Транспорт 37 Наука Science & Technique техника, № 3, 2013 и В Ы В О Д Ы 1. Анализ мехатронных систем управления фрикционными сцеплениями показал, что вви- ду возможного отказа электроники, отсутствия или утечки воздуха из питающей/управляющей магистрали автоматизированного привода си- стема должна обеспечивать реализацию ава- рийной функции, позволяющей сохранить по- движность транспортного средства. 2. Спроектированный дуплексный привод сухого фрикционного сцепления полностью работоспособен и при его интеграции в ме- хатронную систему управления силовым агре- гатом позволит повысить ее надежность за счет использования двухрычажной конструкции уз- ла выключения сцепления, обеспечивающей независимость работы двух контуров для со- хранения функции управления фрикционным сцеплением в аварийной ситуации. 3. Как видно из представленной осцилло- граммы, диапазон регулирования управляюще- го сигнала недостаточно широк и составляет приблизительно 16–18 % ШИМ, что не позво- ляет осуществлять «тонкое» управление про- цессом включения сцепления. Для расширения диапазона и, следовательно, качества управле- ния необходимо согласовать упругую харак- теристику нажимного устройства сцепления с геометрическими параметрами исполнитель- ного механизма, рабочей характеристикой электромагнитного пропорционального клапа- на и выходным каскадом контроллера. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Road transport: Volvo FE gets I-Sync automatic transmission. [Electronic resource] / B. Weatherley, W. Shi- ers. – Movable Type Enterprise, 2009. – Mode of access: http://www. Road Transport\Volvo FE gets I-Sync automatic transmission. More two-pedal treats from Biglorryblog! – BigLorryBlog.html . – Date of access: 20.11.2009. 2. Механизм автоматизированного переключения пе- редач в механической ступенчатой коробке передач: пат. 2192973 С2 Рос. Федерация, МПК7 В60К20/00, МПК7 В60К20/02 / Р. М. Фадеев; заявитель ОАО «КамАЗ». – № 2001104251/28; заявл. 13.02.01; опубл. 20.11.02. – 6 с. 3. ZF – AS Tronic® // ZF tech. information. – Sheet-No 1327 750 102a. – ZF Fridrichshafen AG, Germany, 2001. – 23 p. 4. Fuller®Automated Transmissions: Fuller®Ultra- Shift® LST -LHP, -LEP // Eaton tech. information: condensed specifications TRSL-0300, -0318 807 2.5M/WP, TRSL – 0314 807 2M/WP. – Eaton Corporation, USA, 2007. – 6 p. 5. Method of controlling an automated mechanical trans- mission shift mechanism: pat. 5325029 USA, int. Cl.5 B60K 17/12 / D. P. Janecke, L. A. Kominek, S. A. Edelen; assignee Eaton Corporation. – № 985190; filed 11.30.92; date of patent 28.06.94. – 14 p. 6. ZF AS Tronic и ZF AS Tronic mid: техническое ру- ководство по установке, работе и вводу в эксплуатацию // ZF tech. Information. – Sheet-No 1328 765 901f21. – ZF Fridrichshafen AG, Germany, 2005. – 105 p. 7. Opticruise: description of operation and work de- scription // Scania tech. information 05:05-02. – Sheet-No 1 585 369. – Scania CV AB, Sweden, 1995. – 84 p. 8. Fuller®Automated Transmissions: AutoShiftTM 18-Speed / Eaton tech. information: condensed specifications TRSL-0285 806 2M/WP. – Eaton Corp., USA, 2006. – 2 p. 9. Карпиевич, Ю. Д. Теоретические основы создания систем бортового диагностирования тормозов автомоби- лей: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.03 / Ю. Д. Кар- пиевич. – Минск, 2003. – 42 с. Поступила 18.10.2012 УДК 681.527.34 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА НАВЕСНОГО УСТРОЙСТВА Канд. техн. наук, доц. СТРОК Е. Я.1), канд. техн. наук БЕЛЬЧИК Л. Д.1), инж. АЛЕКСАНДРОВА Т. Л.1), канд. техн. наук ГОРАВСКИЙ С. Л.2) 1)ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси», 2)Минский электротехнический завод имени В. И. Козлова Энергонасыщенные тракторы для управле- ния технологическим оборудованием посред- ством навесных устройств широко оснащают- ся