Способ управления движением транспортного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа
Изобретение относится к способам управления движением транспортного средства с бортовым поворотом, имеющего как колесные, так и гусеничные движители. Цель изобретения улучшение управляемости транспортного средства. Управление движением транспортного средства осуществляют путем независимого изменения рабочих объемов насосов каждого борта при одновременном изменении частоты вращения двигателя, приводящего во вращение входные валы насосов. При этом изменение частоты вращения осуществляют по определенному закону, связьшающему рабочие -объемы насосов с частотой вращения двигателя. Такое управление позволяет ограничить рабочие объемы насосов при маневрировании транспортного средства, что исключает перегрузку двигателя и его заглохание. В нейтральном же положении органов управления рабочими объемами насосов, когда рабочие объемы насосов равны нулю, число оборотов двигателя устанавливается равным значению числа оборотов холостого хода . 5 ил. (Л с со 4;: О5 со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 В 60 К 17/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4073009/29-11 (22) 29.04.86 (46) 30.09.87. Бюл. Ф 36 (71) Московское научно-производственное объединение по строительному и .дорожному машиностроению "ВНИИстройдормаш" и Ленинградский завод строительной робототехники и манипуляторов (72) В.К. Забегалин, В.Н. Калмыков, В.Г. Бут и Ю.-Э.К. Киппус (53) 629.113 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 281 189, кл. В 60 К 22/04, 1970. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ
ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С БОРТОВЫМ
ПОВОРОТОМ ГИДРООБЪЕМНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к способам управления движением транспортного средства с бортовым поворотом, имеющего как колесные, так и гусеничные движители. Цель изобретения— г
„„SU„„1341069 А 1 улучшение управляемости транспорт ного средства. Управление движением транспортного средства осуществляют путем независимого изменения рабочих объемов насосов каждого борта при одновременном изменении частоты вращения двигателя, приводящего во вращение входные валы насосов. При этом изменение частоты вращения осуществляют по определенному закону, связывающему рабочие объемы насосов с частотой вращения двигателя. Такое управление позволяет ограничить рабочие объемы насосов при маневрировании транспортного средства, что исключает перегрузку двигателя и его заглохание. В нейтральном же положении органов управления рабочими объемами насосов, когда рабочие объемы насосов равны нулю, число оборотов двигателя устанавливается равным значению числа оборотов холостого хода. 5 ил, 1341069
Изобретение относится к способам управления движением транспортных средств с бортовым поворотом.
Целью изобретения является улуч5 шение управляемости транспортного средства .
На фиг. 1 приведены схемы возможных вариантов движения транспортного средства с бортовым поворотом в зависимости от изменения рабочих объемов насосов, на фиг. 2 — график, показывающий область возможных значений рабочих объемов, ограниченную имеющимся диапазоном изменения рабочих скоростей двигателя; на фиг.3— график, показывающий область возможных значений частоты вращения двигателя в зависимости от рабочих объемов
° транспортного средства; на фиг. 4— схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 5 — схема механизма ограничения хода.
Транспортное средство включает движители 1, 2 правого и левого бортов, 25 приводимые от нерегулируемых гидромоторов 3 и 4, рабочая жидкость в которые поступает от регулируемых насосов 5 и 6. Для изменения рабочих объемов насосов 5 и 6 они снабжены 30 механизмами 7, 8 регулирования, которые кинематически связаны с тягами 9 и 10, величина и направление перемещения тяг 9 и 10 изменяется посредством рулевой колонки 11. Регулируемые насосы приводятся во вращение от раздаточного редуктора 12, входной вал которого соединен с двигателем 13. Значения рабочих объемов насосов 5 и 6 контролируются дат- 4 чиками 14 и 15, которые вырабатывают электрический сигнал положительной полярности при работе насоса на нагнетание и отрицательный — при работе на всасывание и прямо пропорциональ- . ный рабочим объемам насосов. Сиг.— налы с датчиков 14 и 15 поступают на сумматор 16, в котором происходит сложение этих сигналов и на сумматор
17, в котором Hpоисходит вычитание сигналов. С выхода сумматора 16 абсолютная величина полученного значе" ния поступает на вход умножителя 18 с умножителем ее на 1/2. С выхода сумматора 17 сигнал, представляющий собой модуль разности текущих эначе55 ний рабочих объемов насосов, поступает на вход умножителя 19 с умножением его на K>/2. Далее с выходов обоих умножителей 18 и 19 сигналы поступают на входы сумматора 20, где происходит их сложение. С выхода сумматора 20 сигнал поступает на умножитель 21, где происходит его умножение на величину К». С выхода умножителя
21 сигнал поступает на усилительнопреобразовательный блок 22, вырабатывающий управляющий сигнал, поступающий на вход устройства 23 управления частотой вращения двигателя, выход которого связан с органом 24 изменения частоты вращения. Орган 24 изменения частоты вращения имеет нижний
25 и верхний 26 пределы изменения.
