[go: up one dir, main page]

RU2747331C1 - Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles - Google Patents

Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles Download PDF

Info

Publication number
RU2747331C1
RU2747331C1 RU2020131096A RU2020131096A RU2747331C1 RU 2747331 C1 RU2747331 C1 RU 2747331C1 RU 2020131096 A RU2020131096 A RU 2020131096A RU 2020131096 A RU2020131096 A RU 2020131096A RU 2747331 C1 RU2747331 C1 RU 2747331C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
movable component
hydraulic cylinder
gas springs
control unit
relative
Prior art date
Application number
RU2020131096A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Владимирович Сиротин
Михаил Михайлович Жилейкин
Original Assignee
Павел Владимирович Сиротин
Михаил Михайлович Жилейкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Владимирович Сиротин, Михаил Михайлович Жилейкин filed Critical Павел Владимирович Сиротин
Priority to RU2020131096A priority Critical patent/RU2747331C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747331C1 publication Critical patent/RU2747331C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60DVEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/30Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for sway control, e.g. stabilising or anti-fishtail devices; Sway alarm means
    • B60D1/32Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for sway control, e.g. stabilising or anti-fishtail devices; Sway alarm means involving damping devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • F16F15/027Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means comprising control arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

FIELD: motion stabilization systems.SUBSTANCE: invention relates to motion stabilization systems for self-propelled transport and technological vehicles. The stabilization system contains a hydraulic cylinder with a dynamic load absorption device, including elastic and damping elements. The output of the position sensor of the movable component is connected to the input of the control unit relatively to the case. The elastic element is made in the form of gas springs. On each of the gas springs, damping elements are installed in the form of controlled chokes connected to the output of the control unit. Each of the gas springs is connected by pipelines through controlled chokes to a hydraulic cylinder.EFFECT: eliminating the resonance of the mobile component and the case is achieved.1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к системам стабилизации движения самоходных транспортно-технологических машин (ТТМ) сельскохозяйственного, строительно-дорожного, военного и др. назначений с составной частью, имеющей подвижность относительно корпуса машины, в виде навесного либо полунавесного функционального оборудования, рабочих органов и других устройств.The invention relates to systems for stabilizing the movement of self-propelled transport and technological machines (TTM) for agricultural, road-building, military and other purposes with a component having mobility relative to the machine body, in the form of mounted or semi-mounted functional equipment, working bodies and other devices.

При движении по дороге с неровностями самоходные ТТМ воспринимают внешние возмущающие силы, которые отклоняют корпус машины относительно опорной поверхности, вызывают вибрации всех ее частей. Действие выделенных процессов сопровождается увеличением динамических нагрузок не только на узлы и детали, но и операторов машин, создавая для них дискомфортные или даже небезопасные условия труда, а также усложняя процесс управления машиной. Известно, что действие динамических нагрузок является причиной снижению скорости движения и производительности самоходных ТТМ до 40-50%. В связи с чем разработка систем стабилизации движения ТТМ является актуальной задачей для современного машиностроения.When driving on a road with irregularities, self-propelled TTMs perceive external disturbing forces that deflect the machine body relative to the supporting surface and cause vibrations in all its parts. The action of the selected processes is accompanied by an increase in dynamic loads not only on units and parts, but also on machine operators, creating uncomfortable or even unsafe working conditions for them, as well as complicating the machine control process. It is known that the action of dynamic loads is the reason for a decrease in the speed and productivity of self-propelled TTMs up to 40-50%. In this connection, the development of systems for stabilizing the movement of TTM is an urgent task for modern mechanical engineering.

Поскольку самоходные машины, как правило, имеют неравномерное распределение веса по осям колес, колеса разных типоразмеров и, соответственно, жесткости, то при движении ТТМ по дороге с неровностями возникают, прежде всего, продольно-угловые колебания корпуса относительно опорной поверхности. На основе анализа конструкции и компоновки самоходных машин авторы установили, что снизить негативные явления, связанные с продольно-угловыми колебаниями самоходных ТТМ, возможно путем поглощения колебательной энергии, если обеспечить упруго-диссипативную связь между корпусом и подвижной составной частью, либо прилагать к корпусу стабилизирующие усилия за счет принудительного поворота подвижной составной части относительно корпуса. В результате анализа уровня техники изобретения выявлены следующие аналоги и прототип.Since self-propelled vehicles, as a rule, have an uneven distribution of weight along the axes of the wheels, wheels of different standard sizes and, accordingly, stiffness, when the TTM moves on a road with irregularities, first of all, longitudinal-angular oscillations of the body relative to the supporting surface occur. Based on the analysis of the design and layout of self-propelled vehicles, the authors found that it is possible to reduce the negative phenomena associated with longitudinal-angular vibrations of self-propelled TTMs, possibly by absorbing vibrational energy, if an elastic-dissipative connection between the body and the moving component is provided, or stabilizing forces are applied to the body. due to the forced rotation of the movable component relative to the body. As a result of the analysis of the prior art of the invention, the following analogs and prototype were identified.