автоматизированным гидроприводом. Опыт функционирования тракторных агрегатов пока- зывает, что применение тяжелых орудий тре- Транспорт 38 Наука и Science & Technique техника, № 3, 2013 бует ограничения скорости их опускания, кото- рая, например для массивных оборотных плу- гов, может приблизиться к скорости свободного падения. Следствием такой работы регулирую- щих устройств может быть поломка деталей почвообрабатывающих орудий. Кроме этого, при автоматическом регулировании глубины пахоты требуется соответствие величины коррекции по- ложения навесного устройства рассогласованию между уставкой и сигналом силоизмерительных датчиков в шарнирах нижних тяг. Это обстоя- тельство также требует обеспечения независимо- сти скорости опускания от веса орудий. Таким образом, при работе сельскохозяйственного мо- бильного агрегата гидросистема должна обеспе- чивать плавность и точность движения рабочих органов. В качестве объекта исследования выбран опытный образец электрогидравлического регу- лятора, который имеет ряд общих конструкци- онных признаков с компонентами гидравличе- ской системы навески трактора [1]. Известные из литературных источников [2, 3] методики иссле- дования гидравлических приводов не учитывают взаимного влияния конструкционных парамет- ров клапанно-золотниковых элементов электро- гидравлического регулятора на его выходные характеристики в режиме опускания навесного устройства, т. е. вопрос определения их рацио- нальных значений рассматривался как однофак- торный. В связи с этим была поставлена задача разработать методику обоснования конструк- ционных параметров электрогидравлического регулятора при опускании навесного устройства на основе многофакторного анализа планируе- мых вычислительных реализаций математиче- ской модели на компьютере. При этом необхо- димо выявить зависимость скорости опуска- ния навесного устройства трактора от веса ору- дий, а также весовой порог ограничения этой скорости. Составление математического описания. Функционирование электрогидравлического ре- гулятора в режиме опускания навесного устрой- ства описывается дифференциальными и алгеб- раическими уравнениями согласно принципи- альной и расчетной схемам, которые отражают его конструкцию. Принципиальная схема конту- ра опускания электрогидравлического регулято- ра навесного устройства представлена на рис. 1. Рис. 1. Принципиальная схема контура опускания электрогидравлического регулятора навесного устройства Опускание навесного устройства осуществ- ляется посредством гидроцилиндров 1 при вы- теснении рабочей жидкости через подпружи- ненный выпускной клапан 2, управляемый электромагнитом 3. Ограничение скорости опускания навесного устройства реализуется за счет изменения гидравлической проводимости подпружиненного золотника 4, который сме- щается в сторону закрытия под действием пе- репада давления рабочей жидкости на измери- тельном дросселе 5. При составлении математического описания согласно расчетной схеме приняты следующие допущения: величиной сухого трения вслед- ствие ее незначительности можно пренебречь; волновые процессы в трубопроводах из-за их малой длины не влияют на динамику привода; модуль упругости рабочей жидкости является постоянной величиной, которая не зависит от давления и температуры; нерастворенный воз- дух в жидкости отсутствует; коэффициенты вязкости жидкости и расхода управляемых дросселей регулятора – постоянные величины; гидравлические потери в трубопроводах и ка- налах малы, поэтому ими можно пренебречь. Расчетная схема контура опускания элект- рогидравлического регулятора навесного уст- ройства представлена на рис. 2 в виде физиче- ских аналогов конструкционных элементов (масса, податливость, вязкое трение, гидравли- ческая проводимость, скорости перемещения подпружиненных масс и др.). На схеме показано, что под действием