Исследование свойств шагового электропривода как системы управления трансмиссией

Внедрение: 2014 г.

Научными сотрудниками кафедры ”Автомобиле- и тракторостроения” Национального технического университета ”Харьковский политехнический институт” был разработан и смонтирован экспериментальный стенд исследования работы тракторных бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий (ГОМТ) [1], где в качестве модуля сбора данных был применён E14-140-M.

На рисунке 1 представлена кинематическая схема и места подключения датчиков в исполнении стенда с дифференциалом ”на выходе”. На рисунке 2 показан внешний вид стенда.

Рисунок 1. Кинематическая схема стенда ГОМТ с дифференциалом ”на выходе”.

Рисунок 2. Внешний вид экспериментального стенда.

На стенде были использованы два комплекта гидравлических машины с гидромеханическим управлением в моноблочном исполнении фирмы GTN Hydraulics модели 3К10Р090 (33 см³) с регулируемым гидронасосом и нерегулируемым гидромотором. Максимально приблизить работу стенда к режимам работы реального трактора с ГОМТ удалось, используя в качестве нагружающего устройства порошковый нагрузочный тормоз ПТ-100 с регулируемым источником питания (рисунок 3).

Рисунок 3. Регулируемый источник питания порошкового нагрузочного тормоза: внешний вид источника питания (слева); принципиальная электрическая схема (справа).

Составляющими элементами шагового электропривода (рисунок 4) являются шаговый двигатель FL86STH80‑4208A (1), микроконтроллер (2), который осуществляет связь с компьютером, источник питания NES‑100‑48 (3), драйвер CNC 4.5A (4).

Рисунок 4. Компоненты шагового электропривода.

Для сбора данных был применен внешний модуль АЦП E14-140-M (рисунок 5).
 

Рисунок 5. Внешний модуль АЦП E14-140-M с клеммником.

Примечание техподдержки L-Card: дифференциальный способ подключения сигналов к E14-140-M позволяет даже при таком некачественном способе подключения измерительных цепей (одиночными проводами без экранирования через винтовые клеммники) иметь приемлемое соотношение сигнал/помеха на входе E14-140-M, несмотря на широкую полосу частот пропускания этого АЦП.

На выходном валу (рисунок 1) были установлены индуктивный датчик угловой скорости ИДС и датчик крутящего момента оригинальной конструкции, передающий сигнал по радиоканалу (рисунок 6), состоящий из передатчика и приемника. Для минимизации влияния атмосферных факторов на погрешность измерений до и после испытаний валы с датчиками крутящего момента подвергались тарировке на специально разработанном приспособлении.

Рисунок 6. Датчик крутящего момента.

Возможности управления были обеспечены программным продуктом Control, разработанным в свободной среде Lazarus для компилятора Free Pascal Compiler. Эта программа использует законы управления, построенные в среде MathCad.

Испытание шагового электропривода, как исполняющего элемента системы управления ГОМТ, было разделено на статическое и динамическое (рисунок 7).

Рисунок 7. График поведения скорости выходного вала при постоянном параметре регулирования (слева). Разгон по закону управления (справа).

Проведенное исследование установило, что применение шагового электропривода как исполнительного элемента на аксиально-поршневых гидрообъемных машинах с гидромеханическим управлением позволяет не только повысить удобство управления трактором для оператора, но и получить ряд свойств, которыми на данный момент обладают лишь гидромашины с электрическим пропорциональным управлением:

• управление с помощью джойстика;
• возможность разгона по оптимальному закону, записанному в памяти микроконтроллера; легкая наладка обратной связи.

Источник:
Самородов В.Б., Митцель Н.А. Исследование свойств шагового электропривода как системы управления двухпоточной гидрообъемно-механической трансмиссией // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – Вып. 5, № 7 (71). – С. 52-58.

Разработчик: Самородов В.Б., Митцель Н.А. (Национальный технический университет ”Харьковский политехнический институт”)