RU2747331C1 - Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles - Google Patents
Motion stabilization system for self-propelled transport and technological vehicles Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60D—VEHICLE CONNECTIONS
- B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
- B60D1/24—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
- B60D1/30—Traction 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
- B60D1/32—Traction 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression 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
- F16F15/023—Suppression 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
- F16F15/027—Suppression 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
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
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
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
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
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
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
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
9 - трубопровод;9 - pipeline;
10 - шарнир качания подвижной составной части 2 относительно корпуса 1;10 - swing joint of the
11, 12 - шарниры, соединяющие гидроцилиндр соответственно с корпусом 1 и подвижной составной частью 2;11, 12 - hinges connecting the hydraulic cylinder with the
Ск - положение центра масс корпуса 1;C to - the position of the center of mass of the
ϕC - угол продольного наклона корпуса 1 относительно горизонта;ϕ C - the angle of the longitudinal inclination of the
ϕ0 - угол наклона подвижной составной части 2 относительно горизонта;ϕ 0 - the angle of inclination of the
ϕ0-C - угол поворота подвижной составной части 2 относительно корпуса 1.ϕ 0-C is the angle of rotation of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2020
- 2020-09-21 RU RU2020131096A patent/RU2747331C1/en active
Patent Citations (2)
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 |