Розробка універсальної моделі мехатронної системи з гідравлічним приводом

The growing demands to performance of mechatronic systems with a hydraulic drive of movable operating elements of self-propelled machines require application of new approaches to the process of their development and design. Functional parameters of the mechatronic systems depend on a rational choice of operating modes of the hydraulic system and the design implementation of the mechatronic modules of these systems. Quality of the mechanically driven mechatronic system is largely determined by its dynamic characteristics. In order to improve dynamic characteristics, a universal model describing dynamic and static processes occurring in the elements of the mechatronic system was proposed. The pump, the hydraulic motor, the safety valve and the working fluid are considered interrelated as a single whole. The universal model takes into account peculiarities of functioning and mutual influence of all elements of the mechatronic system as well as the features of the working fluid and can be used with any hydraulic machines of a volumetric action. The study of dynamics of the changes in functional parameters of the mechanically driven mechatronic system was carried out for four stages of its operation: acceleration of the hydraulic drive (triggering of the safety valve); valve closure; completion of acceleration and steady-state operation. The conducted studies have established that when activating the hydraulic drive of the mechatronic system from the moment of the safety valve activation and to its closure, operating conditions do not affect changes in the functional parameters. In the steady-state operation, there are fluctuations caused by unevenness of the pump feed and load fluctuations. It should also be noted that the mechatronic system with a hydraulic motor having larger working volume has better dynamic characteristics than that with smaller working volume.Возрастающие требования к производительности мехатронных систем с гидравлическим приводом активных рабочих органов самоходных машин требуют применения новых подходов в процессе их разработки и проектирования. Функциональные параметры мехатронных систем зависят от рационального выбора режимов работы гидравлической системы и конструктивного выполнения мехатронных модулей этих систем. Качество мехатронной системы с гидравлическим приводом в большей мере определяется ее динамическими характеристиками. Для улучшения динамических характеристик предложена универсальная модель, описывающая динамические и статические процессы, происходящие в элементах мехатронной системы. Насос, гидромотор, предохранительный клапан и рабочая жидкость рассмотрены во взаимосвязи, как единое целое. Универсальная модель учитывает особенности функционирования и взаимное влияние всех элементов мехатронной системы, а также особенности рабочей жидкости и может быть использована с любыми гидромашинами объемного действия. Исследование динамики изменения функциональных параметров мехатронной системы с гидравлическим приводом осуществлялось на четырех этапах работы: разгон гидропривода (срабатывание предохранительного клапана); закрытие клапана; завершение разгона; установившийся режим работы. Проведенными исследованиями установлено, что при пуске гидропривода мехатронной системы с момента срабатывания предохранительного клапана и до его закрытия условия эксплуатации не влияют на изменение функциональных параметров. При установившемся режиме работы наблюдаются пульсации, вызванные неравномерностью подачи насоса и колебаниями нагрузки. Также необходимо отметить, что мехатронная система с гидромотором, имеющим больший рабочий объем, имеет лучшие динамические характеристики, чем система с гидромотором меньшего объемаЗростаючі вимоги до продуктивності мехатронних систем з гідравлічним приводом активних робочих органів самохідних машин вимагають застосування нових підходів в процесі розробки та проектування. Функціональні параметри мехатронних систем залежать від раціонального вибору режимів роботи гідравлічної системи та конструктивного виконання мехатронних модулів цих систем. Якість мехатронної системи з гідравлічним приводом в більшій мірі визначається динамічними характеристиками. Для поліпшення динамічних характеристик запропонована універсальна модель, яка описує динамічні і статичні процеси, що відбуваються в елементах мехатронної системи. Насос, гідромотор, запобіжний клапан та робоча рідина розглянуті у взаємозв'язку, як єдине ціле. Універсальна модель враховує особливості функціонування і взаємний вплив всіх елементів мехатронної системи, а також особливості робочої рідини та може бути використана з будь-якими гідромашинами об'ємної дії. Дослідження динаміки зміни функціональних параметрів мехатронної системи з гідравлічним приводом здійснювалося на чотирьох етапах роботи: розгін гідроприводу (спрацювання запобіжного клапана); закриття клапана; завершення розгону; сталий режим роботи. Проведеними дослідженнями встановлено, що при пуску гідроприводу мехатронної системи з моменту спрацьовування запобіжного клапана і до його закриття умови експлуатації не впливають на зміну функціональних параметрів. При сталому режимі роботи спостерігаються пульсації, викликані нерівномірністю подачі насоса і коливаннями навантаження. Також необхідно відзначити, що мехатронна система з гідромотором, який має більший робочий об'єм, має кращі динамічні характеристики, ніж система з гідромотором меншого об'єм

Development of the Universal Model of Mechatronic System with a Hydraulic Drive

The growing demands to performance of mechatronic systems with a hydraulic drive of movable operating elements of self-propelled machines require application of new approaches to the process of their development and design. Functional parameters of the mechatronic systems depend on a rational choice of operating modes of the hydraulic system and the design implementation of the mechatronic modules of these systems. Quality of the mechanically driven mechatronic system is largely determined by its dynamic characteristics. In order to improve dynamic characteristics, a universal model describing dynamic and static processes occurring in the elements of the mechatronic system was proposed. The pump, the hydraulic motor, the safety valve and the working fluid are considered interrelated as a single whole. The universal model takes into account peculiarities of functioning and mutual influence of all elements of the mechatronic system as well as the features of the working fluid and can be used with any hydraulic machines of a volumetric action. The study of dynamics of the changes in functional parameters of the mechanically driven mechatronic system was carried out for four stages of its operation: acceleration of the hydraulic drive (triggering of the safety valve); valve closure; completion of acceleration and steady-state operation. The conducted studies have established that when activating the hydraulic drive of the mechatronic system from the moment of the safety valve activation and to its closure, operating conditions do not affect changes in the functional parameters. In the steady-state operation, there are fluctuations caused by unevenness of the pump feed and load fluctuations. It should also be noted that the mechatronic system with a hydraulic motor having larger working volume has better dynamic characteristics than that with smaller working volume