Improving controllability of curvilinear motion of caterpillar tractors by installation of a differential rotary actuator and tracking system

Abstract

Объектом исследования является промышленный гусеничный трактор класса тяги 10…20 т с гидромеханической трансмиссией на базе гидродинамического трансформатора крутящего момента и с дифференциальным механизмом поворота. Обозначены преимущества использования конструкции гидрообъёмного механизма поворота, и обоснована актуальность задачи обеспечения устойчивости движения машины по траектории с различными радиусами. Приведена математическая модель движения гусеничной машины с особенностями соединения двух потоков мощности через планетарный зубчато-рычажный механизм и следящей системы поддержания стабильного радиуса при неизменном положении штурвала. Исследованы переходные процессы в гидродинамической трансмиссии и в гидрообъёмном механизме поворота при входе в поворот и при повороте на месте. Определены граничные грунтовые условия для выполнения трактором бесступенчатого маневрирования при выполнении технологических операций. Предложен алгоритм работы следящей системы, обеспечивающий движение машины по траектории неизменного радиуса, заданного штурвалом, независимо от влияния внутренних и внешних возмущений: утечки в гидромашинах, буксования гусеничного движителя и смены грунта. Устойчивость движения машины по траектории заданного штурвалом радиуса при наличии возмущений достигается дополнительным регулированием положения наклонной шайбы насоса гидрообъёмного механизма поворота с учетом двух величин: скорости вращения турбины гидродинамического трансформатора и кривизны траектории движения машины на местности, вычисленной на основе информации с устройств GPS-навигации. Установлено, что при входе в поворот на высшей передаче давление в ГОП механизма поворота в полтора раза превышает установившееся значение. При входе в поворот на тяжелых грунтах не хватает сцепления с грунтом для осуществления маневра. При начале разворота на месте на грунте с коэффициентом сопротивления повороту более 0,7 давление в магистрали ГОП достигает 40 МПа. Моделирование системы стабилизации траектории движения тихоходной гусеничной машины подтвердило отсутствие ошибки управления криволинейным движением. Ключевые слова: гусеничный промышленный трактор, дифференциальный механизм поворота, планетарный механизм, гидродинамический трансформатор крутящего момента, гидрообъёмная передача, следящая система, микромеханический гироскоп. Введение. Известны механизмы поворота (МП) гусеничных машин, выполненные на базе гидрообъёмных передач (ГОП) [1-7]. В основном они применены в быстроходных машинах (танках, бронемашинах пехоты, тягачах) [8, 9]. Опыт применения аналогичных схем МП имеется и в тихоходных гусеничных машинах [10, 11], хотя он и не столь велик. Это связано с заметным удорожанием конструкции, необходимостью установки планетарных суммирующих передач и собственно ГОП. Целесообразность и преимущества перехода на бесступенчатый поворот промышленных тракторов требует обоснования. Отчасти оно изложено в данной статье. Недостатки ГОП очевидны-низкий КПД, около 80 %. Преимущества же не очевидны: их надо разъяснять. Во-первых, 80 % КПД соответствует в...