Проектирование воздушно-динамического рулевого привода управляемой гиперзвуковой ракеты зенитного комплекса. Составление и расчёт сетевого графика

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат

Хиндикайнен Е.С. Проектирование воздушно-динамического рулевого привода управляемой гиперзвуковой ракеты зенитного комплекса: Дипломный проект / ТГУ - Тула, 2006.

ВОЗДУШНО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РУЛЕВОЙ ПРИВОД, ГАЗОРАСПРЕ-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, РАБОЧАЯ ПОЛОСТЬ, СОПЛО, ПРИЕМНИК, ШПАНГОУТ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ РУЛИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТ.

Целью дипломного проекта является разработка воздушно-динамического рулевого привода.

В ходе выполнения проекта необходимо обосновать выбор типа и структуры привода, составить математическую модель привода, рассчитать конструктивные параметры, произвести тепловой расчет конструкции, рассчитать управляющий электромагнит и динамические характеристики привода.

В технологической части составлены маршрутные карты и технологический процесс сборки рулевой машины.

В экономической части составить сетевой график процесса проектирования рулевого привода.

В проекте рассмотрены вопросы охраны труда, меры по недопущению вредных и опасных факторов, электробезопасность, пожарная безопасность.

Введение

1. Основная часть

1.1 Обоснование выбора типа привода и его структуры

1.2 Принцип действия РП

1.3 Математическое описание функционирования ВДРП

1.4 Расчет первоначального варианта РП

1.5 Расчет обобщенных и конструктивных параметров

1.6 Описание конструкции РП

1.7 Тепловой расчет конструкции

1.8 Математическая модель РП

1.9 Расчет автоколебательной системы ВДРП и ее динамических характеристик

1.10 Расчет управляющего электромагнита

2. Технологическая часть

2.1 Разработка приспособления

2.2 Порядок работы с приспособлением

3. Экономическая часть

3.1 Составление и расчет сетевого графика

4. Охрана труда

4.1 Анализ вредных и опасных факторов при проектировании РП

4.2 Меры по недопущению вредных и опасных факторов

4.2.1 Расчет освещенности

4.2.2 Электробезопасность

4.2.3 Пожарная безопасность

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Любой товаропроизводитель при создании нового вида продукции преследует определенные цели; удовлетворение спроса на рынке, получение определенного объема прибыли посредством продажи данного продукта.

Чтобы достигнуть этих целей в нынешних условиях существования наших предприятий необходимо добиваться улучшения ряда показателей: повышение качества выпускаемой продукции, снижение себестоимости изготовления изделия, повышение числа дополнительных возможностей изделия, потребительских новшеств, что делает изделие более привлекательным по сравнению с аналогичными конкурирующими изделиями, и другие показатели, позволяющие привлечь потенциальных покупателей и устоять в усиливающей конкурентной борьбе товаропроизводителей.

Принципиально к военной технике, в данном случае, летательным аппаратам, предприятие - изготовитель должно работать над следующими показателями, характеризующие изделие: снижение стоимости, уменьшение общей массы летательного аппарата за счет введения в конструкцию изделия технических нововведений, постоянное повышение качества изготовления, простота эксплуатации и обслуживания.

Производя продукцию с учетом этих показателей оборонное предприятие сможет производить конкурентоспособную продукцию и удовлетворять запросы любых заказчиков.

Управление летательным аппаратом (ЛА) является важнейшей научной и практической проблемой современного самолето и ракетостроения.

Для обеспечения полета ЛА по требуемой траектории применяется совокупность различных технических средств, представляющая собой систему управления.

По функциональному назначению входящие в систему управления ЛА устройства можно разбить на три группы:

1) устройства формирования управляющего воздействия с сигнала управления;

2) органы управления, которые создают управляющие усилия;

3) рулевые приводы, приводящие органы управления в действие в соответствии с управляющим воздействием.

Так как данный дипломный проект посвящен разработке рулевого при вода, рассмотрим более подробно 3-тью группу устройств.

Рулевые приводы осуществляют в системе управления функциональную взаимосвязь между устройствами первой и второй групп. Поэтому наряду с функциональными элементами, обеспечивающими создание силового воздействия на органы управления (источники питания, кинематически связанные с органами управления исполнительные двигатели, элементы энергетических магистралей), рулевые приводы включают функциональные элементы, которые устанавливают соответствие этого силового сигнала формируемому в системе управления управляющему сигналу (преобразователи и усилители электрических сигналов, электромеханические преобразователи, различного вида датчики).