силы веса G рабочего органа массой М поршни гид- роцилиндров навесного устройства площа- Транспорт 39 Наука Science & Technique техника, № 3, 2013 и дью f/2 перемещаются со скоростью ,x а рабо- чая жидкость сжимается в объеме V/2 под дав- лением p и поступает последовательно в дрос- сели выпускного клапана и подпружиненного золотника соответственно с проходными сече- ниями k1 и k2. Рис. 2. Расчетная схема контура опускания электрогидравлического регулятора навесного устройства Для управления перемещением x1 выпуск- ного клапана с массой m1, подпружиненного с жесткостью c1, в условиях вязкого трения 1 и начального поджатия x1S электромагнит регу- лятора навесного устройства реализует пере- становочное усилие F при токе i, формируя гидравлическую проводимость k1 и давление p1. Перепад давления p2 на измерительном дрос- селе с гидравлической проводимостью k3 зо- лотника с массой m2, подпружиненного с жест- костью c2, в условиях вязкого трения 2 и на- чального поджатия x2S, позволяет ограничить скорость опускания x гидроцилиндров навес- ного устройства. При отключенном электромагните имеют место следующие соотношения: 0;Sx ;0Sx 1 0;Sx 1 0;Sx 2 0;Sx 2 0;Sx 1 0;Sp 2 0;Sp 0;Si 1 0;Sk 2 0,00000149Sk м 1/3кг1/2; 6 3 0,5719 10Sk м 1/3кг1/2; причем G M g ; , G S Gk p f где kG – коэффициент передачи навесного устройства. Изменение тока i в обмотке электромагнита описывается во временной координате t при квантовании с шагом t и предыдущими зна- чениями t0 и i0 путем вычислительных реализа- ций следующих соотношений между напряже- нием U, активным сопротивлением R и посто- янной времени T: 0 ;t t t 0 1 ; di U i dt R T 0 . di i i t dt Движение выпускного клапана описывается следующими формулами с учетом предыдущих значений перемещения x10: 2 1 10 1 1 10 12 1 1 ;e d x dx k i c x N m dtdt 2 1 1 1 2 0 ; dx dx d x t dt dt dt 1 1 10 , dx x x t dt где N1 – усилие предварительного поджатия возвратной пружины; ke – коэффициент пере- дачи электромагнита. Граничные условия в этом случае имеют вид: если 1 0,x то 1 0,x 1 0; dx dt если 31 3 10 ,x то 3 1 3 10 ,x 1 0. dx dt Площадь и гидравлическая проводимость дросселя выпускного клапана определяются по формулам: 2 1 1 3 max ; b f x h 1 1 2 ,k f где и – коэффициент расхода и плотность рабочей жидкости; bmax, h – геометрические параметры дросселирующих пазов. Давление в полости гидроцилиндра и пере- мещение его поршня можно определить c уче- том предыдущих значений p0 и p10 согласно уравнениям: 0 1 0 10 ; dp E dx f k p p dt V dt р р1 р2 k2 k1 k3 i F m1 m1 G 2 1 c1 c2 1x 2x x f/2 V/2 x1S x2S М Транспорт 40 Наука и Science & Technique техника, № 3, 2013 0 ; dp p p t dt 2 0 2 2 1 ;G G d x dx Gk fp dtdt Mk 2 2 0 ; dx dx d x t dt dt dt 0 , dx x x t dt где E – модуль упругости рабочей жидкости. Давления рабочей жидкости p1 и p2 на участках гидросистемы определяются согласно балансу расходов в узлах контура опускания: 1 1 2 1 2 ;k p p k p p 2 1 2 3 2 .k p p k p Путем алгебраических преобразований по- лучаем выражения: 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 ; k р k р р k k 2 2 1 2 2 2 2 2 2 4 1 2 2 3 2 . ( )( ) k k р p k k k k k Площади и гидравлические проводимости дросселя подпружиненного золотника и изме- рительного дросселя определяются по фор- мулам: 2 2 24,7( )f h x ; 2 2 2 ;k f 2 3 3 4 f d ; 3 3 2 ,k f где d3 – диаметр измерительного дросселя. Движение подпружиненного золотника, ограничивающего скорость опускания рабочего органа, вычисляется согласно дифференциаль- ным уравнениям: 2 2 2 2 2 2 20 22 2 0 1 ; d x dx fp c x N mdt dt 2 2 2 2 2 0 ; dx dx d x t dt dt dt 2 2 20 , dx x x t dt где f – активная площадь подпружиненного золотника; 2N – усилие предварительного поджатия пружины; x20 – предыдущее значение перемещения. Граничные условия при этом имеют вид: если 2 0,x то 2 0,x 2 0; dx dt если 2 0,003,x