автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств

Веселов Павел Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

Специальность 05.04.13 -Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты.

Специальность ихОУ.ОЗ -Электротехнические компаексы к системы.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С Ті/

'< 2013

005542292

Тула-2013

005542292

Работа выполнена в Тульском государственном университете.

Научные руководители:

- Д-т.н, проф. Степанов В.М.,ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет";

- д.т.н, проф. Ядыкин Е.А..ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет";

Официальные оппоненты:

- д.т.н., проф. Бабокин Геннадий Иванович, заведующий кафедрой "Электротехника" НИ (Филиал) РХТУ им. Менделеева;

- д.т.н., проф. Петриченко Михаил Романович, ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный университет".

Ведущая организация:федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет".

Защита состоится 23декабря 2013г. в II часов в ауд. 005 на заседании диссертационного совета Д212.271.12 в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан «23 » ноября 2013 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.271.12, д.т.н., профессор

М.Ю. Елагин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность работы. Возрастающие скорости автотранспортных средств, при их эксплуатации требуют легкости управления, быстроты и точности вождения и безопасности движения.

Электро-гидроусилительные агрегаты (ЭГУА) рулевого управления улучшают маневренность и облегчают управление автотранспортными средствами. В процессе эксплуатации в результате износа элементов сопряжения и наличия времени запаздывания в гидромеханической системе агрегата рулевого управления автотранспортными средствами, ухудшается их работоспособность, что вызывает повышение усилия на рулевое колесо и снижает реакцию всей системы в целом на управляющее воздействие, вызывая неустойчивое движение направляющих колес автотранспортных средств, запаздывание начала поворота колес относительно поворота рулевого колеса и колебания направляющих колес. Это приводит к повышению утомляемости водителя во времени, недоиспользованию энергетических возможностей скоростных автотранспортных средств и их отклонению от заданного направления движения, что снижает эффективность управления.

Из-за потери управляемости еще сохраняется тенденция того, что до 30% автомобильных катастроф связано с заносом и отклонением автотранспортных средств от траектории незаторможенного автомобиля на дорогах с сухим покрытием.

Поэтому, повышение эффективности функционирования ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств путем создания новых их конструктивных схем, и, определения рациональных параметров и показателей надежности работы системы рулевого управления, обеспечивающих повышение устойчивости и работоспособности агрегатов и точности вождения, безопасности движения, наиболее полного использования энергетических возможностей автотранспортных средств для улучшения труда водителей, является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в повышении эффективности функционирования ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств путем обоснования их рациональных, конструктивных и режимных параметров, учитывающих в комплексе требуемый уровень надежности и характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Анализ конструктивных схем режимов работы и методов расчета параметров и показателей надежности ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

2. Установить закономерности формирования управляющих воздействий в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств, учитывающие характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

3. Определить зависимости для расчета уравнений надежности ЭГУА, учитывающие в комплексе функциональные связи ее показателей с временем реакции системы "ЭГУА — рулевое управление" на управляющие воздействия.

4. Исследовать переходные процессы в системе ЭГУА — рулевое управление для определения зависимостей по расчету ее конструктивных и режимных параметров.

5. Определить рациональные, конструктивные и режимные параметры ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности его функционирования и требуемого уровня надежности работы системы "ЭГУА — рулевое управление".

6. Привести численные и экспериментальные исследования переходных процессов в системе "ЭГУА — рулевое управление" для оценки адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Идея работы заключается в обеспечении требуемой надежности и устойчивости функционирования системы "ЭГУА — рулевое управление", достигаемых путем

разработанных новых технических решений элементов ЭГУА и определения рациональных его конструктивных и режимных параметров.

Объект исследования — ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

Предмет исследования - электромагнитные и электрогидравлические процессы, протекающие в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электрических цепей, гидравлических исполнительных систем, автоматического управления, теории надежности, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ.

Автор защищает:

1. Моделирование ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств, в комплексе учитывающих характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов, и надежность функционирования системы "ЭГУА — рулевое управление".

2. Закономерности формирования управляющих воздействий в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств для определения на них времени реакции системы "ЭГУА - рулевое управление".

3. Зависимости для расчета уровня надежности ЭГУА, учитывающие в комплексе функциональные связи ее показателей с временем реакции системы "ЭГУА - рулевое управление" на управляющее воздействие.

4. Зависимости для определения рациональных конструктивных и режимных параметров ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности их функционирования и требуемого уровня надежности работы системы "ЭГУА — рулевое управление".

Научная новизна заключается в определении рациональных , конструктивных и режимных параметров ЭГУА рулевого управления автотранспортными средствами, закономерностей формирования управляющего воздействия и времени реакции на них системы "ЭГУА — рулевое управление" на основе разработанных новых технических решений по повышению надежности и эффективности их функционирования.

Она представлена следующими результатами:

- определены зависимости для расчета уровня надежности функционирования ЭГУА и системы "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств, учитывающие функциональные связи показателей надежности с временем ее реакции на управляющее воздействие;

- установлены закономерности формирования управляющего воздействий в ЭГУА рулевого управления транспортными средствами и временем реакции системы "ЭГУА -рулевое управление", учитывающие в комплексе характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов и, надежность ее функционирования;

- определены условия реализации моделирования переходных процессов в системе "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств и зависимости для расчета рациональных, конструктивных и режимных параметров ЭГУА на основе разработки новых технических решений по повышению эффективности их функционирования и требуемого уровня надежности работы.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 14,5%, что допустимо в инженерных расчетах.

Практическое значение. Разработаны новые технические решения по повышению эффективности функционирования ЭГУА и методика расчета их рациональных, конструктивных и режимных параметров, обеспечивающих требуемый уровень надежности работы системы "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств.