Известна система стабилизации самоходных транспортно-технологических машин на основе принципа активной динамической стабилизации, предполагающей приложение к корпусу машины стабилизирующих усилий со стороны исполнительного привода при повороте подвижной составной части относительно корпуса, описанная в Патенте РФ №2708404, опубл. 06.12.2019, МПК F16F 13/02 «Способ стабилизации движения самоходных транспортно-технологических машин». Такая система имеет датчики состояния, блок управления и исполнительный привод, обеспечивающий поворот подвижной составной части машины относительно ее корпуса. При движении такой ТТМ по неровностям возникают линейный и угловые колебания корпуса, на которые реагируют датчики состояния и передают сигнал в блок управления. Блок управления обрабатывает сигнал от датчиков состояния и передает управляющий сигнал на исполнительное устройство, которое обеспечивает поворот подвижной составной части в нужном направлении и с заданными кинематическими параметрами. В качестве исполнительного привода поворота подвижной составной части машины может быть применен гидравлический, электромеханический, пневматический или др. тип привода.Known stabilization system for self-propelled transport and technological machines based on the principle of active dynamic stabilization, involving the application to the machine body of stabilizing forces from the actuator when turning the rolling component relative to the body, described in RF Patent No. 2708404, publ. 06.12.2019, IPC F16F 13/02 "Method of stabilizing the movement of self-propelled transport and technological machines." Such a system has state sensors, a control unit and an actuator that rotates the movable part of the machine relative to its body. When such a TTM moves along irregularities, linear and angular oscillations of the body occur, to which the condition sensors react and transmit a signal to the control unit. The control unit processes the signal from the status sensors and transmits the control signal to the actuator, which ensures the rotation of the moving part in the desired direction and with the specified kinematic parameters. A hydraulic, electromechanical, pneumatic or other type of drive can be used as an actuator for turning the movable part of the machine.

К недостаткам выделенной системы можно отнести:The disadvantages of a dedicated system include:

- формирование дополнительных динамических нагрузок на несущую систему и детали сопряжения исполнительного привода с корпусом и подвижной составной частью;- the formation of additional dynamic loads on the supporting system and parts of the interface of the actuator with the body and the movable component;

- ухудшению вибронагруженности рабочего места оператора в результате срабатывания исполнительного привода;- deterioration of vibration loading of the operator's workplace as a result of actuation of the executive drive;

- значительные энергетические затраты на стабилизацию, обусловленные необходимостью приложения усилий на подвижную составную часть машины.- significant energy costs for stabilization, due to the need to apply efforts to the moving part of the machine.

Более близкой по технической сущности является выбранная в качестве прототипа система стабилизации движения колесных самоходных кранов (Патент FR 2543936 - A1 Publicationdate: 1984-11-28 Inventor(s): OL-IPHANT LARRY JAMES Applicant(s): HARNISCHFEGER CORP), реализованная на основе гидравлического цилиндра особенной конструкции как устройства, воспринимающего и поглощающего динамические нагрузки между корпусом и подвижной составной частью. При движении такой ТТМ по неровностям ее корпус раскачивается и заставляет колебаться подвижную составную часть, подвижность которой обеспечивает гидроцилиндр с устройством поглощения динамических нагрузок. При этом из-за колебаний подвижной составной части из штоков зоны гидроцилиндров рабочая жидкость выталкивается в поршневую полость и наоборот. В процессе перетекания жидкость получает сопротивления от имеющихся в системе дросселей заданного проходного сечения и зон со сжатым газом. Заданная упругость обусловлена объемом и давлением сжатого газа, а уровень демпфирования обеспечивается подбором проходного сечения каналов на пути течения рабочей жидкости. Таким образом, если рассмотреть ТТМ как систему, состоящую из корпуса и подвижной составной части, то стабилизация корпуса осуществляется за счет сглаживания и поглощения колебательной энергии в устройстве поглощения динамических нагрузок путем преобразования в тепло.Closer in technical essence is the system of motion stabilization of mobile mobile cranes selected as a prototype (Patent FR 2543936 - A1 Publicationdate: 1984-11-28 Inventor (s): OL-IPHANT LARRY JAMES Applicant (s): HARNISCHFEGER CORP), implemented on the basis of a hydraulic cylinder of a special design as a device that perceives and absorbs dynamic loads between the body and the moving part. When such a TTM moves along irregularities, its body sways and makes the movable component vibrate, the mobility of which is provided by a hydraulic cylinder with a device for absorbing dynamic loads. In this case, due to vibrations of the movable component, the working fluid is pushed out into the piston cavity from the rods of the zone of the hydraulic cylinders and vice versa. In the process of overflow, the liquid receives resistances from the chokes of a given flow area and zones with compressed gas available in the system. The specified elasticity is determined by the volume and pressure of the compressed gas, and the level of damping is provided by the selection of the flow area of the channels along the path of the working fluid flow. Thus, if we consider the TTM as a system consisting of a body and a moving component, then the body is stabilized by smoothing and absorbing vibrational energy in a device for absorbing dynamic loads by converting it into heat.

Наезд на единичную неровностьDriving over a single unevenness

В случае преодоления единичной неровности корпус получает возмущение и передает его подвижной составной части через подвеску с упругими и демпфирующими устройствами, обеспечивающими сглаживание и поглощение колебаний. Поскольку ТТМ получила единичное возмущение, то на осциллограмме можно наблюдать переходной процесс до полной стабилизации положения корпуса и адаптера за счет рассеивания энергии колебаний.In the case of overcoming a single unevenness, the body receives perturbation and transfers it to the moving component through the suspension with elastic and damping devices that provide smoothing and absorption of vibrations. Since the TTM received a single disturbance, then on the oscillogram one can observe the transient process until the position of the body and the adapter is completely stabilized due to the dissipation of the vibration energy.

Продолжительное движение по дорогеLong road travel

В случае продолжительного движения по дороге с неровностями корпус машины и подвижная составная часть совершают гармонические колебания: корпус относительно опорной поверхности, а подвижная составная часть относительно корпуса. При этом по условию обеспечения эффекта динамического гашения частота колебаний корпуса должна быть меньше частоты колебаний подвижной составной части.In the case of prolonged movement on a road with irregularities, the machine body and the movable component perform harmonic oscillations: the frame relative to the supporting surface, and the movable component relative to the frame. In this case, according to the condition of ensuring the effect of dynamic damping, the vibration frequency of the body should be less than the vibration frequency of the movable component.

