MODEL OF THE HYDRAULIC DRIVE OF THE MECHATRONIC SYSTEM
Abstract
The work is devoted to the study of the dynamic characteristics of mechatronic systems with a hydraulic drive of active working elements of self–propelled machinery. The proposed model and design scheme allow us to describe the processes occurring in the elements of the hydraulic drive of the mechatronic system. The elements of a hydraulic drive: pump, hydraulic motor, safety valve and working fluid are considered in conjunction as a single unit. The model takes into account the features of functioning and the mutual influence of all elements of the mechatronic system's hydraulic drive, as well as the characteristics of the working fluid and is applicable to any hydraulic machines and units of volumetric action. The study of the dynamics of changes in the functional parameters of the mechatronic system under consideration was carried out when simulating a transient process at the time of acceleration of a hydraulic drive consisting of a gear pump, an orbital hydraulic motor and a safety valve of direct action. The simulation was carried out for hydraulic actuators of mechatronic systems of various types, caused by the load in the range of 365...1430N·m, which corresponds to the working volume of the orbital hydraulic motor – 160...630 cm3. It has been established that during acceleration of the hydraulic drive, fluctuations in the load and pulsation of the working fluid (operating conditions) do not have a practical effect on changing the output characteristics of the mechatronic system as a whole. At steady state operation, changes in operating conditions are observed pulsations, caused by uneven pump flow and load fluctuations. It was also found that the dynamic characteristics of the hydraulic drive of the mechatronic system are improved with an increase in the working volume of the hydraulic motor.
References
2. Струтинський В. Б. Математичне моделювання процесів та систем механіки / В. Б. Струтинський. – Житомир: ЖІТІ,2001. – 612 с.
3. Аксиально–поршневой регулируемый гидропривод / В. Н. Прокофьев [и др.].– М.: Машиностроение, 1969. – 312 с.
4. Панченко А. И. Планетарно–роторные гидромоторы. Расчет и проектирование: монография / А.И. Панченко, А.А. Волошина // Мелитополь: Люкс, 2016. – 236 с.
5. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро– и пневмосистем: учебник / Д. Н.Попов. – М.: Машиностроение, 1987. – 464 с.
6. Панченко А. И. Оценка адекватности математической модели планетарного гидромотора в составе гидроагрегата / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // Промислова гідравліка і пневматика. – 2018. – № 1 (59). – С. 55–71.
7. Панченко А. І. Гідромашини для приводу активних робочих органів та ходових систем мобільної сільськогосподарської техніки / А. І. Панченко // Техніка АПК. – 2006. – С. 11–13.
8. Панченко А. И. Разработка планетарных гидромоторов для силовых гидроприводов мобильной техники / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // MOTROL. Commission of Motorization and Energeticsin Agriculture. – 2015. – Vol. 17,No 9. – Р. 29–36.
9. Перспективи гідрофіксації мобільної сільськогосподарської техніки / А. І. Панченко, А. А. Волошина, О. Ю. Золотарьов, Д. С. Тітов // Промислова гідравліка і пневматика. – 2003. – №1. – С.71–74.
10. Shetty, D., Manzione, L., & Ali, А. (2012). Survey of Mechatronic Techniques in Modern Machine Design. Journal of Robotics, 2012. doi: 10.1155/2012/932305.
11. Jiang, J., Ding, G., Zhang, J., Zou, Y., & Qin, S. (2018). A Systematic Optimization Design Method for Complex Mechatronic Products Design and Development. Mathematical Problems in Engineering, 2018. doi: 10.1155/2018/3159637.
12. Панченко А. И. Особенности моделирования рабочих процессов, происходящих в гидравлической системе насос–клапан–гидровращатель / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету [Електронний ресурс] / ТДАТУ. – Мелітополь, 2016. – Вип. 6, т. 1. – С. 63–79.
13. Mohammad, S., Keyghobadi, S., & Keyghobadi, A. (2014). An integrated model for mechatronic products in agile manufacturing system, Decision Science Letters, 3, 535–550. doi: 10.5267/j.dsl.2014.5.005.
14. Sheng, L., Li, W., Wang, Y., Fan, M., & Yang, X. (2017). Dynamic Model and Vibration Characteristics of Planar 3–RRR Parallel Manipulator with Flexible Intermediate Links considering Exact Boundary Conditions. Shock and Vibration, 2017. doi: 10.1155/2017/1582547.