Реализация результатов работы. Основные научно-практические результаты работы приняты к внедрению на предприятииООО "Стромсервис плюс", а также используются в учебном курсе "Механика электрических машин" на кафедре "Электроэнергетика" Тульского государственного университета.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы доказывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского Государственного Университета (г. Тула, 2010-2013), Международной научно-технической конференции "Энергосбережение" (г. Тула, 2010-2013), V и VI молодежной научно-практической конференции ТулГУ Молодежные инновации (г. Тула, 2011г.), Пятой международной школе семенаре молодых ученых и специалистов "Энергосбережение — теория и практика" (г. Москва, 2010г.), VI Международной конференции по автоматизированному электроприводу "АЭП-2010" (г. Тула, 2010), 7-ой и 8-ой Международной конференции "Силовая электроника и энергетика" (г. Москва, 20102011г.), VII Международной конференции по автоматизированному электроприводу "АЭП-2012" (г. Иваново, 2012г.).

Публикации.По результатам выполненных исследований опубликовано 4 работы, включая 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК, а также 2 патента РФ на полезную модель.

Автор выражает благодарность: профессорам, докторам технических наук Степанову В.М. и Ядыкину Е.А., доценту, кандидату технических наук Меркулову Н.М.за научные консультации и помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность работы, сформированы цель и задачи исследования, отмечаются научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведено обобщение и анализ научно-практической литературы по конструктивным схемам и условиям эксплуатации электрогидроусилительных агрегатов (ЭГУА) рулевого управления автотранспортных средств, методов расчета их параметров и надежности, моделирования переходных процессов в системе "ЭГУА - рулевое управление".

Современные скоростные автотранспортные средства представляют собой сложные электромеханические системы где применяются различные типы электрогидроусилительных агрегатов рулевого управления: работающие при постоянном расходе в электрогидравлической системе (электрогидравлическая система постоянного расхода (ЭСПР)); работающие при постоянном давлении в электрогидравлической системе (электрогидравлическая система постоянного давления ЭСПД); комбинированные ЭГУА. Рулевое управление автотранспортных средств представлены собой динамическую электрогидравлическую следящую систему, состоящую из электрогидроусилительного преобразующего устройства, передаточного механизма обратной связи (зацепление рейка-сектор-червяк), устройства формирования управляющего воздействия (рулевое колесо -передаточный электрогидравлический механизм к направляющим колесам).

Колебания направляющих колес автотранспортных средств, формирующие возмущающие воздействия в системе "ЭГУА - рулевое управление" и, при сдвижении ЭГУА в зону неустойчивости, вызывают потерю работоспособности рулевого управления. Основным фактором в данном случае является увеличение времени реакции системы на управляющее воздействие вызванное запаздыванием золотниковой пары распределителя и гидроэлемента. Увеличение радиального зазора распределителя и, как следствие, большей мертвой зоны золотника, приводит к увеличению утечек и зоны нечувствительности распределителя, а следовательно к снижению давления рабочей жидкости в силовом гидроцилиндре. До настоящего времени для скоростных автотранспортных средств сохраняется тенденция, что усилие на рулевом колесе увеличивается в 3 раза, давление в 1,52 раза, зона нечувствительности распределителя в 2 раза, амплитуда колебаний

направляющих колес достигает 5-8, что приводит к снижению скорости в 1,5-2 раза и повышению расхода топлива до 35-40%. В данном случае происходит снижение объемного к.п.д. с 1,0 до 0,2, скорости движения поршня силового гидроцилиндра в 5 раз и увеличению расхода деталей ЭГУА рулевого управления на ремонтных предприятиях в 3-4 раза. Поэтому применение электрогидравлических элементов в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств и разработка новых технических решений по повышению эффективности и надежности функционирования ограничивает влияние данного фактора на работоспособность системы "ЭГУА - рулевое управление".

Для достижения требуемых уровней надежности и эффективности функционирования системы "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств необходимо установить функциональные связи показателей надежности со временем ее реакции на управляющее воздействие, и, определить рациональные конструктивные и режимные параметры, учитывающие в комплексе характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

Максимально возможная надежность ЭГУА должна быть обеспечена диагностированием их технического состояния используя в качестве диагностических параметров величину давления в силовом гидроцилиндре и время реакции системы "ЭГУА — рулевое управление" на управляющее воздействие, а также оценкой изменения их остаточного ресурса во времени, для регламентации периодичным диагностированием, технического обслуживания и ремонта.

Во второй главе определены уровень и показатели надежности, их функциональные связи с временем реакции системы "ЭГУА - рулевое управление", условия реализуемости конструктивной и функциональной надежности, и, изменение остаточного ресурса "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств для технического диагностирования состояния системы.