Нижний 25 предел изменения соответствует минимально. возможной устойчивой частоте вращения двигателя. Эта час тота соответствует нейтральному положению механизмов 7 и 8 регулирования рабочих объемов, при котором значения рабочих объемов насосов равны
"0". При достижении органом 24 изменения частоты вращения двигателя верхнего 26 предела вырабатывается сигнал соответствующим датчиком (не показан) предельной частоты вращения двигателя, который поступает на вход блока 27 стопорения тяг 9 и 10, Блок
27 стопорения имеет два выхода на механизмы стопорения, представляющие собой подвижные пластины 28 и 29, контактирующие с торцами тяг 9 и 10.
Пластины снабжены штоками.30 и 31, установленными в направляющих. При этом механизм стопорения выполнен так, что при его срабатывании невозможно перемещение тяг 9 и 10 в сторону увеличения рабочих объемов насосов, но возможно обратное их перемещение.
Управление транспортными средствами с бортовым поворотом имеет характерные особенности, заключающиеся в следующем.
Прямолинейное движение транспортного средства осуществляется посредством одинакового для насосов каждого борта изменения их рабочего объема q, т.е. при прямолинейном движении объем насоса одного борта равен объему насоса другого борта. При этом изменение рабочих объемов насосов осуществляют путем линейного перемещения органа управления рабочим объемом. Таким образом, линейное перемещение органа управления рабочим объемом насоса однозначно определяет и
l 341069 соответствующий ему рабочий объем
Иными словами при прямолинейном движении q = f(x ) = q = f(õ ), но так как механизм управления рабочим объемом насосов, как и сами насосы каждого борта на машине одинаковы, тоих=х„.
Маневрирование (разворот или поворот) осуществляют путем разнонаправленного или неравного перемещения органов управления рабочими объемами насосов относительно их нейтрального положения.
Предположим, что транспортное средство движется прямолинейно и рабочие объемы насосов равны между со" бой, т. е. q, = q z . Пусть при повороте рабочий объем одного из насосов остается постоянным, например q,, а рабочий объем другого уменьшается.
Несмотря на суммарное уменьшение рабочих объемов насосов мощность, затрачиваемая на разворот (т.е. загрузка двигателя), значительно увеличи- 25 вается. Это происходит за счет появления между движителем и грунтом сил трения скольжения. Это подтверждается как экспериментальными, так и теоретическими исследованиями. Исходя О из того, что мощность двигателя выбирается из расчета ее величины, необходимой для привода рабочих органов и прямолинейного движения транспортного средства, при максимальной разности рабочих объемов насосов двигатель заглохнет. Если же мощность двигателя выбирать из условия ее максимальной величины, необходимой при маневрировании двигателя, то резко 4О снижается коэффициент использования двигателя по мощности. Кроме того, в общем рабочем цикле время, затрачиваемое на маневрирование, составляет незначительную долю. Поэтому колесные машины с бортовым поворотом имеют двигатель, мощность которого рассчитана на привод рабочего оборудования и прямолинейное движение транспортного средства. Тем не менее на указанных машинах нет ограничения по рабочим объемам насосов во время маневрирования, что при маневрировании и вызывает перегрузку двигателя, неустойчивое движение транспортного средства и заглохания двигателя.