Для конкретизации областей исследования задач, стоящих при разработке рулевых приводов, в их составе выделяют силовую и управляющую системы. Силовая система объединяет функциональные элементы рулевого привода, которые непосредственно участвуют в преобразовании энергии источника питания в механическую работу, связанную с перемещением позиционно нагруженных органов управления.

Управляющую систему составляют функциональные элементы рулевого привода, которые обеспечивают изменение регулируемой величины (координаты положения органов управления) по заданному или выработанному в процессе полета ЛА закону управления.

Структура, характеристики и конструкция рулевого привода определяются типом летательного аппарата. В данном дипломном проекте рассматривается рулевой привод для малогабаритных ЛА, полет которых происходит в плотных слоях атмосферы. Такие рулевые приводы осуществляют перемещение, как правило, поворотных аэродинамических рулей ЛА и характеризуются высоким быстродействием, способностью развивать значительные усилия при низкой массе и малых габаритах конструкции. Их энергетические и габаритно-массовые характеристики существенно зависят от вида используемой энергии.

Бурное развитие ЛА в пятидесятых годах заставило применять пневмопривод с воздушным аккумулятором давления в системах управления ЛА из-за того, что он был наиболее дешевым, простым и надежным рулевым механизмом.

В шестидесятых годах получили распространение рулевой привод на горячем газе, широко применяемый и в настоящее время. Переход от воздушного аккумулятора давления в системах рулевых приводов, "занимающего значительный объем в ЛА, к малогабаритному и простому в изготовлении пороховому генератору газа позволил улучшить габаритно-массовые и эксплутационные характеристики рулевых приводов.

Создание в семидесятых годах рулевого привода без бортового источника питания - воздушно-динамического - положило начало новому этапу совершенствования рулевых приводов малогабаритных ЛА;

Следует также упомянуть о существовании электромагнитных рулевых приводов, в которых управления лопастями происходит напрямую силовым электромагнитом, напитываемым от аккумуляторной батареи. Однако они так же не получили широкого применения вследствие малой мощности и большого веса источника питания электромагнита.

1. Основная часть

1.1 Обоснование выбо ра типа привода и его структуры

Классификация приводов.

Приводы лопастей предназначены для преобразования электрических сигналов управления в механическое перемещение лопастей, жестко связанных с подвижными частями исполнительного двигателя.

Исполнительный двигатель преодолевает при этом действующие на лопасть шарнирные нагрузки, обеспечивая необходимую скорость и необходимое ускорение при обработке заданных выходных сигналов с требуемой динамической точностью.

На базе уже существующих конструкций приводы могут быть классифицированы:

1) по типу силовой системы:

Воздушно - динамические;

Пневматические;

Горячегазовые;

Электромагнитные;

2) по принципу управления лопастями:

Релейное двух и трехпозиционное управление;

Пропорциональное управление;

3) по схеме управляющей системы:

Автоколебательная с двух и трехпозиционным управлением;

Самонастраивающаяся с генератором вынуждающих колебаний и с двух и трехпозиционным управлением;

Автоколебательная с генератором вынуждающих колебаний и с двух и трехпозиционным управлением;

4) по типу исполнительного двигателя:

Одностороннего и двух стороннего действия;

Полуоткрытого и закрытого типа;

5) по типу распределительного устройства:

Поворотный золотник на входе, на выходе, на входе и выходе одновременно;

Струйная трубка;

Клапанное распределительное устройство на входе, выходе, входе и выходе одновременно.

Выбор типа РП.

Создавая новую конструкцию РП с учетом требований, изложенных в введении, необходимо выбирать такой тип привода, который обеспечивал бы требования по точности при меньшей массе и расходовал бы меньшее количество энергии по сравнению с другими типами приводов.

Для малогабаритных ракет наиболее перспективными являются рулевые привода, которые используют скоростной напор набегающего потока воздуха, получившие название -- воздушно-динамические рулевые привода.

Привода такого типа не требуют размещения на борту летательного аппарата специального источника энергии для осуществления поворота рулевых лопастей. В таком приводе поворот рулей осуществляется за счет набегающего потока воздуха. Отсутствие источника энергии улучшает массо-габаритные характеристики. Такие привода обладают следующими преимуществами перед другими приводами: простотой конструкции и обслуживания, малой металлоемкостью, небольшой трудоемкостью изготовления, надежностью работы, сравнительно невысокой стоимостью.

