракторных СУ навесными устройствами е условиях динамических воздействий и помех, действующих со сторонь агрегата, разработан комплекс испытательного оборудования, включё ющий экспериментальные установки и специальный стенд с измеритель ной системой, который позволяет проводить наладку и различные ис пытания СУ с осциллографированием рабочих процессов в гидравличес кой навесной системе. Для измерения параметров рабочих процессон разработаны электромагнитные датчики измерительной системы: инду? тивные датчики линейных перемещений, расхода и давления, а также магнитоупругий датчик усилия. Для измерительной системы рассчитг ны точность и граничная частота оценки параметра.

В третьей главе выявлены конструктивные факторь гидравлической системы (рис.1), оказывающие влияние на качестве управления навесными устройствами, и разработан метод выбора р£ циональных конструктивных параметров СУ по заданному критерик предполагающему плавный подъем навесного орудия с минимальным вре менем запаздывания и высоким быстродействием.

Рис.1.Принципиальна? схема гидросистем! (фрагмент): 1- насос

2 - клапан разгрузю

3 - распределитель;

4 - гидроцилиндр

Длина 1 и площадь поперечного сечения Б дросселируют^ канг лов золотника в сочетании с диаметром жиклера с1 клапана разгрузш

насоса оказывают влияние на характер протекания переходных процессов в гидравлической системе при подъеме навесного орудия.

Локальная область проведения эксперимента устанавливалась на основании априорной информации с учетом конструктивных ограничений путем определения основного уровня и интервалов варьирования. Исследовалась реакция разомкнутой СУ на управляющее воздействие в режиме ручного управления с осциллографированием переходных процессов. Регистрировались изменение во времени напряжения питания электромагнита серводатчика подъема распределителя и = Пи и расход рабочей жидкости в полости подъема гидроцилиндра 0 = ГШ.

Условия и результаты эксперимента представлены в виде матрицы планирования, где строки соответствуют различным опытам, а столбцы—значениям выходных величин модели (табл.1).

Таблица 1

Матрица планирования и результаты эксперимента

Номер опыта Параметры у* ч

х0 Х1 х2 х3

1 + - - + 2,229 0,024

2 + - + - 2,053 0,021

3 + + - - 2,197 0,030

4 + + + + 2,061 0,017

5 + - - - 2,186 0,029

б + - + + 2,065 0,014

7 + + - + 2,207 0,027

8 + + + - 1,994 0,023

Примечания. х1,х2,х3 - кодированные значения диаметра жиклера, длины и площади поперечного сечения дросселирующих каналов; параметры варьировались на двух уровнях: х, = 2,5 ± 1,5 мм, х2 = = 1,55 ± 0,05 мм, х3 --= 13 ± 3 мм2; значения выходных величин у1 и у^ — средние из двух параллельных наблюдений

Переходная характеристика объекта управления (рис.2) представлена с учетом условия неразрывности течения жидкости п ._1,п ,

где , 1л) - скорость перемещения и активная площадь поршня гидроцилиндра, 0 - расход в полости подъема гидроцилиндра.

% в

12 ~

0,2

I

уп-10,с

. 1 М

Уптях

0,5"Тн

0

\ д*

То

Рис.2. Показатели переходной характеристики: Тн,То- времена запаздывания начала и окончания подъема; Тэ-эквива-лентное время запаздывания; Тр- время разгона

0,2

-Ьс

Выходными величинами модели являются безразмерный параметр переходного процесса у^ и параметр запаздывания у2 .

Для определения у1 на самом крутом участке кривой переходного процесса проведена касательная, тангенс угла наклона которой представляет собой максимальное ускорение поршня

Касательная отсекает на ординате, соответствующей времени приложения к СУ управляющего воздействия, отрезок

С увеличением длины отрезка Ь возрастают трудности управления объектом. Приложение управляющего воздействия сначала не отражается на объекте, но по истечении времени Тз он начинает движение так резко, что неизбежны значительные инерционные нагрузки.

