Машиностроение и машиноведение 2. Экспериментальные данные о наличии в поверхностных пленках хлора и серы свиде- тельствуют о том, что в условиях ЭИП анодное растворение сталей происходит с непосредст- венным участием анионов раствора электроли- та: хлорид- и сульфат-ионов при ЭИП соответ- ственно конструкционных углеродистых и коррозионностойких сталей. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Новиков, В. И. Повышение эффективности изго- товления сложнопрофильных деталей из легированных сталей методом электролитно-плазменного полирования: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.07 / В. И. Нови- ков; Санкт-Петербургский гос. политехн. ун-т. – Санкт- Петербург, 2010. – 19 с. 2. Куликов, И. С. Электролитно-плазменная обработ- ка материалов / И. С. Куликов, С. В. Ващенко, А. Я. Ка- менев. – Минск: Беларуская навука, 2010. – 232 с. 3. Влияние электролитно-плазменной обработки на структуру и свойства поверхностного слоя стали 12Х18Н10Т / И. В. Фоминихина [и др.] // Вести НАН Бе- ларуси. Серия физико-технических наук. – 2008. – № 3. – С. 24–29. 4. Фиргер, И. В. Термическая обработка сплавов / И. В. Фиргер. – Л.: Машиностроение, 1982. – 304 с. 5. Способ обезуглероживания стали и электролит для его осуществления: а. с. 969761 СССР, МКИ3 C 21 D 8/12, C 25 F 3/06 / С. В. Земский, А. А. Факторович, П. Н. Бел- кин, Е. А. Пасинковский; Ин-т прикл. физики АН МССР. – № 2904711; заявл. 20.02.80; опубл. 30.10.82 // Открытия. Изобрет. – 1982. – № 40. 6. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты метал- лов / Н. П. Жук. – М.: Металлургия, 1976. – 472 с. 7. Атанасянц, А. Г. Анодное поведение металлов / А. Г. Атанасянц. – М.: Металлургия, 1989. – 151 с. 8. Роль поверхностных пленок в анодном растворе- нии металлов / С. А. Лилин [и др.] // Докл. АН СССР. – 1986. – Т. 289, № 2. – С. 409–412. 9. Подобаев, А. Н. Адсорбционное взаимодействие воды с металлами и его роль в процессах электрохимиче- ской коррозии: автореф. дис. … докт. хим. наук: 05.17.03 / А. Н. Подобаев; Научн.-исслед. физ.-хим. ин-т им. Л. Я. Кар- пова. – М., 2008. – 48 с. 10. Раствор для полирования металлических изделий: а. с. 1665727 СССР, МКИ5 C 25 F 3/00 / С. И. Романчук, Ю. В. Синькевич, Е. Я. Головкина; Белорус. политехн. ин-т. – № 4617566; заявл. 09.12.88. – ДСП. 11. Синькевич, Ю. В. Фазовый состав и микрострук- тура электроимпульсно полированной поверхности корро- зионностойких сталей / Ю. В. Синькевич, И. Н. Янков- ский // Прогрессивные технологии и системы машино- строения: междунар. сб. науч. тр. / Донецкий национ. техн. ун-т. – Донецк, 2009. – Вып. 37. – С. 233–238. 12. Исаевич, Л. А. Исследование процесса получения высокопрочной проволоки из стали 12Х18Н10Т волоче- нием с электролитно-плазменной обработкой поверхно- сти / Л. А. Исаевич, Ю. Г. Алексеев, А. Ю. Королев // Вестник БНТУ. – 2005. – № 6. – С. 30–33. Поступила 19.09.2012 УДК 629.113.115 ФОРМИРОВАНИЕ РАСХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОУСИЛИТЕЛЯ РУЛЯ С РОТОРНЫМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ Кандидаты техн. наук, доценты МИХАЙЛОВ В. В., СТРОК Е. Я. ГНУ «Объединенный институт машиностроения» НАН Беларуси Повышению эффективности, качества и безопасности движения современных мобиль- ных колесных машин способствует примене- ние автоматических саморегулирующих систем. К ним также можно отнести систему контроля курсовой устойчивости движения, в которой на единый электронный управляющий модуль из- бирательно могут быть замкнуты несколько функционально независимых контуров: систе- мы рулевого управления, тормозной системы, включая АБС, подвески, системы активного 10 Наука техника, № 6, 2012 и Science & Technique Машиностроение и машиноведение контроля тяги, системы регулирования привода и двигателя [1]. Каждая из этих систем может создаваться самостоятельно и независимо от других. При их отработке они могут быть представлены адекватными моделями, сведенными в единый управляемый комплекс, а также совмещаться с моделями самой машины, двигателя, дороги и внешней среды [2, 3]. Из четырех известных принципов построе- ния систем рулевого управления мобильных машин наиболее компактными и перспектив- ными являются конструкции, созданные по принципу управления поворотными рычага- ми [4]. Эти конструкции обладают хорошими возможностями относительно простой нели- нейной компенсации возникающих