Следует также отметить, что производительность бортовых насосов определяется не только их рабочи объемом но и частотой вращения входных валов, приводом которых является двигатель. Изменение частоты вращения двигателя связывают с изменением рабочих объемов насосов каждого борта и исходя из условия где n — текущее значение частоты вращения двигателя;
n — минимально возможная устойчивая частота вращения;
n „„, — максимально допустимая частота вращения, двигателя;
М вЂ” безразмерный коэффициент масштабирования, характеризующий используемый механизм передачи перемещения от органов изменения рабочих объемов насосов к органу управления частотой вращения двигателя;
К„ — коэффициент, характеризующий отношение приращения частоты вращения двигателя
8п к соответствующему ему приращению положения органа управления частотой вращеCln ния двигателя Лу К. = —
Ф 1 dns
К вЂ” коэффициент, характеризующий отношение приращения линейного церемещения dx органа изменения рабочего объема насоса к соответствующему ему приращению рабочего объдх ема q насоса К = --3
aq
К вЂ” безразмерный коэффициент, характеризующий увеличение сопротивления движению при маневрировании по сравнению с сопротивлением при прямолинейном движении транспортного средства; — текущие значения рабочих объемов насосов. . Прямолинейное движение транспортного средства обеспечивается только в том случае, когда рабочие объемы
q < обоих насосов равны между собой. Транспортное средство с бортовым поворотом останавливается, когда рабочие объемы q „ q равны "О".. При этом движение вперед осуществляется в том случае, если насосы работают
1341069.на нагнетание, т.е. условно принимаем, что q и q имеют положительное значение. При обратном движении (т,е. назад) транспортного средства насо5 сы работают на всасывание. В этом случае значения q, и q < условно приняты отрицательными. Такое допущение вполне согласуется с ходом тяг, воздействующих на механизмы изменения 10 рабочего объема насосов относительно их нейтрального положения 0-0. Это допущение тем более уместно, что рабочие объемы q, q прямо пропорцио19 нальны ходам тяг 9, 10 х, и х, т. е. и.,= ах,; а1= ах, где а — постоянный коэффициент пропорциональности. Таким образом, при перемещении тяг 9 и 10 вперед относительно нейтрали Π— 0 величина перемещений х и х имеет положительное значение, а назад — отрицательное значение (фиг. 2).
Маневрирование транспортного средства с бортовым поворотом (разводят на месте или поворот) осуществляется также путем изменения рабочих органов объемов насосов, при этом их рабочие объемы не равны между собой. Возможные варианты маневрирования и соответствующие им рабочие объемы насосов З0 приведены на фиг. 1.
Сравним, например, вариант 1 прямолинейного движения и вариант 4 маневрирования. Допустим, что рабочие объемы насоса одного и того же борта, например q,, равны между собой как при прямолинейном движении, так и при маневрировании транспортного средства, Пусть маневрирование (в данном случае движение вперед с поворотом направо по ходу движения) осуществляется путем уменьшения рабочего объема другого насоса. Таким образом, при прямолинейном движении объемы q „= q" (фиг. 1, вариант 1), а при маневрировании q = q q < q <. Несмотря на то что сумма рабочих объемов при маневрировании уменьшилась, мощность, затрачиваемая на движение транспортного средства, в этом случае возросла.
Из теоретическ исследований 50 движения транспортных средств с бортовым поворотом, а также и из экспериментальных известно, что при маневрировании затраты мощности на привод движителя при одинаковой скорости55 движения существенно возрастают (в
2-6 раз). При этом чем круче поворот, тем большую мощность должен развивать двигатель и при развороте на месте мощность двигателя должна быть максимальной. Очевидно, что скорость движения транспортного средства прямо пропорциональна расходу рабочей жидкости, проходящей через насосы.