Воздушно-динамические рулевые привода развивают достаточную мощность и обеспечивают необходимое быстродействие, при этом аэродинамическое сопротивление, создаваемое воздухозаборником, пренебрежимо мало.

Системы приводов, использующие аэродинамический напор воздуха, обладают следующими свойствами:

Независимость габаритов силовой системы от времени работы,

Соответствие располагаемых и требуемых характеристик в широком диапазоне скоростей, постоянство фазового сдвига в широком диапазоне частот вращения.

1. В состав РП входят:

1) две рулевые машины (РМ);

2) шпангоут с аэродинамическими рулями;

3) воздухозаборное устройство;

4) блок усилителей,

5) теплоотборник

2. Основные технические требования к РП следующие:

1) РП двухканальный, воздушно-динамический. Зависимость отклонения рулей от входного сигнала пропорциональная;

2) максимальный угол отклонения рулей б m = ±25 o ±l °;

3) форма и геометрические размеры руля представлены на рис. 1.1

Рис. 1.1. Геометрическая форма и размеры руля.

4) динамические характеристики РП обеспечиваются в диапазонах:

чисел Маха (М)........................................ от 1,1 до 5,5

частот вращения по крену (Гц)....................от 3,0 до 21,0

температур воздуха на входе (Т а), К........ от 223 до 2140

шарнирных нагрузок (М ш) НМм................... от минус 0,1 до минус 6,35;

избыточных давлений (P и), Па от 1,2-10 до 38,0-10

5) РП обеспечивает заданные динамические характеристики с момента начала управления (t y) при М > 1,1:

ty= 0,59 с при Та =-50°С;

t y = 0,50 c при Та = 20°С;

t y = 0,37 c при Та = 50°С;

6) фазовые сдвиги РП при синусоидальном входном сигнале в диапазоне частот вращения f min -f max и амплитудах входного сигнала 0-25° от минус 5 до минус 25°;

7) нормированный коэффициент передачи в линейной зоне по первой гармонике при синусоидальном входном сигнале в условиях работы ракеты и с учетом погрешности изготовления при номинальном напряжении питания

8) номинальное значение коэффициента передачи, относительно ко-торого нормируется коэффициент передачи РП,

k н ом = 5,8°/В. Коэффициент передачи изменяется обратно пропорцио-нально питающему напряжению.

9) ненули на выходе РП (Дд) с момента начала управления (М? 1,1) не более 2,5°, до начала управления Дд? = ± 25°;

10) РП должен быть стойким, прочным и устойчивым на всех этапах эксплуатации к воздействию внешних факторов в соответствии с требованиями ТЗ и требованиями ГОСТ В20.39.302-76, ГОСТ В20.39.303_76, ГОСТ В20.39.304-76, ГОСТ В20.39.308-76, предъявляемыми к изделиям классификационной группы 4.3 с учетом требований групп 1.7 и 1.13;

11) время боевой работы РП на траектории не менее 18,8 с. Ресурс работы РП не менее 2 ч, в том числе с подачей пневмопитания -1ч.

Успех проектирования зависит не только от типа привода, но и от его структуры. При выборе структуры привода необходимо принимать во внимание требования, предъявляемые к приводу: ограничения по динамическим характеристикам, массо-габаритные характеристики, величина потребляемого тока от источника энергии. В системах приводов применяются структуры систем непрерывного и релейного действия. Системы приводов непрерывного действия более трудоемки в сравнении с системами релейного действия, так как их элементы должны иметь линейные статические характеристики. В системах приводов релейного действия используются более простые элементы: усилитель мощности, электромагнит, распределитель функционируют в двухпозиционном режиме. Автоколебания системы приводов не требуют обеспечения устойчивости. Наиболее просты разомкнутые системы приводов, но по сравнению с системами приводов с обратной связью требуемые динамические характеристики в них обеспечиваются за счет повышения мощности привода. Привод с большой мощностью требует большого расхода энергии: электромеханический преобразователь должен иметь большой электромагнитный момент, что обуславливает увеличение его объема и массы; от усилителя мощности требуется большая мощность для управления. Все это приводит к существенному увеличения объема и массы системы привода. В замкнутой системе привода вводятся датчик обратной связи, измеритель ошибки. Обычно они занимают малые объемы, имеют малые массы. Автоколебательные системы имеют лучшие динамические характеристики.