После начала движения корпус получает возмущение от опорной поверхности, в результате чего он совершает колебания и наводит возмущения на подвижную составную часть, имеющую подвижность относительно корпуса. Какое-то время каждая из частей колеблется независимо друг от друга, однако из-за разницы частот колебаний наступает момент, когда направления перемещений частей совпадают и в результате чего возникает эффект резонанса, проявляющийся в резком увеличении амплитуды колебаний не только подвижной составной части как менее массивного элемента ТММ, но и корпуса в результате передачи на него возмущений со стороны подвижной составной части.After the start of movement, the body receives perturbation from the supporting surface, as a result of which it vibrates and induces perturbations on the moving component, which has mobility relative to the body. For some time, each of the parts vibrates independently of each other, however, due to the difference in vibration frequencies, a moment comes when the directions of movement of the parts coincide, and as a result, a resonance effect occurs, which manifests itself in a sharp increase in the amplitude of vibrations not only of the movable component as less massive element TMM, but also the body as a result of the transfer of disturbances to it from the moving component.

В результате проявляющихся резонансов возникают дополнительные динамические нагрузки на водителя, корпус и подвижную составную часть, что не позволяет использовать данную систему в транспортных режимах движения.As a result of the emerging resonances, additional dynamic loads arise on the driver, the body and the moving component, which does not allow the use of this system in transport modes of movement.

Таким образом, данная система имеет следующие недостатки:Thus, this system has the following disadvantages:

- сложность конструкции системы. Система предполагает наличие нестандартного гидроцилиндра особенной конструкции;- the complexity of the system design. The system assumes the presence of a non-standard hydraulic cylinder of a special design;

- ограниченная эффективность. Система эффективна в случае наезда на одиночные препятствия. В случае продолжительного движения ТТМ по неровной дороге возможно проявление резонанса колебаний подвижной составной массы относительно корпуса с колебаниями корпуса относительно опорного основания;- limited efficiency. The system is effective in case of collision with single obstacles. In the case of prolonged movement of the TTM on an uneven road, the resonance of vibrations of the movable composite mass relative to the body with vibrations of the body relative to the support base is possible;

- невозможность регулирования упругих и демпфирующих характеристик системы, что обеспечивает возможность стабилизировать движения после наезда на единичную неровность только для конкретного навесной подвижной составной части. В случае использования другой подвижной составной части эффективность системы снижается.- the impossibility of regulating the elastic and damping characteristics of the system, which makes it possible to stabilize movements after colliding with a single unevenness only for a specific mounted rolling component. In the case of using a different rolling component, the efficiency of the system is reduced.

На основе анализа условий движения, конструкции и компоновки ТТМ авторы установили, что в случае продолжительного движения ТТМ по неровной дороге с подвижной составной частью, соединенной с корпусом с помощью упруго-демпфирующей связи, резонансное явление можно исключить путем кратковременной отстройки частот собственных колебаний подвижной составной части относительно корпуса, для чего потребуется оперативно изменять динамические характеристик колебательной системы подвижной составной массы, например, путем изменения жесткости упруго-демпфирующей связи.Based on the analysis of the conditions of movement, the design and layout of the TTM, the authors found that in the case of a prolonged movement of the TTM on an uneven road with a rolling component connected to the body using an elastic-damping connection, the resonant phenomenon can be eliminated by short-term detuning of the natural vibration frequencies of the rolling component relative to the body, for which it will be necessary to promptly change the dynamic characteristics of the vibrating system of the moving composite mass, for example, by changing the stiffness of the elastic-damping connection.

Задачей изобретения является - снижение динамических нагрузок, действующих на машину, ее части и оператора при продолжительном движении самоходных ТТМ по неровной дороге с составной частью машины, имеющей подвижность относительно ее корпуса, в виде навесного либо полунавесного функционального оборудования, рабочих органов и других устройств.The objective of the invention is to reduce the dynamic loads acting on the machine, its parts and the operator during prolonged movement of self-propelled TTM on an uneven road with a component of the machine having mobility relative to its body, in the form of mounted or semi-mounted functional equipment, working bodies and other devices.

Технический результат - исключение резонанса подвижной составной части и корпуса при реализации динамического гашения колебаний во время продолжительного движения по неровной дороге путем оперативного изменения жесткости подвески подвижной составной части и, соответственно, частоты собственных колебаний подвижной составной части относительно корпуса.The technical result is the elimination of resonance of the rolling component and the housing when implementing dynamic vibration damping during prolonged movement on an uneven road by promptly changing the suspension stiffness of the rolling component and, accordingly, the natural vibration frequency of the rolling component relative to the housing.

Указанный технический результат достигается за счет того, что система стабилизации движения самоходных транспортно-технологических машин содержит гидроцилиндр с устройством поглощения динамических нагрузок, включающее упругий и демпфирующие элементы, причем система дополнительно содержит блок управления и датчик положения подвижной составной части относительно корпуса, выход которого соединен со входом блока управления, а упругий элемент выполнен в виде двух или более газовых пружин с установленными на каждой из них демпфирующих элементов в виде управляемых дросселей, соединенных с выходом блока управления, при этом каждая из газовых пружин соединена трубопроводами через управляемые дроссели с гидроцилиндром.The specified technical result is achieved due to the fact that the system for stabilizing the movement of self-propelled transport and technological machines contains a hydraulic cylinder with a device for absorbing dynamic loads, including elastic and damping elements, and the system additionally contains a control unit and a position sensor of the moving component relative to the body, the output of which is connected to the input of the control unit, and the elastic element is made in the form of two or more gas springs with damping elements installed on each of them in the form of controlled throttles connected to the output of the control unit, while each of the gas springs is connected by pipelines through controlled throttles to a hydraulic cylinder.

На Фиг. 1 изображена схема и основные элементы самоходной ТТМ.FIG. 1 shows a diagram and the main elements of a self-propelled TTM.