Расход прямо пропорционален рабочему объему насоса и числу оборотов его приводного вала. Поскольку максимальная мощность, развиваемая конкретным двигателем, не может быть превышена, то при одном и том же известном значении максимальной мощности двигателя скорость движения транспортного средства при маневрировании должна быть меньше скорости прямолинейного движения. При этом скорость при маневрировании должна быть тем меньше, чем круче поворот.
Имея характеристику используемого двигателя, знаем, что его максимальной мощности соответствует определенная. частота вращения коленчатого вала. Из изложенного ясно, что при максимальной мощности двигателя и максимальных рабочих объемах насосов скорость прямолинейного движения максимальная. При той же максимальной мощности скорость движения при маневрировании должна быть тем меньше, чем круче поворот. В противном случае двигатель заглохнет, так как его мощность недостаточна. Крутизна поворота определяется разностью абсолютных значений рабочих объемов насосов (см. фиг. 1, варианты 6, 7, 8, 9). Частный случай поворота — разворот на месте вокруг центра тяжести машины — осуществляется в том случае, если абсолютные значения рабочих объемов насосов одинаковы, но с разными знаками, т.е. один насос работает на нагнетание, а другой — на всасывание. Естественно, что абсолютные значения объемов насосов в этом случае должны быть существенно меньше объемов насосов при прямолинейном движении (при условии максимальной мощности, развиваемой двигателем).
В то же время,, работая на максимальных оборотах двигателя, как это осуществляется в известных машинах с бортовым поворотом, в начале движения, т.е. при трогании или при маневрировании, осуществляются резкие толчки, замедления и ускорения транспортного средства. Это существенно 1341069 ухудшает управляемость, устойчивость движения и повышает энергетические затраты, т.е. снижает топливную экономичность.
На основании изложенного дополнительно к изменению рабочих объемов насосов каждого борта, осуществляемых при перемещении рукоятки управления, производят и изменение частоты враще- 10 ния двигателя, приводящего во враще.ние эти насосы.
При этом изменение частоты вращения двигателя.или, что то же самое, изменение его топливоподачи производят в соответствии с предложенной зависимостью.
Рассмотрим движение транспортного средства при наличии взаимосвязанного изменения объемов насосов и часто-20 ты вращения двигателя °
Иногочлен, входящий в указанную зависимость и заключенный в квадрат(1а<+a 1 la -а !1 ные скобки (-- — — — + К -- — - — отражает все возможные варианты изменения рабочих объемов q< и q< насосов.
Значение п лежит в пределах no n < п „„.. и ограничивает область возможных значений q и q< ° 30
Решейие приведенного уравнения в
его геометрической интерпретации приведено на фиг. 2, Плоскость, ограниченная ромбом ACBD представляет собой область допустимых значений рабочих объемов насосов, анализ которой
- 35 позволяет четко выделить возможные варианты движения транспортного средства, представленные на фиг. 1.
Прямолинейное движение вперед осу 40 ществляется при равных объемах насо-! сов. Это движение соответствует отрезку ОА. Все возможные значения рабочих объемов насо ов в этом случае лежат на отрезке ОА. Прямолинейному
- движению назад соответствует отрезок
ОВ, когда рабочие объемы имеют отрицательные значения и равны между собой.
Зона I соответствует движению вперед с поворотом направо по ходу. Действительно, лежащие в этой зоне значения q всегда больше значений ц
Зона II соответствует движению вперед с поворотом налево по ходу, так как все возможные значения рабочих объемов насосов, лежащих в этой зоне, соответствуют условию qz q,.
Зона III аналогична зоне I и отличается только направлением движения транспортного средства назад. ,Зона IV аналогична зоне II и характеризует движение транспортного средства назад с поворотом направо по ходу движения.