Поэтому, приходим к выводу, что при заданных нагрузках и требуемых динамических характеристиках целесообразно, для обеспечения минимальных габаритов и массы летательного аппарата, применение замкнутого автоколебательного рулевого привода, использующего в качестве рабочего тела скоростной напор встречного потока воздуха.

Перспективность проектирования рулевого привода релейного действия обусловлена следующими преимуществами: в замкнутом контуре обеспечиваются высокочастотные автоколебания малой амплитуды, благодаря которым линеаризуются нелинейности в механической передаче (люфт, трение покоя), в электромагните (зона нечувствительности) и практически исключается их влияние на преобразование управляющих сигналов; достигается высокая динамическая точность; система состоит из меньшего числа элементов по сравнению с системами непрерывного действия; система релейного действия проста в изготовлении, так как не требует регулировки; требует минимального объема проверок.

1.2 Принцип действия РП

При полете управляемой ракеты набегающий поток воздуха через носовой воздухозаборник, теплообменник и распределительное устройство проходит в рабочие полости РМ. С блока усилителей сигнал ошибки, равный разности сигналов управления и датчика обратной связи, подается поочередно на одну или другую обмотки управляющего электромагнита. При поступлении сигнала в одну из обмоток якорь притягивается к ней и устанавливает струйную трубку напротив соответствующего окна приемника. Воздух поступает в рабочую полость, и в ней устанавливается максимальное давление, одновременно вторая полость оcвобождается. Под действием разницы рабочих давлений в рабочих полостях рули смещаются пропорционально входному сигналу, совершая при этом высокочастотные автоколебания. При отсутствии - входного сигнала автоколебания совершаются относительно нулевого положения рулей.

1.3 Математическое описание функционирования воздушно-динамического привода

Состояние физического тела -- однородного газа -- в некотором проточном объёме W i в каждый момент времени характеризуется совокупностью следующих параметров:

Давления P i

Удельного веса г i

Температуры T i .

Для этого газа, полагая его идеальным, справедливо уравнение состояния:

(1.3.1)

Из этого уравнения следует, что независимых величин, характеризующих состояние газа в проточной полости, две. В термодинамике для их определения используются два закона:

Закон сохранения энергии;

Закон сохранения массы.

Принимаем допущения о том, что параметры газа являются медленно меняющимися по сравнению с изменением сигналов управления.

Это позволяет разбить уравнение нелинейной нестационарной модели привода на две группы уравнений:

Уравнения с медленно меняющимися координатами;

Уравнения с быстро меняющимися координатами.

Учитывая выше изложенное, применим для описания функционирования привода законы сохранения энергии.

Расчетная схема канала РП представлена на рисунке 1.3.1

Рис 1.3.1 Расчетная схема рулевого привода

Закон сохранения энергии можно записать в следующем виде:

Для полости теплоотборника

Для рабочей полости

Для полости отсека

Закон сохранения массы:

Для полости теплоотборника

Для рабочей полости

- для полости отсека

Удельный приход (расход) энергии находим по зависимостям:

Массовый секундный приход (расход) газа в рабочей полости определяется по формулам:

Функции режима течения определяются по формулам:

Математическое описание двигателя включает а себя еще и уравнения, полученные из уравнения состояния. Они имеют вид:

Для полости теплоотборника

Для рабочей полости

Для полости отсека

С учетом теплообмена будем иметь следующие зависимости:

Для стенок теплоотборника

Для стенок рабочей полости

Для стенок отсека

Механическая подсистема описывается следующими уравнениями:

Эффективные сечения входного и выходного отверстий распределительного устройства типа «струйная трубка» с достаточной для инженерной практики точностью можно описать с помощью полинома первой степени.

Для входного сечения:

Для выходного сечения:

Используя выражение для параметров можно записать:

где и - соответственно, фактический и максимальный углы поворота распределителя.