Величина у2 устанавливает оптимальное соотношение времен Тн и То, которым является их равенство, так как в этом случае обеспечивается симметрия переходных процессов , _. _ ,

У2=|Тн-То1 • (2)

При помощи корреляционного анализа между параметрами у, и у2 установлена линейная связь, поэтому из рассмотрения исключен параметр запаздывания у2 , как не содержащий дополнительной информации об объекте исследования.

В относительных единицах

В рачках данной задачи выбирались конструктивные параметры гидросистемы, минимизирующие величину параметра оптимизации модели у^ . При этом для сохранения высокого быстродействия СУ необходимо выполнение условия Тр ^ г (Тз_Тн) ^ ^^ ^

где ^ шах - допустимое время переходного процесса. По результатам вычислений получено уравнение регрессии, описывающее влияние конструктивных параметров гидросистемы на параметр оптимизации модели,

% = 2,124 - 0,0093%, - 0,0808-^2 + 0,0165-х3 . (3)

Анализ уравнения показывает, что наибольшее влияние на плавность и время запаздывания подъема в области исследуемых параметров оказывает диаметр жиклера клапана разгрузки насоса.

Задача выбора рациональных параметров гидросистемы решена методом наискорейшего спуска по поверхности отклика с использованием регрессионного анализа и движения по градиенту. Серия опытов наискорейшего спуска проведена на основании анализа результатов предварительного планирования. В результате оптимизации по критерию, учитывающему плавность и время запаздывания подъема, выбраны следующие конструктивные параметры гидросистемы: 1 = 4 мы; с1 = 1,8 мм; 3 = 8 мм2.

Четвертая глава посвящена разработке математической модели колесного трактора с навесным орудием и ее применению для оценки качества управления путем определения динамических характеристик агрегата при подъеме орудия.

Трактор с навесным орудием неподвижно установлен на ровной опорной поверхности. Возмущающее силы, оказывающие динамическое воздействие на агрегат, возникают под действием внешних инерционных нагрузок при подъеме навесного орудия.

При составлении расчетной динамической схемы агрегата Срис.3) приняты допущения: навесное орудие жестко соединено посредством механизма навески с остовом трактора, влияние массы орудия в статике учитывается изменением положения центра масс агрегата; силы сопротивления в подвеске и шинах пропорциональны скорости колебаний; характеристики упругих элементов подвески считаем линейными; колебания сиденья с оператором, неподрессоренной массы переднего моста и крутильные колебания двигателя не оказывают влияния на агрегат; колебания агрегата с достаточной степенью точности рассматриваем в продольной вертикальной плоскости. Пренебрежение другими видами колебаний существенно не отразится на результатах оценки

ускорении, так как управление навесным орудием и передача возмувд ющих воздействий на трактор осуществляются в указанной плоскости

Рис.3. Расчетна: динамическая схем) агрегата

Агрегат имеет четыре степени свободы: z - вертикальное пер< мещение центра масс агрегата; If - поворот вокруг поперечной oci проходящей через центр масс агрегата; zc , хс - вертикальное i горизонтальное перемещения сиденья.

Дифференциальные уравнения, описывающие колебания по соотве' ствующим степеням свободы, имеют вид

(mT+mnA)-z= R,+ R2+RnA-sin^

m-b-ct + rn-h, ; (4) и хс-лг-í» сб:

Здесь вертикальные реакции передних и задних колес от грунт;

R1 = -2c1(z+¿1-if)-2ki(z+¿fLf>) и Rz = 2cujz(¿¿i/-z)-2kW2(i-f¿tj>

динамическое воздействие навесного орудия на трактор: р = " сила, передающаяся на подвеску сиденья от остова: н "

R5--Cc(z-zc-?c-i¡>) + kc{z-zc-lcif) ,

где тт,тпл,тс - соответственно массы трактора, навесного орудия i сиденья с оператором; Jy - момент инерции агрегата; [н- коэффициен-передачи механизма навески; уп - ускорение поршня; с1, k1 - npi веденные жесткость и коэффициент демпфирования передней подвесга сШ2,кШг и сс »кс - жесткости и коэффициенты демпфирования шин 3aj них колес и подвески сиденья; 11,12,1С ,1ПЛ ,h,,,hnA и А- линейны< и угловая координаты.

Причем fif = flnA- COSр - Strip .