Зоны Ч и VI являются зонами допустимых значений рабочих объемов насо-. сов при развороте транспортного средства соответственно по и против часовой стрелки. Для этих зон характерной особенностью является то, что в них один насос работает на нагнетание, а другой — на всасывание, т.е. бортовые движители транспортного средства вращаются в противоположных нап-, равлениях. При различных абсолютных значениях рабочих объемов насосов разворот транспортного средства про" исходит относительно: точки, лежащей на прямой, перпендикулярной продольной оси симметрии и проходящей через центр тяжести. Разворот же транспортного средства относительно центра тяжести происходит в том случае, когда значения рабочих объемов бортовых насосов лежат на отрезке DC, т.е. на отрезке, представляющем собой геометрическое место точек, характе" ризующих равные по абсолютному значению рабочие объемы насосов.
Границей допустимых значений рабочих объемов насосов является периметр плоской фигуры ABCD который определяется используемой на транспортном средстве силовой установокой (двигателем) и значением коэффициента К>. При этом параметром двигателя, определяющим границу допустимых значений рабочих объемов насосов, является число оборотов, например для двигателя внутреннего сгорания это будут минимальные устойчивые обороты холостого хода по и максимальные обороты n „,, соответствующие номинальной мощности.
Геометрическая интерпретация указанного выражения представлена на фиг. 3.
Плоскость Q параллельная плоскости q„oq <, пересекает ось и в точке, соответствующей максимально допустимым оборотам двигателя п „. Область возможных значений числа оборотов двигателя представляет собой площадь, ограниченную боковой поверхностью шюамиды О,B,C, А,D, . При этом основа1341069
10 ние э той пирамиды А, С, В О, пред ставляеr собой проекцию четырехугольника
ABCD на плоскость Q -и в силу параллельности плоскостей Q u ACBD четы5 рехугольник А,С В АСВЭ,;провести перпендикуляр до пересечения с боковой гранью пирамиды 01В, С„А,D, Длина отрезка К,К определяет число оборотов двигателя. Таким образом, при управлении дви- 15 жением транспортного средства с бортовым поворотом по предлагаемому способу осуществляется взаимосвязанное изменение рабочих объемов насосов и числа оборотов двигателя, которое в свою очередь однозначно определяет мощность двигателя. Таким образом, всегда осуществляется строгое соответствие между характером движения транспортного средства и потребляе- 25 мой при этом мощностью. Это и позволяет обеспечить достижение поставленной цели, т.е. улучшить управляемость транспортного средства и существенно повысить экономичность двигателя. Приведенное на фиг. 2 и 3 графическое решение зависимости между частотой вращения двигателя и рабочими объемами насосов при условии ограниченной частоты вращения двигателя в полной мере отражают физический смысл 35 и изложенную логику движения транспортного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа, что подтверждает справедливость предлагаемого способа. Устройство, реализующее данный способ (фиг. 4), работает следующим образом. Управление движением и частотой вращения двигателя 13 осуществляется одновременно от одной рулевой колонки 11 ° При перемещении тяг 9 и 10 осуществляется изменение положения механизмов 7 и 8 регулирования и пропорциональное ему изменение рабочих объе50 мов насосов 5 и 6. Величина рабочих объемов контролируется с помощью датчиков 14 и 15, которые вырабатывают электрический сигнал, поступающии на элементы 16-21. Эти элементы выпол- —. 55 няют математические операции над сигналами, поступающими с выходов датчиков 14 и 15 в полном соответствии с математическими выражением, заключенным в квадратных скобках предлагаемой зависимости. Далее сигнал поступает на вход усилительно-преобразовательного блока 22 и далее — на устройство 23 управления частотой вращения двигателя 13. Как только орган 24 изменения частоты вращения двигателя достигает верхнего предела 26, соответствующего максимальной частоте вращения двигателя, сигнал с датчика предеЛьной частоты вращения (не показан) вырабатывает сигнал на срабатывание блока 27 стопорения, который управляет механизмами стопорения. При этом происходит