угловых отклонений осей машины, бокового увода шин, динамических и сцепных свойств поверхности и шин при движении на переменных скоростях с переменными частотами вращения двигате- лей и приводимых насосов. При этом в испол- нительные цепи рулевого управления дополни- тельно вводят корректирующие звенья (вплоть до оборудования автономной системы элек- тронной поддержки водителя), которые позво- ляют целенаправленно компенсировать или, по крайней мере, минимизировать возникающее искажение движения или «рыскание» машины. Присутствие в исследуемых контурах элект- рических, гидравлических и механических уст- ройств одновременно ставит вопрос создания и отработки математических моделей наряду с последующим их исследованием [5]. Силовые контуры гидроусилителя как объекта управления. Для того чтобы получить приемлемые характеристики криволинейного движения автомобиля, необходимо обеспе- чить высокую скорость срабатывания системы управления при минимуме колебательных яв- лений в силовых контурах [6]. Поэтому боль- шинство гидроусилителей сегодня имеют в своем составе роторные распределители гид- равлических потоков. Они выполняются по мостовой схеме, как показано на рис. 1. Схема изменения потоков роторного распределителя показана на рис. 2. При повороте рулевого колеса (не показано) силовое возмущение передается на рулевой ме- ханизм, преобразовывающий вращательное движение в поступательное движение деталей рулевого привода. В зависимости от нагрузки сопротивления на управляемых колесах появ- ляется угол рассогласования золотника U. Ста- билизации элементов рулевого привода способ- ствует гидравлический подпор жидкости в по- лостях A и B. В нейтральном положении гидравлический поток от насоса QN делится пополам кромками роторного золотника. Пото- ки дросселируемых участков Qza1, Qza2, Qzb1, Qzb2 формируются равными площадями соот- ветствующих сечений f0. В полостях A и B гид- роцилиндра создается давление подпора pN, равное удвоенному значению давлений pA, pB. Рис. 1. Схема работы гидравлического моста Рис. 2. Схема изменения потоков роторного распределителя По мере роста сопротивления повороту управляемых колес торсион распределителя скручивается, что приводит вначале к выбору механических зазоров и последующему увели- чению угла рассогласования U между гильзой и золотником. В соответствии с направлением вращения руля роторный распределитель, ра- ботая по принципу гидравлического моста, как –Qp fza2 = 0,5f0 – f(u) fza1 = 0,5f0 + f(u) QN Qza2 Qza1 Qzb1 Qp + fzb1 = 0,5f0 – f(u) fzb2 = 0,5f0 + f(u) Qzb2 pN p0 = 0 Угол U рассогласования золотника В N А М –Qp QN Qza2 Qza1 Qzb1 +Qp уz N Угол U рассогласования золотника Торсион распределителя Qzb2 В A Подвижная гильза а b 11 Наука Science & Technique техника, № 6, 2012 и Машиностроение и машиноведение на рис. 2, одновременно и попарно открывает одни дросселирующие щели, например напора полости А–Qza1 и слива полости В–Qzb2, закры- вая другие – Qza2, т. е. слива полости А и Qzb1 – нагнетания полости B. При этом гидравличе- ские проводимости формируются увеличением площадей переменных сечений za1 и zb2 fza1 = fzb2 = 0,5f0 + f(u) и уменьшением для дросселирующих щелей za2 и zb1 fza2 = fzb1 = 0,5f0 – f(u). Поворот автомобиля в нужную сторону оп- ределяется направлением вращения рулевого колеса и знаком U соответственно. Силовая «помощь» гидроусилителя осуществляется до тех пор, пока угол рассогласования U в гидрав- лической паре «гильза – ротор» находится в некоторых пределах Umin < U < Umax, что обеспечивает следящее действие системы. Компенсация силовых нагрузок на управляе- мых колесах, например наезд на препятствие или попадание в выбоину, производится внача- ле возникновением усилия на поршне, что вы- зывает возникновение давления в соответст- вующей полости и рулевом колесе. Далее, для приведения системы в равновесие водителю необходимо вносить корректировку путем по- ворота руля. Характеристика роторного распредели- теля. Очевидно, что мгновенное геометриче- ское место точек образовываемого сечения формирует не только площадь f(u) потока, но и соответствующий каждой паре кромок рас- ход Qi. При проработке узла для U = 0 предва- рительно задаются геометрическими парамет- рами золотниковой пары с целью обеспечения требуемого давления питания QN (подпитки или подпора). Для заданной производительно- сти насоса QN определяют также