Определение требуемого уровня надежности рассчитывается по функциональной связи с коэффициентом технического уровня ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств, который устанавливается на основе вероятности отказа

<?» Ь'^-^ + р. + ъ + ъ + ь + ТЯ- (1>

где qc и qи — вероятность отказа ЭГУА рулевого управления соответственно

существующего и нового технического уровня; /с„ - коэффициент технического уровня; и ^Н ~ усилия на рулевом колесе; Рс и Рн - давление жидкости в силовом цилиндре ЭГУА; Т]с и Т]н - объемный к.п.д. ЭГУА; 1¥(, и Игн - затраты топлива на 500 км пути;

мх и Nзн — расход деталей на ремонт ЭГУА; Ср - время реакции системы

"электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление" на управляющее воздействие (период времени от момента приложения усилия Р на рулевое колесо до момента времени движения направляющих колес);

*р = Ь-т = №<ь)Ъ (2)

нм и нб — наибольшее и наименьшее значение параметра; 5 — допустимое значение дистанции между автотранспортными средствами, где его значение Б^) меняется в зависимости от скорости движения

Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы):

т — — _!_ /ол

- ^^ - (3)

где Лн1, — интенсивность отказов;

где Сш и Сим - затраты на надежность; СдПс - допустимые затраты (потери-ущерб) от отказа электрогидроэлементов ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

Вероятность безотказной работы Рцм > время безотказной работы ,

коэффициент готовности кг ,Та - среднее время наработки на отказ; вероятность

безотказной работы с учетом восстанавливаемости /"„„(^рассчитываются по общеизвестным зависимостям теории надежности с учетом (1-Й), учитывая функциональную

Р"

Условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности ЭГУА рулевого управления определяются соответственно неравенствами:

7 2 7 2 1 з - 1 Н , (5)

т о

пТос <

Т2 -ЧНМ, (6)

1ОН

где к и — коэффициент перегрузки, учитывающий изменение нагрузки Р

к -- 511 /?Я

П ; Ли — действующая на элементы конструкции электрогидроэлементы ЭГУА

шРд

рулевого управления; -^аНб ~ наибольшее значение действующей нагрузки; —

математическое ожидание ; кт - коэффициент условий работы, учитывающий

изменение нагрузки с вероятностью Ру (0 , кт — 1 — Ру (?) , к0 - коэффициент однородности конструкционных материалов, учитывающий изменение его механических

к - ЇЙЖ ^

свойств, "-о -.І з ; К.^ — коэффициент надежности (запаса) по конструкционному V П

Ан

ту- _ "на

материалу — ; л „ - произведенная внутренняя работа (наибольшее

т ш

АН

значение) в условиях циклической переменной нагрузки; 1ПАН — математическое ожидание /^г — нормативная нагрузка на электрогидроэлементы ЭГУА рулевого управления,

Рн = Кн ■ Рдкг ■ Из диаграммы нагружения по Ан и ка выбирается конструкционный материал с учетом Ки, а затем из условия

3„* 2

Ан Е\

п -- -

Н6

Я

1

1

~2Шы ~2Ы"М

(7)

і _ нм

определяем срок службы ~ и с учетом условия (6) устанавливается ¡¿н

Янм

(4).

Обеспечение максимально возможной надежности ЭГУА рулевого управления достигается диагностированием его технического состояния, используя в качестве диагностического параметра величину давления Р в силовом гидроцилиндре, периодичность контроля которого регламентируется временем межпроверочного периода

тЫРЛ))

-> (8)

С =■

МП

2ґ

дп

Т

к <_— ~

где число проверок ^мп ~ . Определение остаточного ресурса ЭГУА

мп

осуществляется на основе аппроксимирующей функции, отражающей изменение во времени диагностического параметра Р, определяющее его техническое состояние с учетом (3-*-7) функциональной связи с

*2 р2

где Ри6 — наибольшая величина давления, полученная в результате обработки осциллограмм в процессе измерения Р;Риои — номинальная величина давления Р, обеспечивающая устойчивое движение направляющих колес при из повороте на месте и при движении автотранспортного средства.

На основе анализа статистических исследований установлены фактические параметры и показатели ЭГУА рулевого управления и рассчитаны из требуемые величины, соответствующие его новому техническому уровню (табл. 1). Таблица 1.

Показатель надежности Чнм Рнм Лнм, 1/ч 1нм»ч Тонм»4 •дъЧ ^Гнм

гидравлические элементы 0,0064 0,9956 0,0021 16,56 500,04 1,32 0,9981

электротехнические элементы 0,0054 0,9965 0,0015 17,16 620,02 1,12 0,9988

Показатель надежности ктинм Ру(0 кп Кн кщ ко 'мп кмм

гидравлические элементы 0,9522 0,0048 1,451.7 1,531,96 0,9952 0,6320 252,6247,3 10-14

электротехнически е элементы 0,9717 0,0048 1,79 1,99 0,9952 0,6471 251,6248,1 11-15

Установлено, что уровень показателей надежности электротехнических элементов ЭГУА на 10-15% выше уровня показателей надежности гидравлических элементов и, что соответствует требуемому соотношению уровней надежности между электротехническими и гидромеханическими элементами, и, на 20% выше уровня надежности ГУА, определенного Меркуловым Н.М.

В третьей главе установлены особенности взаимосвязи элементов электромеханической системы "электрогидроусилительный агрегат — рулевое управление" автотранспортных средств на основе которых разработаны новые технические решения по повышению эффективности и надежности ее работы.

Разработано новое техническое решение — ЭГУА с обратной связью по углу поворота рулевого колеса, усилию на рулевом колесе, углу поворота направляющих колес, также содержащий электрогидрораспределитель.

Задачей разработанного технического решения является повышение уровня безопасности и улучшение условий труда водителя за счет уменьшения времени запаздывания реакции рулевого механизма.

Это достигается тем, что в предлагаемом электрогидроусилительном агрегате, включающим в себя угловой редуктор, содержащий коническую шестерню вала-шестерни и коническую шестерню винта-шестерни; картер, содержащий винт винта-шестерни, связанный шариковинтовой передачей с гайкой поршня-рейки, рейка которого связана реечной зубчатой передачей с зубчатым сектором сектора-вала сошки, дополнительно установлены электрогидрораспределитель, блок управления, тензометрический датчик силы, потенциометрический датчик положения, причем электрогидрораспределитель, соединен гидравлическими линиями с картером; выходы блока управления соединены с входами электрогидрораспределителя, а входы с тензометрическим датчиком силы и потенциометрическим датчиком положения, корпус тензометрического датчика силы жестко связан с корпусом углового редуктора, а подвижный элемент тензометрического датчика силы жестко связан с валом вала-шестерни, корпус потенциометрического датчика положения жестко связан с картером, а подвижный элемент потенциометрического датчика положения жестко связан с валом сектора-вала сошки (см. рис. 1).