Численный метод определения динамических характеристик агрегата предполагает квантование времени с шагом изменения независимой переменной At и выполнение преобразований, которые следуют из определения производной, • Z-Z0 . •• Z-Z0_ Z Zg Z0

Z= At ' Z= At = Atz~ Atz~ At ' где z - z0 - изменение переменной величины, At - промежуток времени, в течение которого это изменение произошло.

С учетом указанных преобразований для переменных z, lf>,zc получена система линейных уравнений, которая решается с помощью ЭВМ методом Крамера. В математическую модель вводятся значения изменения скорости поршня дуп за время At. Функция УЬ = f(t) может быть задана в табличном виде, значения уп для которой получены по экспериментальной кривой переходного процесса с шагом At.

Для оценки качества управления рассчитаны динамические характеристики агрегата при подъеме навесного орудия для опытного и базового образцов СУ (рис.4).

Z" М у М

С ."с* ЛС. с*-

Рис.4. Динамические характеристики агрегата: а- вертикальные ускорения сиденья; б- горизонтальные ускорения сиденья (1- опытный, 2- базовый образцы СУ)

В качестве опытного образца взята СУ навесными устройствами с гидросистемой, конструктивные параметры узлов которой определены с помощью предложенного метода выбора параметров по заданному критерию. За базовый образец принята СУ с гидросистемой, не содержащей элементы для деления потока рабочей жидкости от насоса.

Анализ зависимостей показывает, что ускорения сиденья трактора с опытным образцом СУ, возникающие от динамического воздействия инерционных нагрузок на агрегат, для рабочей частотной области находятся в допустимых по условиям комфорта пределах (0...1 м/с ) и

их максимальная величина в среднем в 1,2 раза меньше ускорений сиденья базового варианта.

В пятой главе приведены принципиальная схема и расчет основных элементов распределительного устройства электрогидравлической СУ, проведен анализ переходных процессов в гидравлической навесной системе при работе опытного образца.

Принципиальная схема электрогидравлического распределителя, который разработан с учетом рекомендаций, полученных при выборе параметров гидросистемы, приведена на рис.5. Конструктивными особенностями образца являются: обеспечение разгрузки гидросистемы по давлению в холостых режимах; сервоуправление распределительными элементами; клапанное исполнение запорных элементов; деление потока от насоса в начальный момент подъема навесного орудия.

Рис.5. Принципиальная гидравлическая схема распределителя: 1,2 -впускной и реверсивный золотники; 3,4,5- перепускной, выпускной и напорный клапаны; 6,7-датчики сервоуправления 8,9-электромагниты; 10, 11 и 12- магистрали от насоса, к полостям подъ ема и опускания гидроцилиндра соответственно

При включении электромагнитов согласно соответствующему алгоритму электрогидравлический распределитель выполняет четыре функции управления навесным устройством: фиксирование в заданном положении, подъем, опускание под собственным весом и принудительное опускание под действием давления рабочей жидкости от насоса.

Анализ осциллограмм, полученных при проверке работоспособности распределителя электрогидравлической СУ на стенде, показал, что опытный образец обеспечивает малое время запаздывания начала и окончания подъема (соответственно 0,06 и 0,07 с), что в среднем в 1,5 раза меньше аналогичных показателей для базового варианта СУ, и требуемый характер протекания переходных процессов в гидравлической навесной системе. В частности, подъем орудия

А/Г

кть

Г"

I» >

к

-11

м

гч

к

-71.

И I-

-10

характеризуется наличием участка плавного перехода кривой его перемещения в момент страгивания длительностью 0,03 с и отсутствием всплеска давления в напорной полости насоса. Скорость нарастания давления в гидроцилиндре при этом снижается в 1,4 раза, а динамическое воздействие от подъема орудия на трактор уменьшается в 1,2 раза.