Полное нелинейное математическое описание (МО) исполнительного механизма имеет вид:

Математическое описание исполнительного механизма будет иметь следующий вид:

(1.3.21)

где Т г =

где Т ум - постоянная времени управляющего электромагнита;

ж - коэффициент колебательности;

k ум - коэффициент аппроксимации;

U bx - напряжение входного сигнала;

P Пi - давление в полостях привода;

k - показатель адиабаты;

П то - удельный расход энергии в теплоотборнике;

G to - удельный массовый секундный расход рабочего тела в теплоотборнике;

П П1,2 - удельный расход энергии в рабочих полостях;

G П1,2 - удельный массовый секундный расход рабочего тела в полостях;

S П - площадь поршня;

д, д m - угол поворота и максимальный угол поворота рулей;

W 1,2 - объем рабочих полостей;

Т П1,2 - температура рабочего тела в полостях;

г П1,2 - удельный вес рабочего тела в полостях;

R - универсальная газовая постоянная;

I ? - приведенный суммарный момент инерции подвижных частей;

f - коэффициент вязкого трения;

m ш (д) - жесткость шарнирной нагрузки;

М стр - момент сухого трения;

k о - газодинамический коэффициент;

P ТО - давление в ресивере;

Y П1,2 , Y ТО1,2 - газодинамические функции режима течения;

µS b x 1,2 , µS bыx1,2 - эффективные площади втекания и истечения в рабочих полостях;

P о - давление в отсеке;

с - коэффициент, характеризующий регулируемое втекание;

б, б m - угол поворота и максимальный угол поворота якоря управляющего электромагнита;

б, б у - коэффициенты, характеризующие регулируемое истечение.

Структурная схема исполнительного механизма будет иметь следующий вид:

Рис 1.3.2 Структурная схема исполнительного механизма.

1.4 Расче т первоначального варианта ВДРП

Проанализируем диапазон чисел Маха на участке управляемого полета:

В таблице 1.1 отражена зависимость коэффициента от чисел Маха:

Таблица 1.1

Значения коэффициента подъемной силы c n = f (M, б э ф) и относительного положения центра давления x d = f (б э ф, М) приведены, соответственно, в таблицах 1.2 и 1.3

Таблица 1.2 коэффициент с п

					центр давления

Выбираем положение оси вращения руля:

Х ов = (0,05 ? 0,1) - (X dmax - X dmin) + X dmin

Значение х ов = 52 мм

Рассчитаем значения шарнирных нагрузок по зависимости:

q = 0,725 М 2 ;

в р - аэродинамическая хорда; в р = 86 мм;

S xap - площадь сечения ракеты; S xap = 28,27 см 2 ;

с п - коэффициент подъемной силы;

x d - относительное положение центра давления;

Значения шарнирных нагрузок приведены в таблице 1.4

Таблица 1.4

значения шарнирных нагрузокМ н [кгсм]

Зависимость шарнирных нагрузок от чисел Маха и от эффективных углов приведены на рисунке 1.4.1.

Рассчитаем значения избыточных давлений при соответствующих числах Маха по зависимости:

при, Р ст = 1 ат;

при, Р ст = f(H,T);

Определим изменения параметра характеризующего соотношение момента нагрузки и развиваемого приводом момента:

Избыточное давление,

с п - коэффициент подъемной силы,

х ов - положение оси вращения руля,

х d - относительное положение центра давления,

М - число Маха.

Рассчитаем значение энергетической функции, которая характеризует отношение мощности потребной и мощности развиваемой:

где N потр =,

Потребная скорость;

Потребный момент;

Максимальный момент;

- максимальная скорость;

где f в p - частота вращения, Гц

М н - момент нагрузки,

Y n - газодинамическая функция расхода,

Т - температура газа в рабочей полости.

Все данные, рассчитанные по выше изложенным зависимостям, представлены в таблицах 1.5-1.8.

Таблица 1.5 ,Т = -50°С

Таблица 1.6 ,Т = +50°С




Р изб,атм

Таблица 1.7 ,Т = -50°С






Р изб, атм

Таблица 1.8 ,Т = +50°С




М н, Кг/см

Р изб, атм

Из полученных расчетных данных определим режимы полета, на которых будем в дальнейшем производить расчеты конструктивных и обобщенных параметров, проводить тепловой расчет.

Конструктивный расчет S n l будем определять на режиме, где параметр k у, характеризующий соотношения момента нагрузки и развиваемого момента имеет экстремум.

k у = 0,0098 при, T = -5O°C, t = O,6 c.

Расчет потребной скорости будем проводить на режиме, где энергетическая функция с э имеет экстремум, или, другими словами, где потребная мощность максимально приближена к развиваемой мощности привода.

