Классификация базовых элементов привода и их узлов

Анализ различных схем механических и гидромеханических передач, применяемых в различных мобильных машинах (автомобилях, дорожных, строительных, землеройно-транспортных машинах, тракторах, тягачах и др.), показывает, что существует конечный набор базовых элементов, с помощью которых можно построить практически любую механическую или гидромеханическую передачу. К этим элементам относятся: дизельный двигатель с центробежным регулятором, редуктор, упругий вал, фрикцион, гидромуфта, гидротрансформатор, колесный движитель, маховик, дифференциал (рис. 1)

Описание каждого элемента в настоящее время детально изучено, и поэтому благодаря опыту, накопленному при моделировании различных схем привода, выбор подходящей математической модели элемента не представляет особых затруднений.

Любую схему механического или гидромеханического привода можно рассматривать как совокупность составляющих ее элементов и узлов – точек соединения этих элементов. Каждый элемент схемы можно представить в виде трехузлового элемента с узлами i (вход), j (выход) и k (управление или преобразование энергии), связывающими его с другими элементами схемы (рис. 1).

Рис. 1. Базовые элементы механических и гидромеханических передач и их узлы.
а – дизель с центробежным регулятором, б – редуктор, в – упругий вал, г – фрикцион, д – гидромуфта, е – гидротрансформатор, ж – колесный движитель, з –маховик, и – дифференциал.

Вход и выход элемента определяются, как правило, принятым направлением потока мощности от двигателя к нагрузке (см. таблицу классификации узлов). При изменении направления потока мощности меняется знак соответствующих параметров, характеризующих работу элемента. В соответствии с этим принята следующая классификация узлов базовых элементов привода.

Таблица 1. Классификация узлов базовых элементов привода

Указанный порядок следования номеров узлов выбран из соображений удобства формализации структурного описания схемы, которые станут ясными из дальнейшего. Такое описание структуры произвольных схем механических и гидромеханических передач обусловлено необходимостью ввода, хранения и использования исходных данных на так называемом «элементном» уровне, иными словами базовые трехузловые элементы со своими параметрами, характеристиками и математическими моделями являются той первичной информацией, на базе которой строится алгоритм всего динамического расчета схемы.

Согласно приведенной классификации каждый тип элемента получил специальное имя – идентификатор , позволяющий при формировании общей модели схемы привода выбрать в библиотеке математических моделей элементов нужную группу уравнений – математическую модель элемента данного типа. Были выбраны следующие идентификаторы базовых элементов: ДИЗЕЛЬ, РЕДУКТОР, ВАЛ, ФРИКЦИОН, ГДРМУФТА (гидромуфта), ТРАНСФТР (гидротрансформатор), КОЛЕСО, МАХОВИК, ДИФФРНЦЛ (дифференциал).

В соответствии с введенной идентификацией каждый элемент e схемы привода относится к определенному типу с соответствующими ему узлами i , j , k . Тогда структура любой схемы привода после нумерации всех ее узлов может быть описана следующей матрицей связей :

= ,         (1)

где – элементы гидросхемы, N – их количество, n – порядковый номер типа элемента.

Идентификатор определяет соответствующую элементу математическую модель, номера узлов служат для индексации переменных и, как следствие, установления условий связи элементов друг с другом. Например, если выход элемента является в то же время входом элемента , то очевидно, что , и следовательно, переменные на выходе и на входе совпадают, т.е. имеет место соответствующее условие связи; порядковый номер n типа элемента служит для удобства формирования математической модели.

В результате такого описания структуры схемы из общей библиотеки математических моделей элементов будут выбраны именно те уравнения, которыми описываются элементы, входящие в схему, а индексация переменных, входящих в уравнения (условия связей), будет установлена на основании нумерации узлов элементов, указанных в матрице .
Таким образом, описание структуры (топологии) любой произвольной схемы механического и гидромеханического привода для проведения динамического анализа формализуется путем:

- нанесения на рабочую схему узлов – точек соединения элементов и нумерации узлов;

- формирования структурной матрицы на основе идентификации базовых элементов и нумерации их узлов в схеме.