ВЫВОДЫ

1. В результате экспериментальных и теоретических исследований установлено, что подъем навесных технологических орудий оказывает динамическое воздействие на колесный трактор и вызывает его колебания. С целью снижения влияния инерционных нагрузок на динамические характеристики агрегата и соблюдения условий комфорта оператора и агротехники необходимо обеспечить плавность подъема навесного орудия с минимальным временем запаздывания и высоким быстродействием (скорость нарастания давления в гидроцилиндре не должна превышать 50 мПа/с, время запаздывания подъема должно быть не более 0,07 с, время полного подъема навесного устройства должно находиться в установленных по условиям агротехники пределах 2,2...2,8 с).

2. Разработан метод выбора рациональных конструктивных параметров СУ навесными устройствами по заданному критерию, включающий анализ конструкций, экспериментально-статистическое и математическое моделирование, который позволяет повысить качество управления и уменьшить трудоемкость разработки гидравлических узлов СУ.

3. В области исследуемых параметров гидросистемы, рациональные значения которых определены с помощью предложенного метода, наибольшее влияние на качество управления навесными устройствами оказывает диаметр жиклера клапана разгрузки насоса, причем конструктивные параметры гидросистемы, обеспечивающие заданное по критерию плавности подъема с минимальным временем запаздывания и высоким быстродействием качество управления, имеют следующие значения: длина дросселирующего канала золотника 1=4 мм, диаметр жиклера клапана разгрузки насоса <1 = 1,8 мм, площадь поперечного сечения дросселирующих каналов золотника 3=8 ммг.

4. Разработанный с учетом полученных рекомендаций электрогидравлический распределитель для перспективной СУ навесными устройствами обеспечивает необходимое качество управления и комфорт оператора вследствие плавного подъема орудия и снижения максимальной

величины ускорений сиденья в среднем в 1,2 раза, а также уменыпе ния времени запаздывания срабатывания СУ в 1,5 раза в сравнении с базовым образцом при высоком быстродействии и времени полного подъема навесного устройства 2,5 с.

5. Для оценки качества управления и исследования влияния кон структивных факторов гидросистемы на динамику подъема орудия пред ложена математическая модель колесного трактора с навесным оруди ем, которая позволяет по экспериментальным реализациям переходных процессов в гидросистеме определить динамические характеристики агрегата и обеспечивает приемлемую точность расчетов. Результаты теоретических исследований подтвердили правильность выбора рацио нальных значений конструктивных параметров элементов гидросистемы

6. Разработанные методика и комплекс испытательного оборудо вания для экспериментальных исследований тракторных электрогидрав лических СУ навесными устройствами позволяют проводить исследова ния опытных образцов в лабораторных условиях в короткие сроки с наименьшими затратами. Датчики измерительной системы отличаются высокой чувствительностью, стабильностью во времени выходных ха рактеристик и могут быть использованы при экспериментальных иссле дованиях гидравлических систем, механических устройств, а также в различных автоматических СУ.

7. Электрогидравлическая СУ с разработанным распределителем проходила Государственные и лабораторно-полевые испытания на трак торах Минского и Харьковского тракторных заводов в различных- кли матических зонах, которые показали высокую эффективность ее приме нения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бельчик Л.Д., ДербинП.Б., Строк Е.Я. Направления разви тия систем автоматического регулирования навесных устройств трак торов. Оперативно-информационные материалы.- Препринт / Ин-т проб лем надежности и долговеч. машин АН БССР.- Шнек, 1988.- 23 с.

2. Влияние параметров электрогидравлической навесной системы на агротехнические и технико-экономические показатели ыашинно -тракторного агрегата (МГА) / Е.Я.Строк, Л.Д.Бельчик, В.И.Вахер А.В.Савостьянова // Пути повышения технического уровня и надежное ти машин. Тез. докл. конф.- Минск, 1986.- С. 29-30.

3. Бельчик Л.Д., Строк Е.Я. Выбор параметров электрогид равлической системы трактора // Проектирование и эксплуатация

гидропневматических систем и гидропривода машин, автоматов и роботов в машиностроении. Тез. докл. конф.- Севастополь, 1988.- С. 27.

4. Electronic-and-hydraulic system of automatic control for mounted implements of mobile machines / L.D.Belchik, E.Y.Strok, V.S.Shevchenko, G.Maurer//Proceedings 22th International Symposium on Automative Technology & Automation.-Florence, 1990.- P.831-839.

