На нашем сайте используются cookie-файлы. Продолжая пользоваться данным сайтом, вы подтверждаете свое согласие на использование файлов cookie в соответствии с настоящим уведомлением и Пользовательским соглашением.
Журналы Материалы конференций Новости
Авторам
Вестник БГТУ Транспортное машиностроение Наукоёмкие технологии в машиностроении Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении Эргодизайн
Рубрики
Отправить рукопись
Вестник Брянского государственного технического университета
ВАК 05.22.10 УДК 62 ГРНТИ 73.31

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТИПА СОПЛО-ЗАСЛОНКА ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Опубликовано в Вестник Брянского государственного технического университета · Том 2020, Номер 5 · Страницы 32–38 · Рубрика: Транспорт
DOI: https://doi.org/10.30987/1999-8775-2020-5-32-38
Получено: 13.05.2020 Одобрено: 01.12.2025 Язык публикаций: RUS
Авторы
ОЧ
Очкур Галина Викторовна
АННОТАЦИЯ
Представлен расчет теоретической динамической характеристики электрогидравлического преобразователя типа сопло-заслонка, с целью обоснования возможности включения его в качестве регулирующего устройства в гидравлическую систему управления топливоподачей двигателя автомобиля КамАЗ. Методы исследования базируются на основах теории автоматического управления. Как следует из полученного графика переходной функции, время переходного процесса перемещения золотника электрогидравлического преобразователя из нейтрального положения в крайнее, при подаче на катушку индуктивности управляющего сигнала максимальной величины, не превышает 1,1 секунды, что является удовлетворительным для построения систем управления гидравлическими приводами.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
гидропривод, электрогидравлический преобразователь типа сопло-заслонка, динамическая характеристика
Текст Список литературы
Текст
Текст (PDF)
Читать Скачать

Введение

 

На современном этапе развития средств автоматического управления для построения качественных систем различных машин-автоматов, строительных, дорожных машин, железнодорожного транспорта и так далее, используются электрогидравлические устройства, преобразующие электрические входные сигналы в гидравлическую выходную мощность. Изучение работ ученых показывает[1-6], что такие устройства имеют хорошие характеристики с точки зрения управления гидравлическим приводом, позволяют получить большую точность в отслеживании системы.

Представляется возможным проектировать новые конструкции гидроприводов, содержащих подобные устройства, позволяющие упростить их конструкцию, улучшить их статические и динамические характеристики, и как следствие, эффективность работы в целом. В частности, видится возможным модернизация системы управления топливоподачей дизельного двигателя автомобиля КамАЗ. Для регулирования топливоподачей может быть использован регулятор, включающий в себя электрогидравлический преобразователь типа сопло-заслонка, воздействующий на рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД), микропроцессорный блок управления, гидропоршень, шток которого связан с рейками ТНВД и датчик положения рейки. Питание преобразователя можно обеспечить, как один из возможных вариантов, от шестерёнчатого насоса. Преимуществами данной системы станет повышение экономичности и ресурса двигателя автомобиля, благодаря увеличению точности позиционирования управляемого элемента электрогидравлического преобразователя.

Для проведения обобщенного анализа и осуществления предварительного синтеза автоматизированной гидравлической системы в целом, следует получить статические и динамические характеристики отдельных ее устройств.

В частности, следует провести расчет динамической характеристики электрогидравлического преобразователя типа сопло-заслонка, как одного из управляющих элементов гидропривода.

 

 

Конструктивные особенности электрогидравлического преобразователя

 

Широкое распространение в гидравлических системах получили электрогидравлические преобразователи мощности типа сопло-заслонка благодаря высокой чувствительности, сравнительной простоте конструкции и большой надёжности [7].  

Такие усилители выполняются двухкаскадными, в качестве первого каскада усиления служит преобразователь с двумя соплами и заслонкой. Вторым, более мощным каскадом усиления, является золотниковый преобразователь. Управляющим элементом электрогидропреобразователя является система дросселей, два из которых G1 и G2 – постоянные, а два других: G3 и G4 –переменные управляемые дроссели типа сопло-заслонка. Гидравлическая проводимость управляемых дросселей изменяется при смещении заслонки от нейтрального положения (рис. 1).

 

 

G3

рсл

I

I

G4

рпу

рсл

G1

G2

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема электрогидравлического

преобразователя сопло-заслонка

 

 

 

Расчет теоретической динамической характеристики электрогидравлического преобразователя

 

Для получения теоретической динамической характеристики электрогидравлического преобразователя типа сопло-заслонка разобьем его на следующие блоки: блок электромеханического преобразователя; блок гидроусилителя в виде отношения перемещения золотника к перемещению заслонки; блок обратной связи. При расчете передаточной функции электрогидропреобразователя использованы геометрические параметры преобразователя [8].

