Моделирование переходных процессов в системе "электрогидроусилительный агрегат рулевое управление” автотранспортных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УПРАВЛЕНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

УДК 629.062

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ "ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ - РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ” АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Произведено моделирование переходных процессов в системе "электрогидро-усилительный агрегат - рулевое управление" автотранспортных средств.

Ключевые слова: электрогидроусилительный агрегат, сервопривод, переходный процесс.

Особенности взаимосвязи элементов электромеханической системы "электрогидроусилительный агрегат (ЭГУА) - рулевое управление" автотранспортных средств определены на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности и надежности ее работы.

Повышение эффективности и надежности функционирования достигается за счет уменьшения времени запаздывания реакции рулевого механизма.

Кинематические связи анализируются с помощью расчетной рис. 1 и структурной рис. 2 схем математической модели.

Уравнения движения ЭГУА рулевого управления представляют его как колебательное звено системы "ЭГУА - рулевое управление", имеющее массу тР и перемещающейся под действием момента на рулевом колесе М(1) что вызывает изменение входной координаты ГУА УВХ (уравнение сил действующих на систему ЭГУА - рулевое управление):

Е.А. Ядыкин, П.В. Веселов

Уравнение рассогласования ГУА

Ах — Квх Аувх — Кос Ауб

Уравнение расхода дроссельного гидропривода

Або —А0ЭФ —А0Ж,

где расход золотника Або — Кз Ах .

Эффективный расход дроссельного гидропривода

у 4\р„) | Л 4^)

АО

ЭФ

2 Е Л

Л

_ЛАЛЛ_

ГО)

пь,

Увх

О-

Зологшік

Соленоид

Ск

_ЛААЛ_

вллуу^О_'

т

У НАГ

Рис. 1. тр-масса подвижной рулевой системы, приведенная ко входу золотника системы, кг; вр - коэффициент вязкого трения, Н/с; Ср - коэффициент жесткости рулевой системы, Н/м;

Сш - коэффициент жесткости рулевых шарниров, Н/м;

Ск - коэффициент жесткости конструкции, Н/м; Р(0 -усилие, приложенное к рулевому колесу, Н; -усилие приложенное

соленоидом к золотнику, Н

Рис. 2. Увх- координаты перемещения входного звена ЭГУА;

Уб - координата перемещения штока; х - относительное перемещение золотника; Кос - координаты обратной связи; Квх - координаты передачи входного сигнала;Квх = Кпер Кое; Кпер - коэффициент передачи

ЭГУА; Квх = Ра - координаты крутизны скоростной характеристики дроссельного привода; Кгх= —; гвх -усилие на входящем звене;

Ап

її; - координата перемещения ведущего колеса; і - сигнал

рассогласования [6]

Расход жидкости, обусловленный скольжением гидропривода

^°СК

К0р *Р-

Уравнение сил, действующих на массу рабочего органа

т-2(Ау) + + СшАуи

ш V и

Сш (АУз ~АУи) = К = АР-А-

ж2 &

Здесь т - масса движущих частей электрогидроусилителя, приведенная к штоку поршня, кг; Ь - коэффициент вязкого трения, Нм/с; у - перемещение штока поршня, м; Я - полезная нагрузка, приведенная к штоку поршня, Н; V - объект жесткости, находящийся в силовом цилиндре (принимаем его равным половине объема цилиндра), м ; Еж - модуль объемной упругости жесткости, Н/м2; увх - координата перемещения входного звена ЭГУА, м; уб - координата перемещения штока ЭГУА, м; Кос - коэффициент обратной связи; Квх - коэффициент передачи входного сигнала; Квх = Кпер * Кос; Кпер = Уб/увх; Сш - коэффициент шарнирной нагрузки, Н/м.

В работе применены два способа решения уравнения - прямое решение методом "Рунге-Кутта" и структурное моделирование в "МайаЬ".

На рис. 3 приведена структурная схема разомкнутой системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортного средства.

Рис. 3. рк - рулевое колесо; п - поршень; сш - сошка; нк - направляющие колеса; гр - гидрораспределитель; г - генератор; сл - соленоид; тд - тензодатчик; дпнк - датчик положения направляющих колес; дпрк - датчик положения рулевого колеса

При моделировании системы учтено ограничение по давлению и времени реакции системы "ЭГУА - рулевое управление", нелинейная зависимость силы трения Рхр(Бу) при движении штока ЭГУА.

В результате исследований численного эксперимента с математической модели ЭГУА рулевого управления получены расчетные осцилло-

граммы их режимов работы на основе замкнутой структурной схемы, представленной в работе [7].

Рис. 4 Осциллограммы режимов работы ЭГУА рулевого управления

Из осциллограмм рис. 4 установлено, что эффективность достигнутая за счет рациональных, конструктивных и режимных параметров новых технических решений составила 20%, что соответствует требуемому уровню надежности.

В результате анализа режимов работы ЭГУА рулевого управления установлено, что рациональные переходные процессы могут быть достигнуты за счет разработанной конструктивной схемы с применением элек-трогидравлических и электротехнических элементов.

Для оценки эффективности установленных рациональных, конструктивных и режимных параметров предложенных технических решений, на основе численных экспериментальных исследований получен график

переходного процесса рис. 5.

Р, МПа

Рис. 5.1 - переходный процесс в существующей конструкции ГУА полученный Меркуловым Н.М.; 2 - переходный процесс в конструкции ЭГУА с оптимальными параметрами и при применении технических решений по внедрению электрогидравлических агрегатов и электротехнических элементов

Определение работоспособности системы «Электрогидравлический усилительный агрегат - рулевое управление» автотранспортных средств устанавливается из её общей передаточной функции подстановкой Р=^, где получено характеристическое уравнение в частной области в виде

X (А,, П)+ ¥ (А,, n)J = 0 Решаем совместно систему

' X (А,, а)=0;

|Т (А,, О) = 0;

которая приведена в работе [7].

Оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований показали, что расхождение между ними не превышает 14,5%, что допускается в инженерных расчетах и подтверждает правильность установленного требуемого уровня надежности функционирования системы «ЭГУА - рулевое управление».

Список литературы

1. Сапожников Р.А., Матвеев П.Н., Родин Б.П., Филадельфина Н.А.

Основы технической кибернетики: учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1970. 464 с.

2. Семенов М.В. Кинематические и динамические расчеты исполнительных механизмов. Л.: Машиностроение, 1974. 432 с.

3. Могендович Е.М. Гидравлические импульсные системы. Л.: Машиностроение, 1977. 216 с.

4. Вермишев Ю.Х. Основы управления ракетами, 1968. 320 с.

5. Веселов П.В. Определение работоспособности электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств. // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 194-197.

6. Веселов П.В. Математическая модель электрогидроусилительно-го агрегата рулевого управления автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 190-193.

7. Веселов П.В. Определение работоспособности электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 194-197.

Ядыкин Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Веселов Павел Валерьевич, асп., Россия, Тула, Тульский государственный университет

TRANSITION PROCESS MODELLING OF THE "ELECTROHYDRAULIC AMPLIFYING UNIT - STEERING" SYSTEM OF MOTOR VEHICLES

E.A. YAdykin, P. V. Veselov,

Transition process modelling of the "electrohydraulic amplifying unit - steering" system of motor vehicles is designated.

Key words: electrohydraulic amplifying aggregate, servomotor, transition process.

YAdykin Evgenij Аleksandrovich, doctor of technics, professor, Russia, Tula, Tula State University

Veselov Pavel Valer'evich, postgraduate, Russia, Russia, Tula, Tula State University,