Рис. 1. Функциональная схема злектрогидроусилительного агрегата.

Электрогидроусилительный агрегат включает в себя угловой редуктор 1, содержащий коническую шестерню вала-шестерни 2, связанную конической зубчатой передачей с конической шестерней винта-шестерни 3; картер 4, содержащий винт винта-шестерни 3, связанный шариковинтовой передачей с гайкой поршня-рейки 5, сектор-вал сошки 6, зубчатый сектор которого связан реечной зубчатой передачей с рейкой поршня-

рейки 5, электрогидрораспределитель 7, выходы которого соединены гидравлическими линиями с картером 4, блок управления 8, входы которого соединены электрическими линиями с входами электрогидрораспределителя, а входы с тензометрическим датчиком силы 9 и потенциометрическим датчиком положения 10, корпус тензометрического датчика силы 9 жестко связан с корпусом углового редуктора 1, а подвижный элемент тензометрического датчика силы 9 жестко связан с валом вала-шестерни углового редуктора 1, корпус потенциометрического датчика положения 10 жестко связан с картером 4, а подвижный элемент потенциометрического датчика положения 10 жестко связан с валом сектора-вала сошки 6.

Из функциональных связей ЭГУА следует, чтонагрузка, приложенная к управляющему звену, фиксируется тензодатчиком 9, а положение сектора-вала сошки 6 фиксируется потенциометрическим датчиком 10. Блок управления 8 на основании сигналов с датчиков генерирует управляющий сигнал на электрогидрораспределитель 7. Под воздействием управляющего сигнала электрогидрораспределитель 7 направляет поток гидравлической жидкости к полостям картера по обе стороны поршня-рейки 5, тем самым изменяя положение поршня-рейки 5, механически связанного через сектор-вал сошки с управляемым звеном, тем самым реализуя гидроусиление нагрузки приложенной к управляющему звену. Параллельно вышеописанному процессу вращательное движение управляющего звена преобразуется механической передачей состоящей из вала-шестерни 2, винта-шестерни 3, поршня-рейки 5 и сектора-вала сошки 6 во вращательное движение управляемого звена.

Повышение эффективности и надежности функционирования достигается за счет уменьшения времени реакции рулевого механизма, то есть устранения времени: ведущая шестерня - ведомая шестерня углового редуктора, времени ведомая шестерня углового редуктора - винт, винт - поршень-рейка. Тем самым обеспечивается повышение уровня безопасности и улучшение условий труда водителя.

Повышение эффективности и надежности функционирования в ЭГУА обеспечивается новым техническим решением его элемента - "гидравлическое распределительное устройство", задачей которого является повышение точности управления путём устранения зоны нечувствительности слежения и недемпфируемых колебаний в рулевом механизме.

Это достигается тем, что в предлагаемом гидравлическом распределительном устройстве, содержащем корпус, размещённый внутри него золотник, установленный с возможностью перемещения и кинематически связанный одним торцом с рулевым колесом, причём ^ в корпусе выполнено несколько проточек, расположенных напротив поясков' поршней золотника и соединённых гидролиниями с насосом и с полостями исполнительного гидроцилиндра, установлен золотник, выполненный с тремя поршнями с дросселирующими каналами на поясках, причём расстояние между кромками проточки дросселирующих каналов на поясках равно диаметру кольцевой проточки корпуса, а ширина поршней по кромкам превышает диаметр кольцевой проточки корпуса.

Рис. 2 Гидравлическое распределительное устройство, а — ширина канала; б — ширина пояска золотника ; в — ширина поршня золотника; Аг —

ширина проточки

Гидравлическое распределительное устройство содержит корпус 1, в котором установлен трёхпоршневой золотник 2, соединённый со штангой рулевого колеса. Гидролинии исполнительного гидроцилиндра 3 и 4 располагаются симметрично относительно поперечной оси корпуса. Подводящая гидролиния 5 расположена на поперечной оси корпуса, сливные гидролинии 6 и 7 расположены посередине между осями соответствующих сливных и подводящего гидролиний. Золотник имеет три поршня с дросселирующими канавками 8 на каждом из поясков. Расстояние а между канавками пояска равно диаметру проточки кольцевых каналов корпуса 9, ширина пояска б больше диаметра проточки 9. Золотник приводится в движения соленоидами 10.

Для повышения эффективности функционирования ЭГУА рулевого управления определены рациональные конструктивные параметры золотника

электрогидрораспределителя (Табл. 2).

Таблица 2.

Параметр ¿3 ¿п Хо я ш

Диапазон конструктивных параметров 12* 10"4-60*10"4 48* 10"4-120* 10"4 0-0* 1,2"3 8-600 32-240

Рациональное значение параметра 41 * 10"4 89*10"4 0,1 * 10"3 350 65

Применение золотника с электроприводом от соленоидов позволяет максимально приблизить пусковое значение усилия Єп на поршне к значению Р=4,0НМ/м2, установленное в ходе теоретических и экспериментальных исследований Меркуловым Н.М.

где Fn — рпит ■ Ап + Fc — пусковое значение усилия на поршне; Fc — пусковое усилие соленоидов; Fk - усилие нагружения, при котором мощность нагрузки имеет максимальное значение.