то 2 0,003,x 2 0. dx dt Исходные данные для расчета выходных ха- рактеристик контура опускания, отражающие конструкцию его компонентов, следующие: ke = 12,5 Н/А; R = 1,7 Ом; T = 0,012 с; = 50000 Н·с/м; g = 9,8 м/с2; G = 10000 Н; f = 0,01 м2; kG = 3; V = 0,0021 м 3; E = 1,5·109 Па; = 900 кг/м3; N1 =10 Н; = 0,62; 1 = 300 Н·с/м; π = 3,14; c1 = 7500 Н/м; h = 0,003 м; maxb = 0,00471 м ; f = 75,36·10–6 м2; N2 = 76 Н; 2 = 100 Н·с/м; c2 = 3160 Н/м; d3 = 0,005 м. Для обоснования конструкционных пара- метров электрогидравлического регулятора навесного устройства выполним многофактор- ный анализ с использованием компьютерного моделирования процесса функционирования контура опускания [4]. Откликом, или выход- ным параметром, интерполяционной модели является скорость опускания навесного устрой- ства. Для проведения многофакторного анализа необходимо выбрать факторы и установить для них интервалы варьирования (табл. 1). Результаты вычислительного эксперимента представлены в виде матрицы планирования (табл. 2), где строки соответствуют различным опытам, а столбцы – значениям факторов. Транспорт 41 Наука Science & Technique техника, № 3, 2013 и Таблица 1 Уровни факторов и интервалы варьирования Фактор, размерность Уровень фактора Интервал варьиро- вания Ij –1 0 +1 1х – активная площадь зо- лотника ограничения ско- рости опускания, мм2 67,9 75,4 82,9 7,5 2х – максимальная площадь дросселирующих отвер- стий выпускного клапа- на, мм2 38,2 42,4 46,6 4,2 3х – жесткость пружины золотника ограничения скорости опускания, Н/мм 2845 3160 3475 315 Таблица 2 Матрица планирования и результаты вычислительного эксперимента Номер опыта Кодированные значения факторов Пара- метр y х0 х1 х2 х3 1 + – – + 61,847 2 + – + – 61,657 3 + + – – 55,956 4 + + + + 56,238 5 + – – – 61,616 6 + – + + 61,898 7 + + – + 56,209 8 + + + – 55,980 jb 58,925 –2,830 0,018 0,123 * Коэффициент уравнения регрессии. При планировании вычислительного экспе- римента выполнялось требование совмести- мости факторов, а также их независимости, т. е. отсутствия корреляции между факторами. Условие некоррелированности не означает, что между факторами нет связи. Достаточно, чтобы указанная связь не была линейной. Уравнение регрессии, описывающее влия- ние конструкционных параметров на изменение выходного параметра y, имеет вид линейной интерполяционной модели при допущении от- сутствия взаимодействия факторов 1 2 358,925 2,83 0,018 0,123 .у х х х Анализ полученного уравнения регрессии показывает, что в области исследуемых пара- метров на величину скорости опускания навес- ного устройства наибольшее влияние оказывает активная площадь подпружиненного золотника ее ограничения. С помощью этой зависимости можно определить величину предельной скоро- сти опускания навесного устройства при любом сочетании конструкционных параметров элек- трогидравлического регулятора. С целью определения оптимальных конст- рукционных параметров контура опускания электрогидравлического регулятора на базе ин- терполяционной модели провели расчет круто- го восхождения, результаты которого приведе- ны в табл. 3. В качестве критерия оптимизации принимали отклонение скорости опускания навесного устройства от ее нормированного значения. При этом целью оптимизации явля- лась минимизация указанного отклонения. Таблица 3 Результаты расчета крутого восхождения Условие движе- ния по градиенту Фактор Пара- метр y 1х 2х 3х j jb I –21, 225 0,076 38,745 Шаг при измене- нии 2х на 0,005 –1,415 0,005 2,58 Опыт 9 73,985 42,405 3162,58 59,460 10 72,570 42,410 3165,16 59,995 11 71,155 42,415 3167,74 60,530 12 69,740 42,420 3170,32 61,065 13 68,325 42,425 3172,90 61,600 14 66,910 42,430 3172,48 62,135 Из анализа результатов опытов крутого вос- хождения видно, что наибольшее приближение к эксплуатационным нормам по критерию оп- тимизации имеет опыт 10 (активная площадь золотника ограничения скорости опускания – 72,57 мм2; максимальная площадь дроссе- лирующих отверстий выпускного клапана – 42,41 мм2; жесткость пружины золотника огра- ничения скорости опускания – 3165,16 Н/мм). Выбранные конструкционные параметры позволяют ограничить скорость опускания для рабочих органов различного веса (рис. 3). 