максимально возможный угол открытия U < Umax, назначают допустимый люфт |Umax|–|Umin| и вид закона дросселирования f(u). Величину потока рабочей жидкости находят для одной дросселирующей щели, перенося количество щелей на одном роторе на общее компоновочное решение. Обычно роторный рас- пределитель содержит три элементарные щели или пары. Таким образом, общий поток QN на- сосной магистрали питает шесть элементарных пар, которым при U = 0 соответствует общая площадь f0 дросселирования. Для рассматриваемого случая в качестве ис- ходных параметров были заложены следую- щие: диаметр сопряжения «гильза – ротор» dz = 0,022 м; плотность жидкости γ = 900 кг/м3; производительность насоса QN = 7/(1000 ⋅ 60) м3/с. Зазор yz между кромками паза гильзы и вы- ступа ротора, а также длина паза lz при количе- стве сопряжений n = 3 определяют начальную площадь дросселирования f0 = 2yzlzn. Зазор уz можно определить исходя из шири- ны a паза гильзы и ширины b выступа ротора при нулевом положении ротора, когда U = 0 yz = 0,5(a – b). В настоящей статье для заданных a = 0,006 м; b = 0,0056 м (рис. 2) и длины паза lz = 0,0195 м получена величина давления питания pN = 2 бар. Нетрудно показать, что в исходном положе- нии давление в полостях гидроцилиндра pA = = pB = 0,5pN для режима «нейтрали» или холо- стого хода, а суммарное значение площади жи- вого сечения при этом равно f0 = 12,8 ⋅ 10–6 м2. Поскольку геометрические размеры частей распределителя и формируемые при этом гид- равлические и силовые параметры системы между собой взаимосвязаны, компромисс сле- дует искать где-то между желаемой точностью и производственными возможностями. Выбор закона дросселирования. Чтобы получить адекватную зависимость перемеще- ния поршня гидроцилиндра от величины рассо- гласования U, необходимо проведение ряда испытаний, по результатам которых строится семейство кривых «угол рассогласования – давление» при различных величинах подачи рабочей жидкости в рабочую поршневую по- лость. Обычно потерями в магистралях пренеб- регают. На практике нагрузочную характери- стику определяют при полной блокировке поршня, а регистрируют при этом лишь давле- ние в насосной магистрали, например, как по- казано на рис. 3. Обычно такую характеристику используют лишь для оценки качества производимой про- 12 Наука техника, № 6, 2012 и Science & Technique Машиностроение и машиноведение дукции путем сравнения замеренных точек с полем графика, определяющим допустимые разбросы давлений и углов. Использовать для моделирующих расчетов такие зависимости нельзя, поскольку они не устанавливают связей с расходом. Такую характеристику еще назы- вают «статической». Нижнему ее участку соот- ветствует свободный угол поворота ротора в пределах механических зазоров, который пере- ходит в крутой подъем увеличения при даль- нейшем увеличении угла рассогласования U, определяющий движение жидкости потребите- лям. Ширина участка крутого подъема соответ- ствует углу полного открытия роторного рас- пределителя и полной подаче рабочей жид- кости. Рис. 3. Общий вид нагрузочной характеристики роторного распределителя «угол рассогласования – давление» Закон нарастания давления (крутизны) в ра- бочей полости гидроцилиндра может быть представлен зависимостью pA = 0,5p0 + KpU. Коэффициент Kp определяет закон нарастания давления и зависит от конструкции распреде- лителя. Обычно его значения соответствуют диапазону Kp = 1,0–1,7 МПа/град. В силу сим- метричности распределителя в нейтральном положении все площади сечений должны быть равны. С появлением рассогласования влияние открываемых площадей всегда больше закры- ваемых. В дальнейшем подбирают такую модель из- менения геометрии сечения, которая в наиболь- шей степени будет соответствовать не только технологическим возможностям изготовителя, но и принятому закону дросселирования. Кор- ректировку закона производят как продольным профилированием рабочих кромок ротора, так и поперечным – путем нанесения поперечных впадин различного сечения (треугольных, овальных и пр.). Для рассматриваемого случая будем счи- тать, что площадь сечения потока по углу пово- рота ротора определяется двумя этапами: пер- вым, определяющим изменение сечения прямо- угольной формы, и вторым – изменением сече- ния профилирующих впадин на кромках до полного их перекрытия. На рис. 4 представлен график, построенный по расчетным данным, для