В первую очередь следует определить передаточную функцию электромеханического преобразователя. В общем случае его передаточную функцию можно представить:

,

где  - функция управляющей катушки, установленной на магнитопроводе, ; Kk – коэффициент передачи катушки управления, ; Rk – активное сопротивление катушки, ;     ρ – удельное сопротивление провода намотки; lН – длина провода намотки; fпн – площадь поперечного сечения провода намотки, ; dnн – диаметр провода намотки; Тk – постоянная времени катушки с магнитопроводом, ; Lk  – индуктивность катушки [9]; ; – функция, связывающая зависимость магнитной силы ΔF от силы тока ΔI в катушке;  – функция, связывающая зависимость перемещения заслонки Δh от магнитной силы ΔF, действующей на нее .

Следующим этапом расчета является определение передаточной функции второго блока электрогидропреобразователя. В общем случае передаточная функция гидроусилителя в изображении по Лапласу выглядит следующим образом:

,

где – перемещение золотника; h(s) – перемещение заслонки.

Расход  энергоносителя, поступающего в рабочую камеру золотника, рассчитывается по формуле:

        ,                         (1)

где fзол – площадь поперечного сечения плунжера золотника, fзол = 0,000314 м2.

Расход жидкости, создающей давление на торец золотника через коэффициенты KQh и KQp:

                     (2)

где KQh – коэффициент усиления по расходу; KQp – коэффициент скольжения по давлению;  – перепад давления в диагонали гидравлического моста.

Подставляя (2) в (1) получаем:

.

После необходимых преобразований, имеем:

Необходимо выразить  через перемещение золотника.

Уравнение движения золотника записывается в виде:

 

                             

 

34
 
где mзол – масса золотника, mзол = 0,243 кг; RГ – гидродинамическая сила, ; СГ – коэффициент жёсткости гидродинамической пружины золотника, , СГ = 842,63 ; µ – коэффициент расхода жидкости, µ = 0,5 – 0,7; b – ширина окна золотника, b = 0,063 м; рпу – давление управления, рпу = 96000 Па; pсл – давление слива, pсл = 42500 Па; ϴ – угол отклонения потока при прохождении через золотник, ϴ = 50 – 80° [10]; СЗ – жёсткость каждой подторцовой пружины золотника, СЗ = 2274 ; RТР.З – сила сухого трения золотника; R0 – сила залипания золотника в результате облитерации; bзол – коэффициент вязкого трения золотника, bзол  = 526 .

Так как силы RТР.З и R0, действующие на золотник, малы, уравнение (6) принимает вид:

 

 

                             

или в форме изображения по Лапласу при нулевых начальных условиях [9]:

                        

Тогда

                                                                                      

Произведя упрощения, получаем:

Тогда передаточная функция гидравлического усилителя принимает вид:

 

 

С учётом коэффициента усиления гидравлического мостика по давлению , передаточная функция примет вид:

.

После введения обозначений:

 – коэффициент усиления гидроусилителя,

где Kph – коэффициент усиления гидравлического усилителя-преобразователя по давлению, Kph = 1,265·108 ;

 – постоянная времени гидроусилителя;

 – коэффициент демпфирования,

окончательно получим:

После подстановки числовых значений и расчета коэффициентов, передаточная функция  распадается на два апериодических звена и ее знаменатель можно представить в виде:

 

 

.

 

35
 
При расчетах можно принять T2 = 0 в силу ее малого значения. Тогда окончательно пере­даточная функция принимает вид:

.

Для построения структурной схемы всего усилителя мощности необходимо обратить внимание на внутреннюю обратную связь от золотника к заслонке. Коэффициент обратной связи рассчитывается:

,

где KhPy – коэффициент обратной связи давления управления на положение заслонки, ; k1 – коэффициент при острых кромках сопла, к1 = 1,03 – 1,06; к2 – коэффициент, определяющий зависимость момента на заслонке от ее перемещения, к2  = 10 Н; fc – площадь сопла, fc = 7,065·10-6 м2; dз – диаметр заслонки, dз = 0,01 м; KPyX – коэффициент обратной связи давления управления на координату золотника,

          В итоге структурная схема электрогидравлического преобразователя принимает вид, представленный на рис. 2.

 

KIF· KhF

Xзол(s)

KOC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Структурная схема электрогидравлического преобразователя

 

 

С учетом предварительных расчетов график переходной функции электрогидравлического преобразователя можно представить виде, показанном на рис. 3.

 

 

         хзол, м

 

        0,003

              

         0,002

                    

         0,001

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

           
   
 
   
 
 

0              0,5             1             1,5              2       t, c

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. График переходной функции электрогидравлического

преобразователя

 

 

Как следует из графика переходной функции, время переходного процесса перемещения золотника электрогидравлического преобразователя из нейтрального положения в крайнее  при подаче управляющего сигнала максимальной величины не превышает t = 1,1 c.