5. Бельчик Л.Д., Строк E.Я. Моделирование электрогидравлической системы автоматического регулирования навесных устройств // Проектирование и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропневмоавтоматики. Тез. докл. конф.- Пенза, 1991.- С. 19.

6. Строк Е.Я., Бельчик Л. Д. Разработка и исследование электрогидравлических навесных систем// Проектирование, производство и эксплуатация жидкостно-газовых систем современных воздушных судов и авиационной наземной техники. Тез.докл.конф.- Киев, 1989.-С.6-7.

7. Строк Е.Я., Бельчик Л.Д. Стабилизация замкнутых динамических систем с типовыми нелинейностями // Проблемы динамики пневмо-гидравлических и топливных систем летательных аппаратов и двигателей. Тез. докл. конф,- Куйбышев, 1990.- С. 27.

8. Бельчик Л.Д. Выбор конструктивных параметров электрогидравлической системы управления навесными орудиями тракторов / Ред. журн. "Весц1 АН БССР. Сер. ф1з.-тэхн. навук,- Шнек, 1991,- 15 с.-Деп. в ВИНИТИ 29.01.91, N 469-В91.

9. Строк Е.Я., Бельчик Л.Д. Принципы конструирования электрогидравлических распределительных устройств мобильных машин // Повышение технического уровня и надежности машин . Тез. докл. конф.-Минск, 1993,- С. 43.

10. Бельчик Л.Д., Строк Е.Я. Снижение инерционных нагрузок при подъеме навесных орудий колесных тракторов // Проблемы безопасности на транспорте. Тез. докл. конф.- Гомель, 1997,- С. 86-67.

11. Электрогидравлическая система управления навесными орудиями : Информационный листок о научно-техническом достижении / Л.Д.Бельчик, Е.Я.Строк, Н.О.Тоболич, Б.И.Тимошенко//Сер. 55.03.47. ЦООНТИ-ВИНИТИ.- Минск, 1987,- N 87-79.- 4 с.

12. Строк Е.Я., Бельчик Л.Д., Тоболич Н.О. Индуктивный датчик линейных перемещений: Информационный листок о научно-техническом достижении // Сер. 55.01.85. ЦООНТИ-ВИНИТИ.- Шнек, 1988,- N 88-168.- 3 с.

13. Строк Е.Я., Бельчик Л.Д., Тоболич Н.О. Мембранный датчик давления: Информационный листок о научно-техническом достижении // Сер. 55.01.85. ЦООНТИ-ВИНИТИ.- Шнек, 1988,- N 88-140,- 3 с.

14. Строк Е.Я., Бельчпк Л.Д., Тоболич Н.О. Магнитоупругий датчик усилия: Информационный листок о научно-техническом достижении // Сер. 55.01.85. ЦООНТИ-ВИНИТИ.- Минск, 1988.- N 88-132,- 3 с.

15. А. с. 1192660 СССР, МКИЗ А 01 В 69/00. Электрогидравлическая система управления навесными орудиями / Е.Я.Строк, И.И.Кандру-сев, В.И.Вахер,. В.В.Погорелов, С.Д.Ярош, Б.А.Любимов, Г.М.Клейман, Л.Д.Бельчик (СССР).- N 3733693/30; Заявл.19.04.84; Опубл.23.11.85, Бкш. N 43.-3 с.

16. А. с. 1212340 СССР, МКИЗ А 01 В 63/10. Электрогидравлический фиксатор положения поршня гидроцилиндра/Е.Я.Строк, И. И. Кандру-сев, В.И.Вахер, В.В.Погорелов, Б.А.Любимов, Г.М.Клейман, Л.Д.Бельчик, С.В.Глушаков (СССР).- N 3733692/30; Заявлено 19.04.84; Опубл. 23.02.86, Бюл. N 7,- 2 с.

17. А. с. 1335142 СССР, МКИЗ А 01 В 63/10. Электрогидразличес-кая система навески трактора /Е.Я.Строк, Л.Д.Бельчик, Н.О.Тоболич, Г.Л.Чичиков, П.Б.Дербин (СССР).- N 3941145/30; Заявлено 08.08.85; Опубл. 07.09.87, Бюл. N 33.- 3 с.

