Основные принципы функционирования автономного рулевого привода многоосного транспортного средства особо большой грузоподъемности

Многоосные транспортные средства особо большой грузоподъемности (далее МТС ОБГ) используются для транспортировки к месту назначения модулей цехов, морских доков, буровых установок, трансформаторов, атомных реакторов и других крупногабаритных неделимых изделий. При этом необходимо обеспечить маневренность МТС ОБГ при подъезде к разгрузочно-погрузочным площадкам. Поэтому в конструкции таких транспортных средств целесообразно использовать всеколесное рулевое управление (далее ВРУ), которое существенно повышает маневренные свойства машин и расширяет диапазон их использования.

ВРУ позволяет осуществлять поворот автомобиля и мобильного восемью способами: относительно каждой из осей и плоскопараллельное («крабовое») движение (Рис. 1) [1].

Рис. 1. Кинематические схемы способов поворота относительно осей

Применение автономного электрогид-равлического привода (далее АЭГРП) в системе ВРУ обеспечивает ряд преиму- ществ, по сравнению с приводом с централизованным источником гидравлического питания, а именно: возможность примене- ния объёмного регулирования, и как следствие увеличение КПД, обеспечение большей надежности, так как при выходе из строя одного из приводов, установленных на МТС ОБГ, вся система будет рабо- тать в штатом режиме; удобство монтажа и обслуживания, т.к. привод колеса представляет собой отдельный модуль [2, 3].

Функциональная схема АЭГРП представлена на рисунке 2 [4].

Рис. 2. Функциональная схема автономного электрогидравлического привода

В нее входят сумматоры 1, 2 и 3, реле включения цепи управления 4, двухполу-периодный выпрямитель 5, однополупери-одный выпрямитель 6, блок управления электродвигателем 7, компараторы 8, 9 и 10, мощные выходные каскады 11 и 12, электродвигатель постоянного тока 13, выходной вал которого соединен с ротором нерегулируемого нереверсивного насоса 14, гидравлический бак 15, напорную гидравлическую магистраль 16, сливную гидравлическую магистраль 17, предохранительные клапаны 18, 19, 20 гидравлический фильтр 21, обратный клапан 22, четырехлинейный трехпозицион- ный электрогидравлический распределитель с пружинным центрированием 23, гидравлический компенсатор 24 клапан кольцевания 25, эвольвентный исполнительный механизм 26, датчик обратной связи 27.

При подаче питания на блок управления электродвигателем 7 вал электродвигателя 13 и ротор насоса 14 начинают вращаться, и при достижении заданной величины оборотов двигателя 13 на выходе компаратора 8 возникает сигнал, замыкающий контакты реле 4. В результате управляющий сигнал рассогласования через сумматор 1 поступает на входы двухполупери- одного выпрямителя 5 и компараторов 9 или 10 [5].

В зависимости от знака управляющего сигнала на выходе одного из компараторов 9 или 10 формируется команда, которая через мощный выходной каскад 11 или 12 поступает на одну из обмоток электрогид-равлического распределителя с пружинным центрированием 23, золотник которого перемещается в одно из крайних положений.

Рабочая жидкость с выхода насоса 14 по напорной гидравлической магистрали 16 через гидравлический фильтр 21 поступает в рабочую полость одного из гидравлических цилиндров исполнительного механизма 26, шток которого начинает выдвигаться. Одновременно, шток второго гидроцилиндра начинает втягиваться, вытесняя рабочую жидкость в сливную гидравлическую магистраль 17, которая, затем, поступает в гидравлический бак 15. Выходной вал исполнительного эвольвентно-го механизма 26 совершает угловое перемещение, датчик обратной связи 27 измеряет это перемещение и формирует сигнал обратной связи [4].

Особенностью данной схемы является то, что в пусковом режиме в схеме АЭГРП реле 4 исключает работу АЭГРП до момента разгона электродвигателя 13 до минимальных оборотов, гарантирующих надежную работу электродвигателя 13 и насоса 14. Кроме того в схеме АЭГРП обеспечивается поддержание этих оборотов при работе в нулевом положении, при котором напорная гидравлическая магистраль 16 соединена со сливной гидравлической магистралью 17. Такое техническое решение обеспечивает надежную работу АЭГРП и минимальные энергетические потери.

Для моделирования функциональной схемы АЭГРП была использована система Lazarus – открытая среда разработки программного обеспечения (ПО) на языке

ObjectPascal для компилятора FreePascal. Математическая модель, была строена на уравнениях, описывающих процессы, происходящие в механических, гидравлических и комбинированных системах из состава АЭГРП. Она учитывает соотношение объемов нерастворенного воздуха и жидкости, диаметр и длину трубопроводов, местные потери, потери напора в трубах, потери на золотнике, упругость шины.

Благодаря разработанной математической модели, возможно, моделировать различные рабочие режимы. Например, разные режимы эксплуатации колеса, работу АЭГРП в зависимости от типа насоса, работу АЭГРП с различными параметрами трубопроводов, влияние содержание воздуха в системе на работу АЭГРП.

На рисунке 3 представлены замкнутые логарифмические амплитуднофазочастотные характеристики системы, которые содержат информацию о величинах запаздывания поворота колеса относительно управляющей команды и точности отработки входного сигнала на различных частотах с учетом величин моментов трения в пятне контакта колеса с опорной поверхностью.

Так, например, на частоте 0,5 ГЦ при моменте трения в пятне контакта колеса с опорной поверхностью 2000 нМ величина запаздывания поворота колеса относительно управляющей команды составляет 73 мс, при 4000 нМ – 102 мс, при 7500 Нм – 172 мс; искажения амплитуды поворота колеса относительно управляющей команды при моменте трения в пятне контакта колеса с опорной поверхностью 2000 нМ нет, для 4000 нМ искажение амплитуды составляет 30%, при 7500 Нм – 50%. Таким образом, установлены закономерностей функционирования и основные принципы построения АЭГРП системы рулевого управления многоосных транспортных средств особо большой грузоподъёмности.

Рис. 3. Замкнутые ЛАФЧХ системы при различных нагрузках в пятне контакта колеса

Разработана функциональная схема АЭГРП, в состав которой входят недорогие надежные гидравлические устройства, не усложняющие конструкцию системы рулевого управления, с относительно простой системой управления.

Разработана математическая модель АЭГРП позволяет моделировать различные режимы работы АЭГРП с учетом изменения параметров внешней среды и конструкции АЭГРП.