с э = 11,57 при 0 = 70°, Т =-50° С, t = 5,8 с.

Тепловой расчет будем проводить на режиме, где достигается максимальная скорость полета: ,Т = +50°С.

1.5 Расчет обобщенных и конструктивных пара метров

Расчет конструктивного параметра S n l.

Расчет конструктивного параметра будем проводить, исходя из обеспечения допустимого значения по зависимости:

(1.5.1)

S n - площадь поршня,

- максимальный относительный перепад давлений,

где Р n 1,2 - давление в рабочих полостях.

Для распределительного устройства типа "струйная трубка" можно принять k у находится как экстремум функции k у = 0,0098.

о- коэффициент, учитывающий утечки в полостях и потери в системе о=0,9

Принимаем S n l = 9-10 -6 м 3 = 9 см 3 .

Расчет развиваемого момента.

Расчет развиваемого момента будем проводить, исходя из следующего соотношения:

Р ИЗб выбирается для экстремума с энерг

с энерг = -11,57, Ризб =12,41 атм.

Тогда М т = 9 * 0,75 * 12,41 = 83,8 кг/см.

Зная момент нагрузки М т = 25,02 кг- см, можно определить значение параметра у:

Отсюда видно, что у < у доп при у доп = 0,4.

Расчет потребной и максимальной скорости.

Расчет потребной скорости будем проводить, исходя из отработки угла д 0 на частоте f при действии нагрузки, по зависимости

где д 0 = д m - угол отклонения рулей, д 0 = 0,44 рад.

Параметр для газораспределительного устройства типа "струйная трубка" можно принять 1;

щ = 2*f = 2* f вр 1,5 + 2*1,5 + 2*1,5 - круговая частота вращения объекта рассчитывается с учетом разброса на конструктивные параметры и частоты управления.

щ =2* 12,96*2* 1,5* 2* 1,5 = 100 с -1 ,

59,5 рад/с.

Максимальная скорость находится из следующего соотношения:

где - коэффициент, учитывающий разброс конструктивных параметров, = 1,15;

k тр = 0,9 - коэффициент, учитывающий трение,

Расчет эффективной площади выходного отверстия ГРУ.

Эффективная площадь выходного отверстия газораспределительного устройства может быть определена из зависимости для определения максимальной скорости:

где Т п - температура рабочего тела в полости, Т п = 900 К,

Y - газодинамическая функция расхода, Y = 1 при Р изб = 12,41 атм.

R, k о - параметры, характеризующие рабочее тело,

k о - показатель адиабаты, k о = 21,4,

R - универсальная газовая постоянная R = 2927 кг. см / кг-К

Эффективная площадь выходного отверстия ГРУ будет равна:

Эффективная площадь входного отверстия ГРУ будет равна:

Коэффициент расхода, - коэффициент расхода, = 0,85?0,9.

Выходные и входные площади отверстий ГРУ будут равны, соответственно:

S вых = 0,024 см 2 ; S BX = 0,021 см 2 .

1.6 Описание конструкции РП

В состав двухканального РП входят две рулевые машины, обеспечи-вающие управление каждым каналом, шпангоут с двумя парами аэродинамических рулей, воздухозаборник, теплоотборник, блок усилителей, конструктивно располагающийся в электронной аппаратуре ракеты.

Разработанный привод представляет собой пропорциональный рулевой привод, использующий энергию набегающего потока воздуха с исполнительным релейным двигателем двухстороннего действия и распределительным устройством "струйная трубка".

Поршень исполнительного двигателя имеет уплотнения, обеспечивающие плотное прилегание поршня к стенкам цилиндра, что обеспечивает отсутствие перетекания между полостями. Уплотнение поршня комбинированное состоит из фторопластовых колец, подпружиненных изнутри воротничковыми манжетами.

Основными сборочными единицами РП являются шпангоут и рулевые машины.

В шпангоуте на подшипниках качения установлены аэродинамические рули. На шпангоут с помощью винтов крепятся с двух сторон рулевые машины. Поступательное движение штока рулевой машины преобразуется во вращательное движение рулей посредством промежуточной тяги.

В состав рулевой машины входит силовой цилиндр двухстороннего действия, поршень с уплотнениями, потенциометрический датчик обратной связи, распределительное устройство. Распределительное устройство состоит из поворотного сопла, закрепленного на оси управляющего электромагнита и неподвижного приемника, который имеет два прямоугольных окна, связанные через подводные каналы с полостями рабочего цилиндра.