Данные технические решения, благодаря нулевому времени запаздывания обратной связи и демпфированию колебаний в рулевом механизме повышают точность управления и, как следствие, эффективность и надежность системы "ЭГУА - рулевое управление" в целом. ' Кинематические связи анализируются с помощью расчетной (Рис. 3) и структурной (Рис. 4) схем математической модели.

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

Уравнениерассогласования ГУА

Ах = КвхАувх ~КосАуб

Уравнениерасхода дроссельного гидропривода

щ0=АдЭФ-Адск

где расход золотника AQ0 = К3Ах. Эффективный расход дроссельного гидропривода

у <*№), < 4ауЛ.

сіі

О

(П)

(12) (13)

2 Е dt

(14)

^чз—>.....-

пір - 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; - усилие, приложенное к рулевому колесу, Н; Р3(1) - усилие приложенное соленоидом к золотнику, Н. Рис. 3

Увх- координаты перемещения входного звена ЭГУА;У6 — координата перемещения штока;х -относительное перемещение золотника;!^ — координаты обратной связи;Ках - координаты передачи входного сигнала;Квх = Кікр К^К^,, - коэффициент передачи ЭГУА;КВХ =

—- \Р ¡¡ — 0 - координаты крутизны скоростной характеристики дроссельного

\дх)

Кз

привода; К„= -; - усилие на входящем звене; ъ^ - координата перемещения ведущего

А

колеса; г- сигнал рассогласования. Рис. 4

Расход жидкости, обусловленный скольжением гидропривода

А

= К0оАР, (15)

т + СшДЛ = Сш (Ауг _Ауи) = К = дР(Шт

Сек ~~ Ор с/ Уравнение сил, действубщих на массу рабочего органа

,<*2(Ау.), а<*(?-)

л2 л

Здесь т - масса движущих частей электрогидроусилителя, приведенная к штоку поршня, кг; Ь - коэффициент вязкого трения, Нм/с; у - перемещение штока поршня, м; Неполезная нагрузка, приведенная к штоку поршня, Н; V - объект жесткости, находящийся в силовом цилиндре (принимаем его равным половине объема цилиндра), м3; 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 "Ма11аЬ".

На рисунке 5 приведена структурная схема замкнутой системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортного средства.

1 і 2<Тр< Т*р'~

Щи(р) = к

тр + 1 Тр+1

7Ч>*+1

-ты'

1 і-Т'р*

ЇР+1

трЩ їр + 1

Рис.5 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 Р„(зу)при движении штока ЭГУА.

В результате исследований численного эксперимента с математической моделью ЭГУА рулевого управления получены расчетные осциллограммы их режимов работы в сравнении с результатами Меркулова Н.М.

=СС0;- Двііії«^ в й: іжщ*. МПа

Ж

звхагшть, та

______________,_1............_.^_ ___ __ ,

♦ г» л» *» «о»" йв# Рис. 6 Осциллограммы режимов работы ЭГУА рулевого управления.

Из осциллограмм {Рис. 6) установлено, что эффективность достигнутая за счет рациональных, конструктивных и режимных параметров новых технических решений составила 20%, что соответствует требуемому уровню надежности.

В четвертой главе определен требуемый уровень надежности получения результатов численных экспериментальных исследований на основе планирования эксперимента.

В результате анализа режимов работы ЭГУА рулевого управления установлено, что оптимальные переходные процессы могут быть достигнуты за счет разработанной конструктивной схемы с применением электрогидравлических 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. 7).

¡>

Рис.7 1 — переходный процесс в существующей конструкции ГУА полученный Меркуловым Н.М.; 2 — переходный процесс в конструкции ЭГУА с рациональными параметрами и при применении технических решений по внедрению электрогидравлических агрегатов и электротехнических элементов. Определив общую передаточную функцию электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств, составлено характеристическое уравнение электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств,

структурная схема, которой представлена на Рис.5 и подставляя в него Р J , получаем характеристическое уравнение в частной области в виде:

(18)

Решаем совместно систему

(Х{А3,П) = 0; [¥{А5,П) = 0;

(19)

рассчитываем график областей устойчивости системы, который представлен на Рис.9 в виде границы устойчивости как функции двух параметров: амплитуды автоколебаний

А3 и коэффициента добротности К^ .

а<г'

Обяесч

МОМ&Я

1-

л;

* * Обтз** мэедйчкжхг»

ТН

105 гг, г,

Рис. 9

Из графика на Рис.9 видно, что область устойчивого равновесия электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата при отсутствии управляющего воздействия - расширяется, так как критический коэффициент добротности

К1, больше критического коэффициента добротности линейной модели

электромеханической системы К4 , что подтверждает ее работоспособность.

Поскольку система непрерывного контроля является составной частью электротехнической системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортных средств, то ее работоспособность подтверждается исследованием ее на устойчивость (Рис.9) на основе исследования переходных процессов.

Для достижения максимально возможной надежности ЭГУА рулевого управления разработана система непрерывного диагностирования его технического состояния по диагностическим параметрамР и 1Р. Статистическая обработка диагностического параметра Рги гР/, позволяет определить исходные данные аппроксимирующей функции (9) и установить остаточный ресурс (жт.

ИЛ"5 1* »Л*

Рис. 8

Сравнивая расчеты остаточного и технического ресурса испытуемого ЭГУА имеем отклонение 14,5%. Следовательно расхождение между теоретическими и экспериментальными исследованиями не превышает 15%, что допускается в инженерных расчетах и подтверждает правильность установленного требуемого уровня надежности системы ЭГУА - рулевое управление, технического контроля диагностического параметров Р и их технического обслуживания и ремонта.