На Фиг. 2 показаны осциллограмма углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае продолжительного движения по дороге с неровностями ТТМ с жестким закреплением подвижной составной части 2 с корпусом 1, полученные в результате экспериментальных замеров.FIG. 2 shows an oscillogram of the angles of inclination of the body 1 and the movable component 2 in the case of prolonged movement on the road with irregularities of the TTM with rigid fastening of the movable component 2 with the frame 1, obtained as a result of experimental measurements.

На Фиг. 3 показаны схематично представленные осциллограммы углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае продолжительного движения по дороге с неровностями ТТМ с жестким закреплением подвижной составной части 2 с корпусом 1.FIG. 3 shows schematically presented oscillograms of the angles of inclination of the housing 1 and the movable component 2 in the case of prolonged movement on the road with irregularities of the TTM with rigid fastening of the movable component 2 with the housing 1.

На Фиг. 4 показаны схематично представленные осциллограммы углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае наезда ТТМ на единичную неровность при включенной системе динамической стабилизации с постоянным уровнем упруго-демпфирующий свойств.FIG. 4 shows schematically presented oscillograms of the angles of inclination of the housing 1 and the movable component 2 in the case of a TTM hitting a single unevenness when the dynamic stabilization system is turned on with a constant level of elastic-damping properties.

На Фиг. 5 показаны осциллограммы углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае продолжительного движения ТТМ по дороге с неровностями с включенной системой динамической стабилизации с постоянным уровнем упруго-демпфирующий свойств, полученные в результате экспериментальных замеров.FIG. 5 shows the oscillograms of the angles of inclination of the body 1 and the movable component 2 in the case of continuous movement of the TTM on the road with irregularities with the included dynamic stabilization system with a constant level of elastic-damping properties, obtained as a result of experimental measurements.

На Фиг. 6 показаны схематично представленные осциллограммы углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае продолжительного движения ТТМ по дороге с неровностями с включенной системой динамической стабилизации с постоянным уровнем упруго-демпфирующий свойств.FIG. 6 shows schematically presented oscillograms of the angles of inclination of the housing 1 and the movable component 2 in the case of continuous movement of the TTM on the road with irregularities with the included dynamic stabilization system with a constant level of elastic-damping properties.

На Фиг. 7 оказаны схематично представленные осциллограммы углов наклона корпуса 1 и подвижной составной части 2 в случае продолжительного движения по дороге с неровностями ТТМ с разработанной системой стабилизации.FIG. 7 shows schematically presented oscillograms of the angles of inclination of the housing 1 and the movable component 2 in the case of prolonged movement on the road with irregularities of the TTM with the developed stabilization system.

На Фиг. 8 показана полученная с помощью имитационного моделирования осциллограмма углов продольного наклона корпуса комбайна при движении по грунтовой дороге со скоростью 15 км/ч с разработанной системой стабилизации, а также с системой стабилизации, имеющий постоянный уровень упруго-демпфирующих свойств.FIG. 8 shows the oscillogram of the caster angles of the combine body obtained by means of simulation modeling when driving on a dirt road at a speed of 15 km / h with a developed stabilization system, as well as with a stabilization system, which has a constant level of elastic-damping properties.

На Фиг. 9 показана полученная с помощью имитационного моделирования осциллограмма углов продольного наклона корпуса комбайна при движении по грунтовой дороге со скоростью 15 км/ч с разработанной системой стабилизации, а также с системой стабилизации, имеющий постоянный уровень упруго-демпфирующих свойств.FIG. 9 shows the oscillogram of the caster angles of the combine body obtained by means of simulation modeling when driving on a dirt road at a speed of 15 km / h with a developed stabilization system, as well as with a stabilization system, which has a constant level of elastic-damping properties.

Описание позиций и принятые обозначения на фигурах:Description of positions and accepted designations in the figures:

1 - корпус;1 - case;

2 - подвижная составная часть;2 - movable component;

3 - гидроцилиндр;3 - hydraulic cylinder;

4 - устройство поглощения динамических нагрузок;4 - device for absorbing dynamic loads;

5 - управляемый дроссель;5 - controlled choke;

6 - газовая пружина;6 - gas spring;

7 - блок управления;7 - control unit;

8 - датчик положения подвижной составной части 2 относительно корпуса 1;8 - position sensor of the movable component 2 relative to the housing 1;

9 - трубопровод;9 - pipeline;

10 - шарнир качания подвижной составной части 2 относительно корпуса 1;10 - swing joint of the movable component 2 relative to the housing 1;

11, 12 - шарниры, соединяющие гидроцилиндр соответственно с корпусом 1 и подвижной составной частью 2;11, 12 - hinges connecting the hydraulic cylinder with the housing 1 and the movable component 2, respectively;

Ск - положение центра масс корпуса 1;C to - the position of the center of mass of the body 1;

ϕC - угол продольного наклона корпуса 1 относительно горизонта;ϕ C - the angle of the longitudinal inclination of the body 1 relative to the horizon;

ϕ0 - угол наклона подвижной составной части 2 относительно горизонта;ϕ 0 - the angle of inclination of the movable component 2 relative to the horizon;

ϕ0-C - угол поворота подвижной составной части 2 относительно корпуса 1.ϕ 0-C is the angle of rotation of the movable component 2 relative to the housing 1.

СтатикаStatics

Система стабилизации движения самоходных транспортно-технологических машин, содержит гидроцилиндр 3 с устройством поглощения динамических нагрузок 4, включающим упругий и демпфирующие элементы. Система дополнительно содержит датчик положения подвижной составной части 8 относительно корпуса 1, выход которого соединен со входом блока управления 7, упругий элемент выполнен в виде двух или более газовых пружин 6 с установленными на каждой из них демпфирующими элементами в виде управляемых дросселей 5, соединенных с выходом блока управления 7, при этом каждая из газовых пружин 6 соединена трубопроводами 9 через управляемые дроссели 5 с гидроцилиндром 3.The system for stabilizing the movement of self-propelled transport and technological machines contains a hydraulic cylinder 3 with a device for absorbing dynamic loads 4, including elastic and damping elements. The system additionally contains a position sensor of the movable component 8 relative to the housing 1, the output of which is connected to the input of the control unit 7, the elastic element is made in the form of two or more gas springs 6 with damping elements installed on each of them in the form of controlled throttles 5 connected to the output control unit 7, with each of the gas springs 6 connected by pipelines 9 through controlled throttles 5 to the hydraulic cylinder 3.