торможение штоков 30 и 31. Штоки 30 и 31 имеют возможность перемещения вдоль направляющих с некоторым затормаживанием, препятствующим свободному перемещению штоков 30 и 31 при движении транспортного средства с уклоном и ускорением. Штоки 30 и 31 жестко связаны с опорными пластинами 28 и 29, которые контактируют с торцами тяг 9 и 10. Таким образом, перемещаясь, тяги 9 и 10 воздействуют на одну их пластин 28 и 29 (в зависимости от направления перемещения тяг 9 и 10) и перемещают упомянутые пластины, Как только частота враще» ния двигателя достигает максимального значения, срабатывает блок 27 стопорения и механизм стопорения зафиксирует штоки 30 и 31. Дальнейшее перемещение тяг 9 и 10 в данном направлении становится невозможным. Таким образом, по достижении максимальных оборотов двигателем дальнейшее увеличение рабочих объемов насосов становится невозможным. т.е. становится невозможным дальнейшее увеличение нужной для движения мощности. В данном устройстве однако имеется возможность обратного ходя тяг 9 и 10 в сторону уменьшения скорости и крутизны маневрирования, что обеспечивается наличием механизма стопорения (фиг. 5). Он включает тормозные элементы 32, 33, воздействующие на штоки 30 и 31, каждый из которых размещен соответственно в направляющих 34, 35 и снабжен жестко связанными с ним,соответственно упорами 36 и 37, подпружиненными элементами 38, 39, которые поджимают штоки с пластинами 28 и 29 к торцам тяг 9 и 10. При перемещении тяг 9, 10 в ту или иную сторону они своими торцами воздействуют на 1341069 12 где и и о nðiàêñ К2— Ч Ч2 соответствующую пластину 28 или 29, перемещая штоки 30 или 31. При дос" тижении двигателем максимального числа оборотов с блока 27 стопорения по5 ступает сигнал на тормозные элементы 32, 33, которые фиксируют положение штоков 30, 31. После этого перемещение тяг 9 и 10 становится возможным только в обратную сторону, т,е. толь- 10 ко в сторону уменьшения рабочих объемов насосов, а значит, и снижения числа оборотов двигателя. Как только число оборотов двигателя уменьшается, -блок стопорения отключает тормозные элементы и штоки 30, 31 вновь получают возможность перемещения. Положение упоров 36, 37, при котором они взаимодействуют с торцами направляющих 34 и 35, соответствует нейтральному положению тяг 9 и 10. Формула изобретения Способ управления движением транс- 25 портного средства с бортовым поворотом гидрообъемного типа, при котором изменение скорости и направления движения осуществляют путем независимого изменения рабочих объемов насосов каждого борта и регулированием частоты вращения двигателя, приводящего во вращение насосы каждого борта, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения управляемости транспортНого средства, изменение частоты вращения двигателя осуществляют одновременно с изменением рабочих объемов насосов каждого борта, исходя из условия 40 чвс . +Я + „;Я !) п nn+ 2 2 з текущее значение частоты вращения двигателя; минимально возможная. устойчивая частота вращения двигателя; максимально допустимая частота вращения двигателя; коэффициент масштабирования, характеризующий используемый механизм передачи перемещения от органов изменения рабочих объемов насосов .к органу управления частотой вращения двигателя; коэффициент, характеризующий отношение приращения частоты вращения двигателя а и к соответствующему ему приращению у положения органа управления частотой вращения an двйгателя К =— aó коэффициент, характеризующий отношение приращения ли-, . нейного перемещения бх органа изменения рабочего объема насоса к соответствующему ему приращению рабочего объ" лх ема щ насоса К =— 2 д<1 безразмерный коэффициент, характеризующий увеличение сопротивления движению при маневрировании по сравнению с сопротивлением при прямолинейном движении транспортного средства; текущие значения рабочих объемов насосов. 1341 069 1341069 Фиг. 2 1341 Об9 Составитель А. Барыков Редактор Н. Швьщкая Техред Л.Олийнык Корректор А. Зимокосов Заказ 1823/4 Тираж 558 БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1!3035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5 Подписное tI оизводственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул, Проектная, 4 ро з