 

 

 

 
 

36
 
 

Заключение

 

Представлена методика и расчет теоретической динамической характеристики электрогидравлического преобразователя типа сопло-заслонка. Анализ графика переходной функции показал, что время переходного процесса максимального перемещения силового золотника электрогидравлического преобразователя, при подаче на катушку индуктивности управляющего сигнала, не превышает  1,1 секунды, что является удовлетворительным для построения  систем управления гидравлическими приводами. Таким образом, можно сделать выводы о возможности включения преобразователя в гидравлическую систему управления топливоподачей дизельного двигателя автомобиля КамАЗ.

1. Martin D. J., Burrows C. R. The Dynamic Characteristics of an Electro-Hydraulic Servovalve // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 1976. Vol. 98(4). Р. 395-406.

2. Krishnaswamy K., Li, P. Y. On using unstable electrohydraulic valves for control // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 2002. Vol. 124(1). Р. 183-190.

3. Lin S. J., Akers A. A. Dynamic model of the flapper-nozzle component of an electrohydraulic servovalve // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 1989. Vol.111(1). Р. 105-109.

4. Tsai S. T., Akers A., Lin, S. J. Modeling and dynamic evaluation of a two-stage two-spool servovalve used for pressure control // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 1991. Vol. 113(4). Р. 709-713.

5. Anderson R.Т, Li P.Y. Mathematical modeling of a two spool flow control servovalve using a pressure control pilot // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 2002. Vol. 124(3). Р. 420-427

6. Forental V.I., Forental M.V., Nazarov F.M. Investigation of dynamic characteristics of the hydraulic drive with proportional control // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 695-701

7. Нагорный В.С. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем. М.: Высшая школа, 1991. 367 с.

8. Тудвасева Г.В. Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка для систем управления в гидрофицированных приводах: дис.…канд.техн.наук. Саратов, 2008. 160с.

9. Немцов М.В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с.

10. Прокофьев В.И., Садовский В.Д. Динамика гидропривода. М.: Машиностроение, 1972. 288 с.

PDF JATS XML
Контактные лица
Главный редактор, председатель редколлегии
ИНФОРМАЦИЯ   Главный редактор научно-технического журнала «Вестник Брянского государственного технического университета» -   ХАНДОЖКО Александр Владимирович         Александр Владимирович Хандожко – доктор технических наук (2002 г.), доцент (1993 г.), Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, профессор кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет» (БГТУ). Родился в 1958 г. в г. Челябинск. В 1980 году окончил Брянский институт транспортного машиностроения (БИТМ) (ныне - «Брянский государственный технический университет», БГТУ) по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». С 1980 г. по 1983 год работал на производстве в должности инженера-технолога. С 1983 г по настоящее время работает в ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет, начав трудовую деятельность в университете в должности учебного мастера. В 1985 г. поступил в очную аспирантуру при БИТМе. В 1989 г. защитил кандидатскую диссертацию в диссертационном совете Московского авиационного технологического института (МАТИ) по специальности «Тепловые двигатели летальных аппаратов». После защиты диссертации работал в должности сначала ассистента, а затем - доцента кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» БИТМ. В 2000 г. поступил в докторантуру и в 2002 г. защитил докторскую диссертацию по специальности «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки». После защиты диссертации работал в должности профессора кафедры до 2009 г. В 2009 г. был назначен на должность заведующего кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты» Брянского государственного технического университета. В 2016 г. в связи с созданием при БГТУ лаборатории «Волнового деформационного и комбинированного упрочнения в аддитивных и субтрактивных технологиях», переведен в нее на должность начальника отдела модульного технологического оборудования, продолжая преподавательскую работу в должности профессора кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». Хандожко А.В. является членом редакционного совета журнала «Наукоёмкие технологии в машиностроении» (г. Брянск). С 2002 г. является членом диссертационных советов нескольких вузов; в настоящее время является членом трех диссертационных советов: Д999.155.03, Д999.112.02 и Д212.021.03, в том числе заместителем председателя диссертационного совета Д999.155.03.   Основная тематика научных исследований 1. Фундаментальные теоретические и прикладные вопросы проектирования режущих инструментов. 2. Теория и практика проектирования и изготовления технологического оборудования, в том числе для аддитивно-субтрактивных процессов. 3. Вопросы механической обработки материалов. 4. Вопросы обеспечения качества изделий при механической обработке и в аддитивных процессах.
4562
загрузки
ВАК Crossref РИНЦ РИНЦ Science Index Антиплагиат
© 2025 БГТУ
Соглашение Политика защиты и обработки персональных данных Поддержка Powered by Editorum, 2026 Инструкции
Войти или Создать
* Забыли пароль?