Система стабилизации движения самоходных ТТМ может быть реализована на примере ТТМ с жестким соединением осей колес с корпусом 1 и достаточно массивной подвижной составной частью 2, имеющей благодаря гидроцилиндру 3 и шарнирам 10, 11, 12 одну вращательную степень свободы относительно корпуса 1. Обязательным элементом системы является соединенное с гидроцилиндром 3 устройство поглощения динамических нагрузок 4, включающее управляемые дроссели 5 и газовые пружины 6, также соединенного с блоком управления 7 и датчиком положения подвижной составной части 8 относительно корпуса 1 (фиг. 1).The system of stabilization of the movement of self-propelled TTM can be implemented on the example of TTM with a rigid connection of the axles of the wheels with the body 1 and a rather massive movable component 2, which, thanks to the hydraulic cylinder 3 and the hinges 10, 11, 12, has one rotational degree of freedom relative to the body 1. An obligatory element of the system is a device for absorbing dynamic loads 4 connected to the hydraulic cylinder 3, including controlled throttles 5 and gas springs 6, also connected to the control unit 7 and the position sensor of the movable component 8 relative to the housing 1 (Fig. 1).

Представленный пример машины может быть рассмотрен как двухмассовая динамическая система (фиг. 1), между основными элементами которой организована упруго-демпфирующая связь, а указанное изменение частоты колебаний подвижной составной части 2 относительно корпуса 1 можно обеспечить путем оперативного регулирования жесткости устройства поглощения динамических нагрузок 4 за счет закрытия с помощью управляемых дросселей 5 одного или нескольких газовых пружин 6.The presented example of a machine can be considered as a two-mass dynamic system (Fig. 1), between the main elements of which an elastic-damping connection is organized, and the specified change in the vibration frequency of the rolling component 2 relative to the housing 1 can be provided by operatively adjusting the rigidity of the device for absorbing dynamic loads 4 for by closing one or more gas springs by means of controlled throttles 5 6.

Изменения параметров упруго-демпфирующего устройства обеспечивается за счет изменения количества подключаемых газовых пружин и жесткости каждой из них, а также величиной проходного сечения, определяемого степенью открытия управляемых дросселей 5 на пути протекания рабочей жидкости от гидроцилиндра 3 к газовым пружинам 6. Для этого система оперативно через управляемый(е) дроссель(и) 5 отключает одну или более газовую пружину 6 от гидроцилиндра 3 (фиг. 1). Эффективность системы определяется не только количеством поглощенной энергии в устройстве поглощения динамических нагрузок 4, но и динамическими параметрами (направлением действующих сил, реакций и моментов) между корпусом 1 и подвижной составной частью 2.Changes in the parameters of the elastic-damping device is ensured by changing the number of connected gas springs and the stiffness of each of them, as well as the size of the flow area determined by the degree of opening of the controlled throttles 5 on the path of the working fluid flow from the hydraulic cylinder 3 to the gas springs 6. For this, the system is operatively through controlled (e) throttle (s) 5 disconnects one or more gas springs 6 from the hydraulic cylinder 3 (Fig. 1). The efficiency of the system is determined not only by the amount of absorbed energy in the device for absorbing dynamic loads 4, but also by the dynamic parameters (the direction of the acting forces, reactions and moments) between the housing 1 and the movable component 2.

В качестве упругих элементов устройства поглощения динамических нагрузок могут быть применены газовые пружины 6, представляющие собой емкости, внутренний объем которой разделен с помощью упругой диафрагмы на две полости, одна из которых заполнена газом, а другая рабочей жидкостью и сообщается с гидроцилиндром 3 с помощью трубопроводов 9.As elastic elements of the device for absorbing dynamic loads, gas springs 6 can be used, which are containers, the internal volume of which is divided by means of an elastic diaphragm into two cavities, one of which is filled with gas, and the other with a working fluid and communicates with the hydraulic cylinder 3 by means of pipelines 9 ...

Параметры газовых пружин 6 определяются их жесткостью. Под жесткостью следует понимать свойство газовых пружин 6, аналогичное жесткости пружины сжатия и определяемое как соотношение прикладываемой силы к углу поворота подвижной составной части 2 относительно корпуса 1. Жесткостью газовых пружин 6 устройства поглощения динамических нагрузок 4 определяются давлением газа, а также площадью воздействия на упругую диафрагму.The parameters of the gas springs 6 are determined by their stiffness. Rigidity should be understood as a property of gas springs 6, similar to the stiffness of a compression spring and is defined as the ratio of the applied force to the angle of rotation of the movable component 2 relative to the housing 1. The stiffness of the gas springs 6 of the device for absorbing dynamic loads 4 is determined by the gas pressure, as well as the area of action on the elastic diaphragm ...

Демпфирующие свойства устройства поглощения динамических нагрузок 4 определяются площадью проходного сечения канала и трубопроводов, соединяющих гидроцилиндр 3 и газовые пружины 6. Площадь проходного сечения может также меняться с помощью управляемых дросселей 5.The damping properties of the device for absorbing dynamic loads 4 are determined by the flow area of the channel and pipelines connecting the hydraulic cylinder 3 and the gas springs 6. The flow area can also be changed using controlled throttles 5.

