Описание задачи
Гидростатическая трансмиссия форвардера представляет собой сложную систему, объединяющую гидронасосы, гидромоторы, распределительную аппаратуру и исполнительные механизмы, совместная работа которых определяет тяговые характеристики машины, плавность движения и эффективность передачи мощности.
При проектировании гидростатической трансмиссии необходимо обеспечить согласованную работу всех гидравлических контуров в различных режимах эксплуатации. Несогласованность параметров отдельных элементов может приводить к возникновению перегрузок, снижению КПД системы, неравномерному распределению потоков рабочей жидкости и ухудшению динамических характеристик машины.
В данном примере рассматривается моделирование гидростатической трансмиссии форвардера в программном комплексе PRADIS.
Цели анализа
В процессе моделирования необходимо:
- проверить совместимость элементов гидростатической трансмиссии;
- оценить согласованность работы гидравлических контуров в различных режимах эксплуатации;
- подобрать параметры элементов согласования нагрузки;
- оценить изменение давления в гидравлических контурах;
- проверить устойчивость работы системы при переходе между различными режимами движения.
Объект моделирования
Объектом исследования является лесозаготовительный форвардер с гидростатической трансмиссией.
Модель используется для анализа работы гидравлической системы машины при различных режимах эксплуатации и позволяет оценивать эффективность работы трансмиссии еще на этапе проектирования.
Рисунок 1 – Форвардер
Расчетная модель
Для исследования разработана комплексная математическая модель гидростатической трансмиссии форвардера.
В состав модели входят:
- гидронасосы;
- гидромоторы;
- гидрораспределители;
- клапаны управления;
- гидролинии;
- элементы согласования нагрузки;
- исполнительные механизмы.
Модель позволяет одновременно рассчитывать работу всех гидравлических контуров трансмиссии и оценивать их взаимное влияние в процессе движения машины.
Во время моделирования учитываются:
- изменение давления рабочей жидкости;
- перераспределение потоков между гидравлическими контурами;
- работа регулирующей аппаратуры;
- изменение режимов движения машины;
- динамика исполнительных гидроприводов.
Рисунок 2 – Расчетная модель гидростатической трансмиссии форвардера в PRADIS
Результаты моделирования
Изменение давления в гидравлических контурах
На рисунке представлены зависимости давления в гидравлических магистралях М3 и М4 во времени.
По оси X откладывается время, с.
По оси Y — давление, бар.
Рисунок 3 – Изменение давления в магистралях М3 и М4
На графике выделены три характерных режима работы гидростатической трансмиссии:
- подготовка;
- разгон;
- равномерное движение.
Режим подготовки
На первом участке происходит последовательное заполнение гидравлической системы рабочей жидкостью и подготовка исполнительных механизмов к началу движения.
Давление в магистралях М3 и М4 возрастает ступенчато, что соответствует последовательному включению отдельных гидравлических контуров и выходу системы на рабочие параметры.
К концу этапа подготовки давление стабилизируется на уровне около 38–43 бар, что свидетельствует о готовности гидростатической трансмиссии к передаче мощности.
Режим разгона
После начала движения машины давление в обеих магистралях значительно увеличивается.
В магистрали М4 наблюдается максимальное давление порядка 68–70 бар, что связано с необходимостью обеспечения повышенного тягового усилия при разгоне форвардера.
В магистрали М3 максимальное давление составляет около 57–58 бар.
После достижения максимальных значений наблюдается плавное снижение давления, обусловленное уменьшением нагрузки после завершения интенсивного разгона.
Отсутствие резких скачков давления свидетельствует о корректной настройке элементов согласования нагрузки и устойчивой работе гидростатической системы.
Режим равномерного движения
После завершения разгона давление в гидравлических магистралях выходит на практически постоянный уровень.
Для магистрали М3 установившееся давление составляет около 52 бар.
Для магистрали М4 давление стабилизируется на уровне около 67 бар.
Колебания давления практически отсутствуют, что свидетельствует о согласованной работе гидронасосов, гидромоторов и регулирующей аппаратуры при постоянной скорости движения.
Полученные результаты подтверждают устойчивую работу гидростатической трансмиссии во всех рассматриваемых режимах эксплуатации.
Анализ результатов
По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
- гидростатическая трансмиссия обеспечивает последовательный выход на рабочий режим без возникновения неустойчивых процессов;
- переход между режимами подготовки, разгона и равномерного движения осуществляется плавно;
- элементы согласования нагрузки обеспечивают стабильное распределение давления между гидравлическими контурами;
- в установившемся режиме отсутствуют значительные колебания давления, что свидетельствует о корректной настройке параметров системы;
- максимальные давления возникают только во время интенсивного разгона, после чего система быстро выходит на стационарный режим работы.