0 2,0 4,0 t, с 6,0 Рис. 3. Зависимость скорости опускания навесного устройства от различных весовых параметров рабочих органов: 1 – G1 = 5000 Н; 2 – G2 = 10000 Н; 3 – G3 = 15000 Н; 4 – G4 = 20000 Н 2 1 4 3 0,06 ,x м/с 0,04 0,02 Транспорт 42 Наука и Science & Technique техника, № 3, 2013 Таким образом, для рабочих органов весом менее 5000 Н скорость опускания не достигает по своей величине нормированного значения, так как при выбранных конструкционных па- раметрах перепад давления на измерительном дросселе оказывается недостаточным для сме- щения подпружиненного золотника, ограни- чивающего скорость опускания навесного устройства, которая зависит только от гидрав- лической проводимости выпускного клапана. При весе рабочих органов более 10000 Н ско- рость опускания ограничена значением 0,06 м/с, что соответствует эксплуатационным требова- ниям. В Ы В О Д Ы 1. В области исследуемых конструкционных параметров электрогидравлического регулятора согласно полученной интерполяционной зави- симости наибольшее влияние на величину ско- рости опускания навесного устройства с рабо- чими органами оказывает активная площадь подпружиненного золотника ограничения ско- рости опускания. 2. С использованием компьютерного моде- лирования процесса функционирования конту- ра опускания и многофакторного анализа вы- числительного эксперимента по критерию ми- нимизации отклонения скорости опускания от нормированного значения определены следу- ющие рациональные конструкционные пара- метры: активная площадь подпружиненного золотника ограничения скорости опускания – 72,57 мм2, максимальная площадь дросселиру- ющих отверстий выпускного клапана – 42,41 мм2, жесткость пружины золотника ограничения скорости опускания – 3165,16 Н/мм. 3. В результате вычислительных реализаций установлено, что ограничение скорости опус- кания рабочих органов до значения 0,06 м/с, что соответствует эксплуатационным требовани- ям, осуществляется при их весе более 10000 Н. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Гидравлическая система навески трактора: пат. 2933 Респ. Беларусь, МПК7 А01 В 63/10 / С. А. Канаев, Н. А. Клышко; заявитель ПО «Минский тракторный завод им. В. И. Ленина». – № 9610384; заявл. 05.11.1996; опубл. 30.09.1999 // Официальный бюл. / Гос. патент. комитет Республики Беларусь. – 1999. – № 3 (37). – С. 233. 2. Горавский, С. Л. Обоснование параметров серво- распределителя для активной компенсации утечек рабо- чей жидкости в гидронавесной системе трактора: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.02 / С. Л. Горавский. – Минск, 2010. – 22 с. 3. Лурье, З. Я. Математическое моделирование дина- мики гидроагрегата навесного оборудования трактора / З. Я. Лурье, В. А. Макей, Е. Н. Цента // Восточно-Европей- ский журнал передовых технологий. – 2008. – № 2/4 (32). – С. 36–41. 4. Ящерицын, П. И. Планирование эксперимента в машиностроении / П. И. Ящерицын, Е. И. Махаринский. – Минск: Вышэйш. шк., 1985. – 286 с. Поступила 22.11.2012 УДК 656.13.338.47:656.13.658 НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ ИНИЦИАТИВЫ УКРАИНЫ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ БУДНИК С. И. Центр безопасности дорожного движения и автоматизированных систем при МВД Украины От уровня безопасности функционирования транспортной системы в значительной мере зависит успешное решение социально-экономи- ческих программ украинского государства. Но вместе с развитием транспортной системы и ростом количества транспортных средств по-