Разработана функциональная и структурная схема непрерывного контроля -второго диагностического параметра системы "электрогидроусилительный агрегат (ЭГУА) -рулевое управление".

рулевое колесо

т

потендно» метрический датчик

бортадой МЙ

'¡>ф

ЭГМ система передачи

датчик

скоросгаГ 1-

РэасЮ падрмляюшие Г «отеипно- |# (д ""1 колеса _ I—метрически»

и.

Рис.8 Функциональная схема непрерывного контроля диагностического параметра t.

"р, = = /00 = (16) где С— скорость автотранспортного средства, - максимальное время запаздывания реакции системы "ЭГУА - рулевое управление" обеспечивающее безопасность движения автотранспортного средства.

Рис. 9 Структурная схема непрерывного контроля диагностического параметра £р,- .

рк - рулевое колесо; п - поршень; сш - сошка; нк - направляющие колеса; дпнк - датчик положения направляющих колес; дпрк - датчик положения рулевого колеса; дс - датчик

скорости.

Бортовой компьютер является элементом сравнения ' />,• и , и, обеспечивает

расчет . Условием работоспособности системы "ЭГУА - рулевое управление автотранспортных средств является

¿Р, <*рд

где

1рд

~ЛУ)

(17)

В случае невыполнения условия (17) бортовой компьютер выдает информацию на регламентные профилактические работы по техническому обслуживанию данной системы.

Исходя из конструктивных и функциональных параметров элементов ЭГУА, и исследования переходных процессов в системе "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортных средств установлены параметры разрешающей способности электротехнических элементов (Табл. 3).

Таблица 3.

Наименование Динамический диапазон Частотный диапазон, Гц Погрешность измерений, %

Датчик давления тензометр ический 0-150 кгс/см3 0-1500 ±0,8

Датчик силы тензометрический 0-800 кгс 0-2000 ±1

Датчик перемещения потенциометрический 0-60 мм 0-25 ±3

Датчик оборотов оптический - 0,1-2000 ±0,5

Усилительно- преобразовательный модуль о-юв 0,1-2000 ±0,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой поставлены и решена задача повышения эффективности функционирования электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортного средств путем обоснования рациональных конструктивных и режимных параметров новых технологических решений, учитывающие характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

1. Определены зависимости для расчета уровня показателей надежности электрогидроусилительных агрегатов рулевого управления автотранспортных средств на основе функциональной связи с коэффициентом их технического уровня и временем реакции системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление" на управляющее воздействие.

2. Получены условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности электрогидроусилительных агрегатов рулевого управления автотранспортных средств, и, разработанных новых технических решений, обеспечивающих повышение эффективности функционирования.

3. Установлены зависимости для расчета рациональных конструктивных и режимных параметров электрогидроусилительных агрегатов рулевого управления автотранспортных средств, учитывающие характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов , и, требуемый уровень надежности работы системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление".

4. Определены закономерности формирования управляющих воздействий в электрогидроусилительных агрегатах рулевого управления автотранспортных средств, для расчета времени реакции на них системы "электрогидроусилительный агрегат -рулевое управление".

5. Получены зависимости для определения регламента контроля диагностических параметров давления в силовом гидроцилиндре и времени реакции системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление" автотранспортных средств на управляющее воздействие и ее технического обслуживания для достижения максимально возможной надежности работы системы.

6. Установлены зависимости для расчета остаточного ресурса электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств, учитывающие диагностирование технического состояния системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление" и время в период эксплуатации.

7. Разработана электротехническая система непрерывного контроля диагностического параметра регламентирующая техническое обслуживание системы "ЭГУА — рулевое управление" автотранспортных средств.

8. Проведены численные и экспериментальные исследования применения новых технических решений в электрогидроусилительном агрегате рулевого управления автотранспортных средств, которые показали, что расхождение между результатами теоретических и экспериментальных исследований не превышают 14,5%, и, повышение эффективности функционирования системы "электрогидроусилительный агрегат -рулевое управление" составило 20%.

Основные публикации по теме диссертации.

1. Веселое П.В. Определение работоспособности электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств. // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Выпуск 12. Часть З.-С. 194-197.

2. Веселое П.В. Математическая модель электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Выпуск 12. Часть 3. — С. 190-193.

3. Ядыкин Е.А., Веселов П.В. Моделирование переходных процессов в системе "электрогидроусилительный агрегат — рулевое управление" автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Выпуск 13. Часть З.-С. 181-183.

4. Патент №107559 на полезную модель. Гидравлическое распределительное устройство: Рос. Федерация. Степанов В.М., Веселов П.В. Опубл. 20.08.2011.

5. Патент №124241 на полезную модель. Электрогидроусилительный агрегат: Рос. Федерация. Степанов В.М., Веселов П.В. Опубл. 20.01.2013.

Изд.лиц.ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 21.11.2013 Формат бумаги 60x84 716. Бумага офсетная. Усл.печ. л. 1,2 Уч.изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 084 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.

Тульский государственный университет

На правах рукописи

04201452388

Веселов Павел Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальности: 05.04.13 - Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Степанов В.М. доктор технических наук, профессор Ядыкин Е.А.

Тула 2013

Содержание.

Введение........................................................................................................