При торможении воздушного потока от элемента конструкции привода выделяется большое количество тепла, в результате чего конструкция нагревается. Поэтому необходимо использовать материалы для изготовления, способные выдерживать высокую температуру. Носовой обтекатель будет изготавливаться из цинко-молибденового сплава ЦМ-2А, аэродинамические рули из хромо-никелевого сплава ЖСБК~Ви. Остальные детали конструкции, менее подверженные тепловому воздействию будут изготавливаться из нержавеющей стали. Для охлаждения воздуха, попадающего через воздухозаборник в рабочие полости, в передней части РП установлен теплоотборник, состоящий из тонких металлических трубок, проходя через которые, воздух охлаждается.

1.7 Тепловой расчет

Тепловой расчет конструкции проводится после предварительной компоновки РП по алгоритму, приведенному на рис. 1.7 в следующем порядке:

1) определяется температура газа на входе в воздухозаборное устройство

Т вх =Т а (1+0,2М 2);

2) по первоначально выбранному q j , определяется температура рабочего тела в j-том элементе конструкции

3) определяются параметры,

4) рассчитывается критерий Био:

5) определяются коэффициенты уравнений для расчета температуры рабочего тела и стенок конструкции j-того элемента:

6) рассчитывается параметр

Если отличие заданного значения и рассчитанного составляет более 15%, то проводится повторный расчет, и в качестве берется рассчитанное значение.

Результаты расчета тепловых процессов используются для уточнения обобщенных параметров привода и выбора материалов конструкции.

Алгоритм расчета температур рабочего тела и стенок конструкции

	Выбор режима расчета и первоначального значения q ч

	Расчет температуры газа в трубопроводе

	Расчет параметра k ат и коэффициентов теплоотдачи б п и б вт



	Расчет температуры воздуха в трубопроводе и температуры стенки

	Расчет параметра q з


	Выбор первоначального значения q ф1

	Расчет параметра k ап и коэффициентов б п и б вт

	Определение коэффициентов уравнений для расчета температур

	Расчет температуры воздуха в фильтре и температуры стенки фильтра

	Расчет параметра q ф

	Выбор первоначального значения q пi

	Расчет параметра k ф1 и коэффициентов теплоотдачи б п и б вых

	Расчет критерия ВИО для полости

	Определение коэффициентов уравнений для расчета температур

	Расчет температуры воздуха в полости и температуры стенки

	Расчет параметра q п


	Определение Т от (t), Т т (t), Т оф (t), Т ф (t), Т оп (t), Т п (t)

	Выпуск отчетной документации

По приведенным выше математическим моделям рассчитаны параметры силовой и управляющей частей РП, управляющего электромагнита и температуры рабочего тела.

В качестве расчетных выбраны режимы (рис. 1.7, 1.8):

1) для расчета S n l - режим, соответствующий экстремуму k у:

Т а =223 К, t = 0,6 c, М=1,124, Р н =1,22М10 5 Па

k у min = - 0,0094, x ов = 61мм, М н = - 0,324 Нм, f в p = 3,6 Гц;

2) для расчета требуемой скорости и размеров распределительного устройства - режим, соответствующий экстремуму С э:

Т а =323 К, t = 4,8 c, М=5,014, Р н =18,2М10 5 Па, Х ов = 61 мм

М н = -3,68 Нм, f вp = 15,1 Гц. Н = 5200 м, Т вх = 1748 К, Дf вр = 3,0 Гц,

f y = 1,0 Гц, С min =-1,8;

3) для расчета управляющей части - режим, на котором имеют место максимальные фазовые сдвиги на рабочих частотах:

Т а = 323 К, t = 9,8 с, М = 5,23, Р и = 4,98М10 5 Па, Х ов = 61 мм, М н = = - 0,916 Нм, f в p = 14,06 Гц, Н = 14686 м, Т вх = 1475 К, Дf в p = 2,8 Гц, f y = 1,0 Гц;

4) для расчета тепловых процессов - режим, на котором имеют место максимальные температуры потока воздуха в воздухозаборнике:

Т а = 323 К, t = 1,38 с, М m ах = 5,308, Р а = 35,7·10 5 Па, Н = 0,

Т вх mах = 2132 К.

