Моделирование систем приводов с автоматической компенсацией воздействия попутной нагрузки на рабочий орган

Проблемы, возникающие при эксплуатации гидрофицированных систем и связанные с отрицательными (попутными) нагрузками, приводят к снижению производительности и возможным сбоям в подаче рабочей жидкости. Цель исследования – разработать методы моделирования систем приводов с автоматической компенсацией влияния попутной нагрузки на рабочие органы гидрофицированного оборудования сельскохозяйственных машин. Методика исследований основана на математическом моделировании гидромеханических систем сельскохозяйственных машин с нагрузкой, изменяющейся по направлению, построенном на анализе силовых взаимодействий внутри гидроприводов. Представлена математическая модель гидромеханической системы с изменением нагрузки, основанная на анализе силовых взаимодействий внутри гидроприводов. Экспериментальные исследования подтвердили правильность предложенных математических моделей и определили рациональные конструктивные решения для снижения негативного влияния изменения нагрузки на систему. Рассматриваются различные подходы к управлению скоростью исполнительных элементов гидродвигателей, подверженных воздействию внешних нагрузок переменной направленности. Основные результаты исследования необходимы для улучшения характеристик гидроприводов сельскохозяйственных машин, таких как широкозахватные культиваторы, очесывающее устройство и т. д., и обеспечения стабильного и контролируемого движения рабочих органов, даже при наличии нагрузок переменного знака. Разработаны методики расчета и проектирования гидравлических приводов, обеспечивающие устойчивость их работы в условиях изменяющихся нагрузок. Показано преимущество использования, в качестве основного компонента системы стабилизации конструкций, гидравлических замков следящего типа с регулируемым гидравлическим сопротивлением золотникового типа, позволяющих минимизировать негативное влияние переменной нагрузки на процесс работы системы. Экспериментальное подтверждение эффективности предложенных схем и алгоритмов позволяет применять разработанные технологии в серийных конструкциях сельскохозяйственной техники.

1. Szurgacz D., Borska B., Zhironkin S., Diederichs R., Spearing A J. S. Optimization of the Load Capacity System of Powered Roof Support: A Review. Energies. 2022;15(16):6061. DOI: https://doi.org/10.3390/en15166061

2. Ahn J., Marcaida A. K., Lee Y., Jung J. Development of Test Equipment for Evaluating Hydraulic Conductivity of Permeable Block Pavements. Sustainability. 2018;10(7):2549. DOI: https://doi.org/10.3390/su10072549

3. Yue D., Zuo X., Liu Z., Wei L., Sun J., Gao H. Simulation Analysis of a Novel Digital Pump with Direct Recycling of Hydraulic Energy. Axioms. 2023;12(7):696. DOI: https://doi.org/10.3390/axioms12070696

4. Zhang L., Fu W., Yuan X., Meng Zh. Research on Optimal Control of Excavator Negative Control Swing System. Processes. 2020;8(9):1096. DOI: https://doi.org/10.3390/pr8091096

5. Рыбак А. Т., Пахомов В. И., Рудой Д. В., Ольшевская А. В., Теплякова С. В. Проектирование гидравлического привода прицепного очёсывающе-обмолачивающего агрегата. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2024;(203):354–365. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=77995947 EDN: ESPYEX

6. Berne L. J., Raush G., Roquet P., Gamez-Montero P.-J., Codina E. Graphic Method to Evaluate Power Requirements of a Hydraulic System Using Load-Holding Valves. Energies. 2022;15(13):4558. DOI: https://doi.org/10.3390/en15134558

7. Padovani D., Hagen D., Schmidt L. A Self-Contained Electro-Hydraulic Cylinder with Passive Load-Holding Capability. Energies. 2019;12(2):292. DOI: https://doi.org/10.3390/en12020292

8. Макаров Е. И., Корзников Е. П., Аваков А. А., Жданов А. М., Ромадин А. А. Тормозной гидравлический клапан: пат. №2056565 Российская Федерация. № 92015504/06: заяв. 30.12.1992; опубл. 20.03.1996. Бюл. №8. 4 с. Режим доступа: https://patents.google.com/patent/RU2056565C1/ru

9. Маштаков А. П., Гусев А. В., Кожевникова Е. А. Математическое моделирование гидропривода подъема. ВОЕНМЕХ. Вестник Балтийского государственного технического университета. 2022;1:73–79.

10. Гимранов Э. Г., Мусина Л. С., Целищев В. А. Исследование системы торможения в гидровлическом приводе под действием попутной нагрузки. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2014;18(1(62)):19–26. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21537232 EDN: SDHUCT

11. Peng Yu., Zhaoyue S., Haoli X., Yunyun R., Cao T. Design and Analysis of Brake-by-Wire Unit Based on Direct Drive Pump–Valve Cooperative. Actuators. 2023;12(9):360. DOI: https://doi.org/10.3390/act12090360

12. Liu H., Wei L., Liu H., Wu J., Li L. Brake Pressure Estimation of the Integrated Braking System Considering Vehicle Dynamics. Actuators. 2022;11(11):329. DOI: https://doi.org/10.3390/act11110329

13. Li C., Zhang J., Hou X., Ji Yu., Han J., He C., Hao I. A Novel Double Redundant Brake-by-Wire System for High Automation Driving Safety: Design, Optimization and Experimental Validation. Actuators. 2021;10(11):287. DOI: https://doi.org/10.3390/act10110287

14. Гусев А. В., Кожевникова Е. А. Сравнение типов торможения гидравлического привода при опускании объекта. Аэрокосмическая техника и технологии. 2023;1(1):85–104. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54352077 EDN: HPNQKA

15. Новосельцев А. А. Система управления гидроприводом. Вестник науки. 2021;3(12(45)):205–211. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47372477 EDN: BAVNIX

16. Lv L., Wang J., Long J. Interval Type-2 Fuzzy Logic Anti-Lock Braking Control for Electric Vehicles under Complex Road Conditions. Sustainability. 2021;13(20):11531. DOI: https://doi.org/10.3390/su132011531

17. Рыбак А. Т., Мороз К. А., Вялов С. А., Пелипенко А. Ю., Гаранин Е. О. Автомат разгрузки гидропривода: пат. №2774541 Российская Федерация. № 2021132422: заяв. 09.11.2021; опубл. 21.06.2022. Бюл. № 18. 8 с. Режим доступа: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet

18. Христофоров Е. Н., Сакович Н. Е., Шкрабак Р. В., Шилин А. С., Шкрабак В. С. Теоретические исследования безопасности сельскохозяйственной техники, оснащённой гидравликой. Вестник аграрной науки Дона. 2023;16(2(62)):46–55. DOI: https://doi.org/10.55618/20756704_2023_16_2_46-55 EDN: DMYHBY