1. Анализ конструктивных схем, режимов работы и методов расчета параметров и надежности электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств............................................................10

1.1. Анализ конструктивных схем и условий эксплуатации.................10

1.2. Надёжность электрогидроусилительного агрегата и методы её расчёта..................................................................................................................20

1.3. Методы расчета конструктивных и режимных параметров..........26

1.4. Цель и задачи исследования..............................................................36

1.5. Выводы................................................................................................37

2. Определение показателей надежности электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств.............................39

2.1. Определение уровня надежности.....................................................39

2.2. Условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности..........................................................................................................43

2.3. Диагностирование технического состояния электрогидроусилительного агрегата...............................................................48

2.4. Определение показателей надежности............................................51

2.5. Выводы................................................................................................55

3. Разработка методики определения рациональных конструктивных и режимных параметров электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств............................................................56

3.1 Разработка новых технических решений для повышения эффективности работы электрогидроусилительного агрегата.......................56

3.2 Моделирование переходных процессов в электрогидроусилительном агрегате рулевого управления и системе "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление"........................62

3.3. Определение рациональных конструктивных и режимных параметров системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление".........................................................................................................67

3.4. Выводы................................................................................................72

4. Экспериментальные исследования электрогидроусилительного

агрегата рулевого управления автотранспортных средств.............................74

4.1 Планирование эксперимента, методика проведения исследований.

...............................................................................................................................74

4.2. Исследование режимов работы электрогидроусилительного

агрегата................................................................................................................82

4.3 Определение остаточного ресурса и разработка системы непрерывного контроля диагностического параметра - времени реакции

системы "электрогидроусилительный агрегат - рулевое управление".........86

4.4. Выводы........................................ .........................................................94

Заключение.................................................................................................95

Литература.................................................................................................97

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы. Возрастающие скорости автотранспортных средств, при их эксплуатации требуют легкости управления, быстроты и точности вождения и безопасности движения.

Электро-гидроусилительные агрегаты (ЭГУА) рулевого управления улучшают маневренность и облегчают управление автотранспортными средствами. В процессе эксплуатации, в результате износа элементов сопряжения и наличия времени запаздывания в гидромеханической системе агрегата рулевого управления автотранспортными средствами, ухудшается их работоспособность, что вызывает повышение усилия на рулевое колесо и снижает реакцию всей системы в целом на управляющее воздействие, вызывая неустойчивое движение направляющих колес автотранспортных средств, запаздывание начала поворота колес относительно поворота рулевого колеса и колебания направляющих колес. Это приводит к повышению утомляемости водителя во времени, недоиспользованию энергетических возможностей скоростных автотранспортных средств и их отклонению от заданного направления движения, что снижает эффективность управления.

Из-за потери управляемости еще сохраняется тенденция того, что до 30% автомобильных катастроф связано с заносом и отклонением автотранспортных средств от траектории незаторможенного автомобиля на дорогах с сухим покрытием.

Поэтому, повышение эффективности функционирования ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств путем создания новых их конструктивных схем, и, определения рациональных параметров и показателей надежности работы системы рулевого управления, обеспечивающих повышение устойчивости и работоспособности агрегатов и

точности вождения, безопасности движения, наиболее полного использования энергетических возможностей автотранспортных средств для улучшения труда водителей, является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в повышении эффективности функционирования ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств путем обоснования их рациональных, конструктивных и режимных параметров, учитывающих в комплексе требуемый уровень надежности и характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Анализ конструктивных схем режимов работы и методов расчета параметров и показателей надежности ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

2. Установить закономерности формирования управляющих воздействий в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств, учитывающие характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов.

3. Определить зависимости для расчета уравнений надежности ЭГУА, учитывающие в комплексе функциональные связи ее показателей с временем реакции системы "ЭГУА - рулевое управление" на управляющие воздействия.

4. Исследовать переходные процессы в системе ЭГУА - рулевое управление для определения зависимостей по расчету ее конструктивных и режимных параметров.

5. Определить рациональные, конструктивные и режимные параметры ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности его функционирования и требуемого уровня надежности работы системы

"ЭГУА - рулевое управление".

6. Привести численные и экспериментальные исследования переходных процессов в системе "ЭГУА - рулевое управление" для оценки адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Идея работы заключается в обеспечении требуемой надежности и устойчивости функционирования системы "ЭГУА - рулевое управление", достигаемых путем разработанных новых технических решений элементов ЭГУА и определения рациональных его конструктивных и режимных параметров.

Объект исследования - ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

Предмет исследования - электромагнитные и электрогидравлические процессы, протекающие в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электрических цепей, гидравлических исполнительных систем, автоматического управления, теории надежности, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ.

Автор защищает:

1. Моделирование ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств, в комплексе учитывающих характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов, и надежность функционирования системы "ЭГУА - рулевое управление".

2. Закономерности формирования управляющих воздействий в ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств для определения на них времени реакции системы "ЭГУА - рулевое управление".

3. Зависимости для расчета уровня надежности ЭГУА, учитывающие в комплексе функциональные связи ее показателей с временем реакции системы "ЭГУА - рулевое управление" на управляющее воздействие.

4. Зависимости для определения рациональных конструктивных и режимных параметров ЭГУА рулевого управления автотранспортных средств на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности их функционирования и требуемого уровня надежности работы системы "ЭГУА - рулевое управление".

Научная новизна заключается в определении рациональных , конструктивных и режимных параметров ЭГУА рулевого управления автотранспортными средствами, закономерностей формирования управляющего воздействия и времени реакции на них системы "ЭГУА -рулевое управление" на основе разработанных новых технических решений по повышению надежности и эффективности их функционирования.

Она представлена следующими результатами:

- определены зависимости для расчета уровня надежности функционирования ЭГУА и системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортных средств, учитывающие функциональные связи показателей надежности с временем ее реакции на управляющее воздействие;

- установлены закономерности формирования управляющего воздействий в ЭГУА рулевого управления транспортными средствами и временем реакции системы "ЭГУА - рулевое управление", учитывающие в комплексе характеристики электромагнитных и электрогидравлических процессов и, надежность ее функционирования;

- определены условия реализации моделирования переходных процессов в системе "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортных средств и зависимости для расчета рациональных, конструктивных и

режимных параметров ЭГУА на основе разработки новых технических решений по повышению эффективности их функционирования и требуемого уровня надежности работы.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 14,5%, что допустимо в инженерных расчетах.