ДинамикаDynamics

Рабочий процесс разработанной системы стабилизации рассмотрим на примере самоходной ТТМ, включающей корпус 1 и подвижную составную частью 2 в виде навесного оборудования, расположенного спереди, между которыми за счет гидроцилиндра 3, закрепленного на шарнирах 11 и 12, и шарнира 10 обеспечивается одна вращательную степень свободы. При движении ТТМ с выключенной системой стабилизации, корпус машины 1 за счет податливости шин совершает преимущественно продольно-угловые колебания относительно точки Ск. На осциллограмме ϕС и ϕ0 (фиг. 2) виден гармонический синхронный характер изменения этих параметров. Амплитуда колебаний определяется характером взаимодействия колеса с дорогой, параметрами неровностей дороги, частота колебаний определяется массо-инерционными параметрами ТТМ, жесткостью шин и др. параметрами. Поскольку подвижная составная часть 2 жестко связана с корпусом 1, то на фиг. 2 и фиг. 3 значение ф0 отражают изменение положения подвижной составной массы 2 относительно опорной поверхности.We will consider the working process of the developed stabilization system using the example of a self-propelled TTM, which includes a body 1 and a movable component 2 in the form of attachments located in front, between which, due to the hydraulic cylinder 3, fixed on the hinges 11 and 12, and the hinge 10, one rotational degree of freedom is provided. When the TTM is moving with the stabilization system turned off, the body of the machine 1, due to the compliance of the tires, performs mainly longitudinal-angular oscillations relative to the point C to . The oscillogram ϕ C and ϕ 0 (Fig. 2) shows the harmonic synchronous nature of the change in these parameters. The vibration amplitude is determined by the nature of the interaction of the wheel with the road, the parameters of the unevenness of the road, the vibration frequency is determined by the mass-inertial parameters of the TTM, the stiffness of the tires, and other parameters. Since the movable component 2 is rigidly connected to the housing 1, in FIG. 2 and FIG. 3 the value f 0 reflect the change in the position of the movable composite mass 2 relative to the support surface.

В случае включения системы стабилизации движения происходит сообщение гидроцилиндра 3 с устройством поглощения динамических нагрузок 4 с заданными упруго-демпфирующими свойствами (фиг. 1). При наезде на единичную неровность происходит синхронное отклонение корпуса 1 и подвижной составной части 2 относительно горизонта, причем подвижная составная часть 2 за счет сообщения гидроцилиндра 3 с устройством поглощения динамических нагрузок 4 также еще поворачивается на шарнире 10 относительно корпуса 1 (фиг. 1). На фиг. 4 показано изменения ϕC и ϕ0-C и видно, что происходит стабилизация движения корпуса 1 и колебаний подвижной составной части 2 за счет поглощения динамической нагрузки системой стабилизации, работающей по принципу прототипа. Несмотря на разницу частот колебаний корпуса 1 на эластичных шинах и подвижной составной части 2 относительно корпуса 1, между этими колеблющимися частями резонанс не возникает, поскольку устройство поглощения динамических нагрузок 4 гасит колебательный процесс до возможного совпадения направления перемещения колеблющихся масс ТТМ (фиг. 4). Таким образом, система стабилизации с постоянным уровнем упруго-демпфирующих свойств оказывается эффективной при наезде на единичные неровности.If the motion stabilization system is switched on, the hydraulic cylinder 3 communicates with the device for absorbing dynamic loads 4 with the specified elastic-damping properties (Fig. 1). When hitting a single unevenness, there is a synchronous deflection of the housing 1 and the movable component 2 relative to the horizon, and the movable component 2 due to the communication of the hydraulic cylinder 3 with the device for absorbing dynamic loads 4 also still rotates on the hinge 10 relative to the housing 1 (Fig. 1). FIG. 4 shows the changes in ϕ C and ϕ 0-C and it can be seen that there is a stabilization of the movement of the body 1 and the oscillations of the rolling component 2 due to the absorption of the dynamic load by the stabilization system operating according to the prototype principle. Despite the difference in the vibration frequencies of the body 1 on the elastic tires and the movable component 2 relative to the body 1, there is no resonance between these oscillating parts, since the device for absorbing dynamic loads 4 dampens the oscillatory process until the direction of movement of the oscillating masses of the TTM may coincide (Fig. 4). Thus, the stabilization system with a constant level of elastic-damping properties is effective when hitting single irregularities.

В случае продолжительного движения ТТМ по дороге с неровностями с включенной системой стабилизации, имеющей постоянный уровень упруго-демпфирующих свойств, колебаний корпуса 1 и подвижной составной части 2 относительно корпуса имеют разные частоты. В таком случае всегда возникает момент времени, когда направления колебаний корпуса 1 и подвижной составной части 2 совпадают, происходит резонанс, сопровождающийся резким увеличением действующих динамических нагрузок на все конструктивные элементы ТТМ и оператора (фиг. 5-6).In the case of a continuous movement of the TTM on a road with irregularities with the stabilization system turned on, having a constant level of elastic-damping properties, the vibrations of the body 1 and the movable component 2 relative to the body have different frequencies. In this case, a moment in time always arises when the directions of oscillations of the housing 1 and the movable component 2 coincide, a resonance occurs, accompanied by a sharp increase in the acting dynamic loads on all structural elements of the TTM and the operator (Figs. 5-6).

Принцип работы разработанной системы стабилизации основан на оперативном изменении жесткости устройства поглощения динамических нагрузок 4 в зависимости от угла поворота подвижной составной части относительно корпуса (ϕ0-C). Создание системы стабилизации с изменяющейся упругостью возможно на базе газовых пружин с переменной структурой. Под переменной структурой будем понимать изменяемый объем полости газовых пружин за счет применения двух или более подобных устройств, соединенных с гидроцилиндром 3 с помощью индивидуальных управляемых дросселей 5.The principle of operation of the developed stabilization system is based on the operational change in the rigidity of the device for absorbing dynamic loads 4, depending on the angle of rotation of the rolling component relative to the body (ϕ 0-C ). The creation of a stabilization system with variable elasticity is possible on the basis of gas springs with a variable structure. Under the variable structure we mean the variable volume of the cavity of the gas springs due to the use of two or more similar devices connected to the hydraulic cylinder 3 by means of individual controlled throttles 5.