15. Liu, Y., Li, W., Wang, Y., Yang, X., & Ju, J. (2015). Dynamic Model and Vibration Power Flow of a Rigid–Flexible Coupling and Harmonic–Disturbance Exciting System for Flexible Robotic Manipulator with Elastic Joints. Shock and Vibration, 2015. doi: 10.1155/2015/541057.
16. Liu, Y. F., Li, W., Yang, X.F., Wang, Y.Q., Fan, M. B., & Ye, G. (2015). Coupled dynamic model and vibration responses characteristic of a motor–driven flexible manipulator system. Mechanical Sciences, 6 (2). 235–244. doi: 10.5194/ms–6–235–2015.
17. Vidican, C. T., & Tocuт, D. P. (2015). The Adaptive Driving of Mechatronic Systems–the Dynamic Model of an Industrial Robot. Annals of the university of oradeaэ Fascicle of Management and Technological Engineering, XXIV (XIV), 3, 123–126. doi: 10.AUOFMTE.2015–3.3171.
18. Панченко А. И. Конструктивные особенности планетарных гидромоторов серии PRG / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // Вісник НТУ «ХПІ».– Харків, 2018. – № 17 (1293). – С. 88–95. – (Гідравлічні машини та гідроагрегати).
19. Конструктивные особенности и принцип работы гидровращателей планетарного типа / А. И. Панченко, А. А. Волошина, Н. П. Кольцов, И. А. Панченко // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ. – Мелітополь, 2012. – Вип. 12, т.3. – С. 174–184.
20. Методика контроля точности изготовления элементов вытеснительных и распределительных систем планетарных гидромашин/ А. И. Панченко, А. А. Волошина, С. Д. Гуйва, Г. В. Леус // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ. – Мелітополь, 2016. – Вип. 16, т. 2. – С. 3–27.
21. Xu, M., Chen, G., Ni, J., & Liu, Y. (2013). Modeling and Analysis of a Semiactive Power–Assisted Unit Based on Hydraulic Accumulator. Advances in Mechanical Engineering, 2013. doi: 10.1155/2013/894576.
22. Панченко А. И. Математическая модель насосного элемента гидроагрегата / А. И. Панченко, С. В. Кюрчев, И. И. Милаева // Праці Таврійської державної агротехнічної академії / ТДАТА. – Мелітополь, 2006. – Вип. 35. – С. 64–69.
23. Панченко А. И. Математическая модель насосной станции с приводным двигателем / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ . – Мелітополь, 2013. – Вип. 13, т. 6. – С. 45–61.
24. Панченко А. И. Математическая модель гидромотора привода активных рабочих органов мобильной техники / А. И. Панченко, А. А. Волошина, С. Д. Гуйва // Праці Таврійської державної агротехнічної академії / ТДАТА. – Мелітополь, 2006. – Вип. 36. – С. 165–169.
25. Inaguma, Y. (2011). Friction torque characteristics of an internal gear pump. Mechanical Engineering Science, 225 (6), 1523–1534. doi: 10.1177/0954406211399659.
26. Inaguma, Y. (2013). A practical approach for analysis of leakage flow characteristics in hydraulic pumps. Mechanical Engineering Science, 227 (5), 980–991. doi: 10.1177/0954406212456933.
27. Панченко А. И. Способы распределения рабочей жидкости в планетарных гидромашинах / А. И. Панченко, А. А. Волошина, И. А. Панченко // Вісник НТУ «ХПІ». – Харків, 2016. – № 20 (1192) – С.46–52. – (Гідравлічні машини та гідроагрегати).
28. Панченко А. І. Вплив конструктивних особливостей торцевої розподільної системи на функціональні параметри планетарного гідромотора / А. І. Панченко, А. А. Волошина, А. І. Засядько // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету / ТДАТУ. – Мелітополь, 2017. – Вип. 17, т. 3. – С. 33–50.
29. Панченко А. И. Математическая модель предохранительного клапана прямого действия / А. И. Панченко, В. Н. Кюрчев, П. В. Обернихин // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. – Мелітополь: ТДАТА, 2006. – Вип. 38. – С.122–127.
30. Stojek, J., Pluta, J., & Jêdrzykiewicz, Z. (1997). Research on the properties of a hydrostatic transmission for different efficiency models of its elements. Acta Montanistica Slovaca, 2 (4), 373–380.
31. Панченко А. И. Математическая модель гидроагрегата с планетарным гидромотором / А. И. Панченко // Промислова гідравліка і пневматика, 2005. – № 4 (10). – С. 102–112.