18. А. с. 1407422 СССР, МКИЗ А 01 В 63/10. Электрогидравлическая система управления навесными орудиями /Е.Я.Строк, Л.Д.Бельчик, В.В.Погорелов, Е.Н.Червяков, В.А.Абрамов (СССР).-Ы 4096315/30; Заявлено 25.07.86; Опубл. 07.07.88, Бюл. N 25.- 4 с.

19. А. с. 1563609 СССР, МКИЗ А 01 В 63/10. Электрогидравлическая система управления навесными орудиями /Е.Я.Строк, Л.Д.Бельчик, Н.О.Тоболич, В.И.Вахер (СССР).- N 4462629/30; Заявлено 18.07.88; Опубл. 15.05.90, Бюл. N 18,- 4 с.

20. А. с. 1739873 СССР, МКИЗ А 01- В 63/10, Г 16 К 15/04. Элект рогидравлический фиксатор положения поршня гидроцилиндра/Е.Я.Строн Л.Д.Бельчик, Н.О.Тоболич (СССР).- N 4774323/15; Заявлено 26.12.89; Опубл. 15.06.92, Бюл. N 22,- 3 с.

21. А. с. 1760401 СССР, МКИЗ Б 01 Ь 5/00. Датчик силы / Е.Я. Строк, Л.Д.Бельчик, Н.О.Тоболич (РЕЭ.-Ы 4910467/10; Заявл.12.02.91 Опубл. 07.09.92, Бюл. N 33.- 3 с.

22. Пат. 1779955 РФ, МКИ 8 01 Ь 1/12. Способ изготовления маг-нитоупругого датчика силы / Строк Е.Я., Бельчик Л.Д., Тоболич Н.О. (РБ); Ин-т надежности и долговеч.машин АН БССР.- N 4909983; Заявл. 12.02.91; Опубл. 07.12.92, Бюл. N 20,- 10 с.

23. Пат. 2021653 РФ, МКИ А 01 В 63/10. Электрогидравлическая система управления навесными орудиями / Е.Я.Строк, Л.Д.Бельчик (РБ); Ин-т надежности машин АН Беларуси,- N 4910188; Заявл. 12.02.91; Опубл. 30.10.94, Бюл. N 20,- 10 с.

РЭЗМ

БЕЛЬЧЫК Леан1д Дзяы'янавШ ВЫБАР ПАРАМЕТРАУ ЭЛЕКТРАГ1ДРАУЛ1ЧНАЙ С1СТЭМЫ К1РАВАННЯ НАВЯСНЫМ1. УСТРОЙСТВАМ! КОЛАВЫХ ТРАКТАРОУ

Ключавыя словы: сЮтэма к1равання, навясная прылада, 1нэрцый-ныя нагрузка., дынам1чнае уздеянне, стэнд, датчик, г!драул1чная с1стэма, электрапдраул1чны размеркавапьнш

Аб'ектам даследавання дысертацьа з'яуляецца электраг1драул1ч-ная с!стэма к1равання (СЮ навясныш устройствам!. Мзта працы— распрацоука метаду выбару раиыянальных канструкцкйных параметрау сЮтэмы к1равання па зададзенаму крытэрыю 1 стварэнне на гэтай ас-нове размеркавапьнага устройства.

У працы праведзены экспериментальный даследаванн1 сютэмы кз,-равання пры дапамозе распрацаваных стэнда 1 вымяральнай с!стэмы з электрамагн1тным1 датчикам!. Для зн!жэння дынашчнага уздеяння на трактар ад 1нэрцыйных нагрузак, забеспячэння неабходнай якасц1 К1равання 1 камфорту аператара прапанаваным метадам выэначэны ра-цыянальныя канструкцыйныя параметры Пдраул1чнай с1стэмы. Ацэнка якасЩ 1 даследаванне дынам1к1 к1равання навясньаи прыладам1 з мэ-тай праверк! прав!льнасц1 выбару параметрау праводзяцца з выкарыс-таннем састауленай матэматычнай мадэла агрэгата. Прапанаван чысло-вы метад вызначзння дынам1чных характарыстык агрэгата пры пад'еме навясной прылады. 3 ул1кам атрыманых рэкамендацый распрацаван электрапдраул1чны размеркавальн^к СК, праверана яго працаздоль-насць у лабараторных умовах, праведзен анал1з переходных працэсау у г!драул!чнай навясной схстэме трактара.