Рабочий процесс разработанной системы стабилизации предполагает, что при продолжительном движении по дороге с неровностями ТТМ с такой системой ее корпус 1 совершает колебания на эластичных шинах, а подвижная составная часть 2 колеблется относительно корпуса 1 за счет шарниров 10, 11 и 12, а также благодаря соединению гидроцилиндра 3 через открытые управляемые дроссели 5 с газовыми пружинами 6. Датчики положения подвижной составной части 8 непрерывно регистрируют и передают значения ϕ0-C на блок управления 7, установленный с возможностью вычисления и передачи управляющего сигнала на регулируемые дроссели 5.The working process of the developed stabilization system assumes that during continuous movement on the road with irregularities of the TTM with such a system, its body 1 oscillates on elastic tires, and the movable component 2 oscillates relative to the body 1 due to hinges 10, 11 and 12, as well as due to the connection hydraulic cylinder 3 through open controlled throttles 5 with gas springs 6. Position sensors of the rolling component 8 continuously register and transmit the values of ϕ 0-C to the control unit 7, installed with the possibility of calculating and transmitting the control signal to the variable throttles 5.

В момент, предшествующий резонансу, возникает совпадение направлений перемещения корпуса 1 и подвижной составной части 2, что приводит к увеличению ϕC и ϕ0-C. При этом датчик положения подвижной составной части 8 относительно корпуса 1, обладающий возможностью определения величины ϕ0.C и передачи сигналов, определяет и передает на вход в блок управления 7 значения ϕ0-C. Блоком управления 7, исходя из заложенного в него алгоритма, определяется разницу между текущим положением подвижной составной части 2 и предельно допустимым для данных условий. В случае если текущее положение превышает предельное допустимое, то блок управления 7 через свой выход подает управляющий сигнал на управляемый дроссель 5, который обеспечивает частично или полное перекрытие потока рабочей жидкости от гидроцилиндра 3 к газовым пружинам 6 по трубопроводу 9.At the moment preceding the resonance, there is a coincidence of the directions of movement of the body 1 and the movable component 2, which leads to an increase in ϕ C and ϕ 0-C . In this case, the position sensor of the movable component 8 relative to the housing 1, which has the ability to determine the value of ϕ 0 . C and transmitting signals, determines and transmits to the input to the control unit 7 the values ϕ 0-C . The control unit 7, based on the algorithm embedded in it, determines the difference between the current position of the rolling component 2 and the maximum permissible for these conditions. If the current position exceeds the maximum permissible, then the control unit 7 through its output gives a control signal to the controlled throttle 5, which provides partial or complete blocking of the flow of the working fluid from the hydraulic cylinder 3 to the gas springs 6 through the pipeline 9.

Таким образом, в момент, предшествующий возникновению резонанса, блок управления 7 подает сигнал на управляемые дроссели 5, которые перекрывают одну или несколько газовых пружин 6 устройства поглощения динамических нагрузок 4, что приводит к увеличению жесткости устройства поглощения динамических нагрузок 4 и, как следствие, к повышению частоты собственных колебаний подвижной составной части 2 относительно корпуса 1, а также снижению амплитуды колебаний подвижной составной части 2 относительно корпуса 1. Подвижная составная часть 2 раньше достигает крайнего положения и начинает перемещаться в обратном направлении еще до момента достижения корпусом 1 экстремума угла наклона (фиг. 7).Thus, at the moment preceding the onset of resonance, the control unit 7 sends a signal to the controlled throttles 5, which overlap one or more gas springs 6 of the device for absorbing dynamic loads 4, which leads to an increase in the rigidity of the device for absorbing dynamic loads 4 and, as a consequence, to an increase in the natural vibration frequency of the movable component 2 relative to the housing 1, as well as a decrease in the vibration amplitude of the movable component 2 relative to the housing 1. The movable component 2 earlier reaches the extreme position and begins to move in the opposite direction even before the housing 1 reaches the extremum of the inclination angle (Fig. . 7).

При достижении экстремума ϕ0-C подвижная составная часть 2 начинает перемещение в обратном направлении, что фиксирует датчик положения подвижной составной части 8 относительно корпуса 1 и передает значения ϕ0-C на блок управления 7, который в свою очередь передает управляющий сигнал на управляемые дроссели 5, которые открываются и сообщают гидроцилиндр 3 со всеми газовыми пружинами 6, что необходимо для увеличения амплитуды колебаний подвижной составной части 2, накопления ею кинетической энергии, которая впоследствии будет поглощена на последующих колебательных циклах.When the extremum ϕ 0-C is reached, the movable component 2 begins to move in the opposite direction, which fixes the position sensor of the movable component 8 relative to the housing 1 and transmits the values of ϕ 0-C to the control unit 7, which in turn transmits the control signal to the controlled throttles 5, which open and communicate the hydraulic cylinder 3 with all gas springs 6, which is necessary to increase the amplitude of oscillations of the movable component 2, accumulate kinetic energy, which will subsequently be absorbed in subsequent oscillatory cycles.

Таким образом, происходит отстройка по времени момента достижения крайних положений подвижной составной части 2 и корпуса 1, как следствие, исключение резонансов и стабилизация движения ТММ за счет поглощения энергии колебаний системой стабилизации.Thus, the timing of the moment of reaching the extreme positions of the movable component 2 and the housing 1 occurs, as a result, the elimination of resonances and stabilization of the TMM motion due to the absorption of the vibration energy by the stabilization system.

