Control modes of a hydraulic drive with independent control of flows under different load conditions

Abstract

EN: A hydraulic drive of a mobile machine under a passive load is considered, based on proportional metering elements that independently control the inlet and outlet flows of the hydraulic cylinder and on controlled check valves. The influence of the load mass, the load force direction and the required rod velocity on the choice of the control mode is studied. Four modes are analysed: meter in control, meter-out control with pump unloading, combined control and control by the pump flow rate. A quasi-static model with constraints on cavitation, pressure, flow rate and controllability is compiled; the comparison criterion is the total pressure drop across the metering elements. A mode map in the coordinates “load mass – required velocity” is built and the energy consumed from the pump over a loader cycle is analysed. UK: Розглянуто гідропривод мобільної машини з пасивним навантаженням, побудований на пропорційних розподільчих елементах, які незалежно керують потоками робочої рідини на вході та виході гідроциліндра, і керованих зворотних клапанах, що забезпечують герметичність його робочих камер. Показано, що при зміні маси вантажу, знака сили навантаження відносно швидкості та заданої швидкості штока така структура потребує вибору режиму керування — призначення регулювального і повністю відкритого розподільчих елементів та стану джерела живлення. Виділено чотири режими: керування на вході, керування на виході з розвантаженням насоса, комбіноване керування і керування подачею насоса. Обґрунтовано квазістатичну постановку задачі, сформульовано припущення і складено систему рівнянь сталого режиму, яка містить рівняння рівноваги сил на поршні, рівняння витрат через розподільчі елементи та обмеження за кавітацією, допустимим тиском, подачею насоса і керованістю регулювального елемента. Критерієм порівняння режимів прийнято сумарний перепад тиску на регулювальних елементах, додатковими показниками — потужність, спожиту від насоса, і ККД передачі. На прикладі стрілового контуру фронтального навантажувача виконано розрахунок для діапазону мас вантажу, обох знаків сили навантаження і кількох заданих швидкостей, виділено недопустимі поєднання умов та їх причини. Побудовано карту режимів у координатах «маса вантажу — задана швидкість» для зустрічного і попутного навантаження; встановлено, що межі областей оптимальності визначаються знаком сили навантаження, відношенням заданої витрати до подачі джерела і потрібним відкриттям вихідного розподільчого елемента. На умовному робочому циклі навантажувача проаналізовано зменшення енергії, спожитої від насоса, при перемиканні режимів за умовами навантаження порівняно зі спільним керуванням входом і виходом. Результати призначені для синтезу алгоритмів керування гідроприводами мобільних машин з незалежним керуванням потоками.