определения «живо- го» сечения при указанных значениях произво- дительности насоса и геометрических парамет- рах сопряжений «гильза – ротор», полученных для профилирующих кромок треугольного се- чения. Угол рассогласования, град. Рис. 4. График изменения «живого» сечения, полученный расчетным путем для одной пары «гильза – ротор» Наклонный участок характеристики на рис. 4 соответствует закрытию прямоугольного сечения для угла в пределах Umin < U < U1, и второго – горизонтального участка – для U1 < U < Umax. Для задания указанных геометрических па- раметров сопряжения «гильза – ротор» значе- ния Umin были приняты следующими: 0 < Umin < < 0,15°; U1 = 0,587°; Umax = 3,15°. При этом значения Umin фактически отражают суммар- ный механический и гидравлический люфты. Текущие суммарные площади живых сече- ний на основном участке наклонной кривой можно получить из следующих выражений для случая нагнетания давления в полость А и сли- ва из полости B: fzA1 = fzB2 = 0,5f0 + 0,5dzUlzn; fzA2 = fzB1 = 0,5f0 – 0,5dzUlzn. р, МПа U, град. pmax –U –6 –3 0 Umax Umin U1 6 3 9 6 3 0 0,20 0,40 0,60 0,80 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 1,00 3,15 Umax = 3,15° U1 = 0,587° Umin = 0,01° П ло щ ад ь «ж ив ог о» с еч ен ия о дн ой п ар ы «г ил ьз а – ро то р» , м м 2 0, 01 13 Наука Science & Technique техника, № 6, 2012 и Машиностроение и машиноведение При U > 0,587° значения площадей «живых» потоков приняты равными fzA2 = fzB2 = 0,03 ⋅ 10–6 м2. В Ы В О Д Ы При разработке математической модели гидромеханического рулевого управления ав- томобиля, оснащенного рулевым механизмом, совмещенным с гидроусилителем и роторным распределителем, необходимым условием ее адекватности и работоспособности является получение текущего значения расхода, зада- ваемого распределителем и определяемого ди- намическим изменением проходных сечений напорных и сливных контуров. При этом рас- ходную характеристику необходимо опреде- лять с учетом разнонаправленного кинемати- ческого возмущения, механических зазоров, возможного влияния гидравлического люфта, а также выбранного закона дросселирования. Учет этих факторов позволит получить адек- ватный математический аналог гидромеханиче- ского рулевого управления для проведения полноценных исследований. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Сазонов, И. С. Динамическое регулирование ре- жимов движения полноприводных колесных машин / И. С. Сазонов; под общ. ред. А. Т. Скойбеды. – Минск: БГПА, 2001. – 185 с. 2. Высоцкий, М. С. Расчеты кинематики, динамики и ресурса многомассовых систем мобильных машин: ос- новные направления и перспективы развития / М. С. Вы- соцкий, В. Б. Альгин // Механика машин, механизмов и материалов. – 2008. – № 1(2). – С. 17–23. 3. Cole, D. Driver steering control behavior / D. Cole, A. Odhams, A. Keen // Vehicle Dynamics International. com. – Annual Showcase. – 2011. – Р. 34–37. 4. Грушников, В. А. Современные схемы рулевого управления АТС и их исполнение / В. А. Грушников // Ав- томобильная промышленность. – 2010. – № 8. – С. 8–14. 5. Heisler, H. Advanced Vehicle Technology / H. Heis- ler // Butterworth – Heinemann. – Elsevir Science. – 2002. 6. Селифонов, В. В. Динамика криволинейного дви- жения автомобиля с учетом характеристик распредели- тельного устройства гидроусилителя рулевого управле- ния / В. В. Селифонов, Э. Н. Цыбунов // Автомобильная промышленность. – 2007. – № 2. – С. 21–23. Поступила 02.03.2012 УДК 629.7.01 МОДЕРНИЗАЦИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЯРОСЛАВСКОГО МОТОРНОГО ЗАВОДА Канд. техн. наук МИРОНОВ Д. Н., СОЛОМЕВИЧ В. И. Белорусский национальный технический университет В настоящее время в Вооруженных силах Республики Беларусь происходит замена авто- кранов и землеройных автомобилей на базе КрАЗ, КамАЗ, «Урал», выработавших назна- ченный ресурс, на новые машины отечествен- ного производства. После мирового экономического кризиса и увеличения цен на нефтепродукты перед Вооруженными силами поставлена задача со- кращения расхода горюче-смазочных материа- лов. Вместе с тем, объем выполняемых задач инженерными войсками не изменился и их вы- полнение при выделенном количестве горюче- смазочных материалов не представляется воз- можным без замены автопарка инженерных войск республики на более экономичные и с меньшим уровнем шумности машины. 14 Наука техника, № 6, 2012 и Science & Technique