Заявителем разработаны математические и имитационные модели, с помощью которых обоснована эффективность и работоспособность предложенного способа стабилизации ТТМ на примере самоходного кормоуборочного комбайна с подвижной составной частью в виде навесного адаптера. Посредствам имитационного моделирования построены осциллограммы изменения углов продольного наклона корпуса комбайна (фиг. 8) и углов поворота подвижной составной части в виде навесного адаптера (фиг. 9) при движении комбайна по грунтовой дороге со скоростью 15 км/ч, из которых видно, что стабилизация корпуса машины по предложенному способу позволяет снизить пиковые значения параметра колебаний более чем в 2 раза.The applicant has developed mathematical and simulation models, with the help of which the efficiency and operability of the proposed method for stabilizing TTM have been substantiated by the example of a self-propelled forage harvester with a movable component in the form of a hinged adapter. By means of simulation, oscillograms of changes in the angles of the longitudinal inclination of the harvester body (Fig. 8) and the angles of rotation of the rolling component in the form of a hinged adapter (Fig. 9) when the harvester moves along a dirt road at a speed of 15 km / h are constructed, from which it can be seen that stabilization the body of the machine according to the proposed method allows to reduce the peak values of the vibration parameter by more than 2 times.

Осуществление описанного способа позволяет уменьшить динамические нагрузки, действующих на машину и ее оператора за счет поглощения энергии колебаний за счет сообщения гидроцилиндра, обеспечивающего подвижность составной подвижной части, и устройством поглощения динамических нагрузок с изменяемой жесткостью.The implementation of the described method makes it possible to reduce the dynamic loads acting on the machine and its operator by absorbing the vibration energy due to the communication of the hydraulic cylinder, which ensures the mobility of the component movable part, and a device for absorbing dynamic loads with variable stiffness.

Claims (1)

Система стабилизации движения самоходных транспортно-технологических машин, содержащая гидроцилиндр с устройством поглощения динамических нагрузок, включающим упругий и демпфирующие элементы, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок управления и датчик положения подвижной составной части относительно корпуса машины, выход которого соединен со входом блока управления, а упругий элемент выполнен в виде двух или более газовых пружин с установленными на каждой из них демпфирующими элементами в виде управляемых дросселей, соединенных с выходом блока управления, при этом каждая из газовых пружин соединена трубопроводами через управляемые дроссели с гидроцилиндром.A system for stabilizing the movement of self-propelled transport and technological machines, containing a hydraulic cylinder with a device for absorbing dynamic loads, including elastic and damping elements, characterized in that it additionally contains a control unit and a position sensor of the moving component relative to the machine body, the output of which is connected to the input of the control unit, and the elastic element is made in the form of two or more gas springs with damping elements installed on each of them in the form of controlled throttles connected to the output of the control unit, while each of the gas springs is connected by pipelines through controlled throttles to a hydraulic cylinder.
RU2020131096A 2020-09-21 2020-09-21 Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles RU2747331C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131096A RU2747331C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131096A RU2747331C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747331C1 true RU2747331C1 (en) 2021-05-04

Family

ID=75850999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131096A RU2747331C1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747331C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2543936A1 (en) * 1983-03-17 1984-10-12 Harnischfeger Corp DEVICE FOR REDUCING THE OSCILLATORY DEVIATION OF A VEHICLE SUCH AS A MOBILE CRANE FOR ACCIDENTAL GROUNDS
US10448556B2 (en) * 2016-05-30 2019-10-22 Deere & Company Arrangement and method for monitoring and/or controlling the driving state of a self-propelled agricultural working machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2543936A1 (en) * 1983-03-17 1984-10-12 Harnischfeger Corp DEVICE FOR REDUCING THE OSCILLATORY DEVIATION OF A VEHICLE SUCH AS A MOBILE CRANE FOR ACCIDENTAL GROUNDS
US10448556B2 (en) * 2016-05-30 2019-10-22 Deere & Company Arrangement and method for monitoring and/or controlling the driving state of a self-propelled agricultural working machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10125839B2 (en) Planar linkage, methods of decoupling, mitigating shock and resonance, and controlling agricultural spray booms mounted on ground vehicles
US5067684A (en) Vibration-isolating machine mount
JP3841450B2 (en) Mass spring device and vibration inertia force generator
CN207328036U (en) The suspended rack assembly and chassis vehicle of chassis vehicle
US9180748B2 (en) Suspension control system and method of controlling suspension device
JPH063239B2 (en) Adjustable vibration damper
CN113565912B (en) Dynamic vibration absorbing structure and method with self-adaptive and rapid-adjustable resonant frequency
DK2982243T3 (en) Device and method for controlling the movement of a distributor rod system in an agricultural distributor machine
JP2008247261A (en) Suspension control device
WO2019049427A1 (en) Cabin vibration damping system for work vehicle
RU2747331C1 (en) Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles
JP4191013B2 (en) Damping device and vehicle with damping function
JP3908873B2 (en) Vibration / excitation testing machine
RU2624757C1 (en) Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation
RU142137U1 (en) DEVICE FOR REGULATING THE ELASTIC DISSIPATIVE PROPERTIES OF THE VIBRATION PROTECTIVE SYSTEM
Cheng et al. Influence of hanging farm implement on vibration of tractor with electro-hydraulic hitch system
JP4700862B2 (en) Railway vehicle
RU2689901C2 (en) Device for controlling vibration field of processing machine
CN101235867A (en) Electric Active Vibration Absorber
Madau et al. Active ride control for construction machines based on pressure feedback
Ayoub et al. Design of a dynamic boom suspension system in a hybrid wheel loader
RU2654890C1 (en) Method of protected object dynamic oscillations damping and device for its implementation
CN109532376B (en) Automobile shock absorber ware control system
JPH06117485A (en) Frequency coping type vibration damper
RU206649U1 (en) Active vehicle seat suspension