Практическое значение. Разработаны новые технические решения по повышению эффективности функционирования ЭГУА и методика расчета их рациональных, конструктивных и режимных параметров, обеспечивающих требуемый уровень надежности работы системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортных средств.

Реализация результатов работы. Основные научно-практические результаты работы приняты к внедрению на предприятии ООО "Стромсервис плюс", а также используются в учебном курсе "Механика электрических машин" на кафедре "Электроэнергетика" Тульского государственного университета.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы доказывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского Государственного Университета (г. Тула, 2010-2013), Международной научно-технической конференции "Энергосбережение" (г. Тула, 2010-2013), V и VI молодежной научно-практической конференции ТулГУ Молодежные инновации (г. Тула, 2011г.), Пятой международной школе семенаре молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (г. Москва, 2010г.), У1Международной конференции по автоматизированному электроприводу "АЭП-2010" (г. Тула, 2010), 7-ой и 8-ой Международной конференции

"Силовая электроника и энергетика" (г. Москва, 2010-2011г.), VII Международной конференции по автоматизированному электроприводу "АЭП-2012" (г. Иваново, 2012г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ, включая 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК, а также 2 патента РФ на полезную модель.

Автор выражает благодарность: профессорам, докторам технических наук Степанову В.М. и Ядыкину Е.А., доценту, кандидату технических наук Меркулову Н.М. за научные консультации и помощь при проведении исследований.

1. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ НАДЕЖНОСТИ

ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНОТО АГРЕГАТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

1.1. Анализ конструктивных схем и условий эксплуатации.

Современные автотранспортные средства являются сложной электромеханической системой, где используются различные типы электрогидроусилительных агрегатов рулевого управления.

По принципу действия электрогидроусилительные агрегаты рулевого управления современного автотранспорта подразделяются на три типа:

- работающие при постоянном расходе (система постоянного рас-хода -СПР);

- работающие при постоянном давлении (система постоянного давления - СПД);

- комбинированные.

Источником питания СПР служит обычно насос постоянной, а СПД переменной производительности. Преимуществом системы постоянного расхода является низкая стоимость, определяемая простотой источника питания, и большая экономичность работы. Преимуществом системы постоянного давления является возможность привода несколько одновременно работающих устройств и большая устойчивость /14/. Основное различие между ними заключается в характере изменения давления во время рабочего процесса системы. В системе постоянного расхода со смещением управляющего золотника от нейтрального положения (при повороте рулевого колеса) давление в системе повышается от минимального значения, обусловленного сопротивлением потоку в

нейтральном положении золотника, до давления, обусловленного нагрузкой выхода. В системе постоянного давления при смещении золотника давление в системе уменьшается от своего максимального значения, ограниченного настройкой предохранительного клапана, до давления, обусловленного нагрузкой выхода. В СПР давление возрастает медленно, пока не перекроется слив, а затем - быстро. В случае СПД при смещении управляющего золотника давление быстро снижается до давления нагрузки. Таким образом, отличие в способах управления потоком делают систему постоянного давления более чувствительной к управляющему воздействию. Однако в силу своей экономичности, в рулевых приводах наибольшее распространение получили системы постоянного расхода, т.е. системы с проточным золотником в нейтральном положении (с «открытым центром»).

Применяются комбинированные системы рулевого управления, объединяющая в себе преимущества СПР и СПД.

По структурным особенностям электрогидроусилительные агрегаты рулевого управления также подразделяются на три группы:

- электрогидромеханическое рулевое управление с объемным гидроприводом (ЭГРМУ);

- электрическое рулевое управление (ЭРУ);

- электрогидравлическое рулевое управление (ЭГУР).

ЭГМРУ представляет собой рулевое управление с гидроусилителем, характерной особенностью которого является наличие электромеханической связи рулевого колеса с направляющими колесами и электромеханической обратной связи штока поршня с управляющим золотником гидроусилителя. Со структурной точки зрения ЭГМРУ представляет собой следующую систему с жесткой отрицательной обратной связью. Однако встречаются случаи, когда ЭГМРУ не имеет обратной связи, выполненное по разомкнутой схеме. Управление такой машиной в аварийном режиме не

возможно, и применение такой схемы не типично. Главным недостатком ЭГМРУ является снижение его чувствительности в процессе эксплуатации, что выражается в увеличении усилия на рулевом колесе выше допустимого, неустойчивом движении направляющих колес и запаздывании в отработке направляющими колесами поворота рулевого колеса.

В последнее время на автотранспортных средствах находит применение электрогидроусилительный агрегат с объемным гидроприводом рулевого управления, называемый также электрогидростатическим, выполненный чаще всего по одноконтурной схеме. Со структурной точки зрения он представляет собой следующую систему с электрогидравлической обратной связью, которая в отличие от ЭГМРУ не охватывает силовой цилиндр. Основным преимуществом ОГРУ является возможность его свободной компоновки на автотранспортном средстве и обеспечение высокого уровня унификации основных узлов для мобильных машин различного назначения. Основными недостатками ЭГМРУ являются отсутствие главной обратной связи, что приводит к нестабильности динамических характеристик рулевого управления и вызывает нарушение однозначности связи перемещения рулевого колеса с углом поворота направляющих колес в процессе эксплуатации, и невозможность упра