ЭлектраПдраулШная СК з распрацаваным размеркавапьн1каы пра-ходз1ла Дзяржауныя. 1 лабараторна-палявыя выпрабаванн! на трактарах КИнскага 1 Харкаускага трактарных эаводау, як1я паказал1 высокую эфектыунасць яе скарыстання.

У вын1ку працы атрымана 7 аутарскхх пасведчанняу 1 2 патэнта.

Рззультаты працы магчыма скарыстаць пры распрацоуке I даследавання х Пдрас1стэм прамысловых устройств або СК тэхналаПчныы1 прыладам1 мвбхльных машын.

РЕЗЮМЕ

БЕЛЬЧИК. Леонид Демьянович

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАВЕСИШЬ! УСТРОЙСТВАМИ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

Ключевые олова: система управления, навесное орудие, инерционные нагрузки, динамическое воздействие, стенд, датчик, гидравлическая система, электрогидравлический распределитель

Объектом исследования диссертации является электрогидразли-ческая система управления (СУ) навесными устройствами. Цель работы — разработка метода выбора рациональных конструктивных параметров системы управления по заданному критерию и создание на этой оснсве распределительного устройства.

В работе проведены экспериментальные исследования системы управления с помошью разработанных стенда и измерительной системы с электромагнитными датчиками. Для снижения динамического воздействия на трактор от инерционных нагрузок и обеспечения необходимого качества управления и комфорта оператора предложенным методом определены рациональные конструктивные параметры гидравлической системы. Оценка качества и исследование динамики управления навесными орудиями с целью проверки правильности выбора параметров проводятся с использованием составленной математической модели агрегата. Предложен численный метод определения динамических характеристик агрегата при подъеме навесного орудия. С учетом полученных рекомендаций разработан электрогидравлический распределитель СУ, проверена его работоспособность в лабораторных условиях, проведен анализ переходных процессов в гидравлической навесной системе трактора.

Электрогидравлическая СУ с разработанным распределителем проходила Государственные и лабораторно-полевые испытания на тракторах Минского и Харьковского тракторных заводов, которые показали высокую эффективность ее применения.

В итоге работы получено 7 авторских свидетельств и 2 патента.

Результаты работы могут быть использованы при разработке и исследованиях гидравлических систем промышленных устройств или СУ технологическими орудиями мобильных машин.

SUMMARY

BELCHIK Leonid

Selection of Parameters of Electrohydraulic control system of wheel tractors mounted devices

Key words: control system, mounted device, inertial load, dynamic action, testing unit, gauge, hydraulic system, electrohydraulic distributor.

The Dissertation subject of research is the electrohudraulic control system of mounted devices. The purpose: elaboration of the selection method of control systems rational constructive parameters according the given standard and the making on this basis a distributing facility.

It is fulfilled experimental research work on control system of tractors' mounted devices by means of a developed testing unit and measuring instrument with electromagnetic gauges. To reduce inertial load on tractor and to assure proper control quality and operator's comfort there were computed by proposed method rational constructive parameters of the hydraulic system. The quality Evaluation and the testing dynamic control of the mounted devices for checking the chosen parameters' correctness are carried out by mathematical model of the aggregate. It is offered a digital method of the aggregate dynamic data computation when a mounted device is hoisted. With regard of received recommendations there is developed an electrohudraulic distributor of the control system, tested its functionning capacity in laboratory conditions, made analysis of transient processes in hydromounted system.

Electrohydraulic control system with above-mentioned distributor successfully passed state and laboratory-field's tests on tractors of Minsk tractor's plant and on tractors made by Kharkov tractor's plants. The tests proved its high efficiency.

It was got 7 licences and 2 patents.

The obtained results of this work could be used in designing and testing of hydrosystems of industrial equipment or in hydro mounted control systems of technological installations of mobile machines.