При b с = 9,7 10 -2 м, S p = 28,3М10 -4 м 2 , Дс m = 0,75, у доп = 0,4, о= 0,4, д m = =0,436 рад,

получены следующие основные конструктивные и обобщенные параметры исполнительного двигателя:

произведение площади поршня на плечо S n l, м 3 ...............9,0М10 - 6 ;

плечо 1, м..........................................................................1,05 10 - 2 ;

требуемая скорость Щ , 1/с...............................................76,03.

эффективная площадь истечения из рабочей полости

µS вых, м 2 ........................................................................... 2,00 10 -6 ;

эффективная площадь втекания в рабочую полость,

µS вх, m 2 ............................................................................. 1,8 10 -6 .

Зависимости параметра k у времени для различных режимов работы

Зависимость энергетической функции от времени для различных режимов работы

В конструкции реализовано S n l = 10,0-10 -6 м 3 .

В результате расчета управляющей части РП при = 6, = 88,3с - 1 ,

0,0393 рад, = -20°, = 76,4 с- 1 , М рп, = 3,36 Нм, J = 0,000025 кгм 2 , f = 0,001 Нмс, Мстр = 0,15

Нм определены параметры и структура привода:

частота автоколебаний, 1/с.................................... 530

амплитуда автоколебаний д а,рад................................ 0,277

время эквивалентного запаздывания УЭМ t э y M, с.......0,0016

величина зоны неоднозначности релейного усилителя, приведенная к

выходу ДОС U в........................................................ 1,0

параметр корректирующего фильтра С к.................... 1,76

амплитудная характеристика разомкнутого РП А р (). 2,505

фазовая характеристика замкнутого ) .........минус 20°

Для реализации С к = 1,76 использован корректирующий фильтр с передаточной функцией вида:

где: T i = 0,004 с, Т г = 0,012 с.

Основные параметры управляющего электромагнита, рассчитанные из условия обеспечения времени эквивалентного запаздывания t э = 0,0016 с при напряжении питания U n = 30 В, угле поворота = 0,0393 рад и максимальном допустимом токе потребления на канал J д? 0,8 А, следующие:

сопротивление обмотки при 20°С R о, Ом...................62±3;

число витков W, не менее....................................... 900;

провод ПЭТВ-0,112;

плечо якоря l я, м............................................... 1,15-10 - 2 ;

площадь якоря S a , м 2 ........................................... 0,2-10 -4 ;

площадь минимального сечения магнитопровода, м 2 .... 0,2-10 -4 ;

эквивалентная длина магнитопровода l ст, м............0,675-10";

жесткость пружины С пр, Нм/рад..............................1,7.

Время срабатывания рассчитанного УЭМ не более 0,002 с. Температура рабочего тела в трубопроводе Т Т, теплоотборнике Т ф, рабочих полостях Т п стенок Т ст, Т сф, Т сп для наиболее тяжелого с точки зрения нагрева режима превышают допустимых для легированных жаропрочных сталей, рис. 1.9. Расчет проведен при следующих исходных данных:

0,03-10 - 4 м 2 , F T = 14,1-10 -4 м 2 , t = 1,38 с, Т вх = 2132 К, Р вх = 36-10 5 Па, R = 29,27 Дж/(Н-К), k = 1,4, = 8,51Вт-м/(НМК),

0, J T = 0,015 кг, С т = 1087 Дж/(кг-К), б оф = 63,85Вт-м/(Н-К),

0,03-10 - 4 м 2 , Р ф = 203-10 -4 м 2 , J ф = 0,174 кг, С ф = 627 Дж/(кг-К), В i ф = 0

0, Р ф = 34 -10 5 Па, = 0,02-10 -4 м 2 , = 21,28 Вт-м/(Н-К), Р п = 20-10 5 Па, F n = 14,94- 10 -4 м 2 , = 420 Вт/(м 2 - К).

Проведенный тепловой расчет показал, что прогрев элементов конструкции достаточно высок, и необходимо при конструктивной проработке экспериментальных исследованиях обратить особое внимание на следующие "слабые" места в конструкции:

1) зазор между струйником и приемником из-за линейного удлинения струйника Дl c = 0,09 мм должен быть не менее 0,11- 0,12мм;

2) возможно нарушение целостности уплотнений по поршню и перетекание воздуха из полости в полость;

3) обмотки управляющего электромагнита, датчик обратной связи и монтаж должны быть защищены от воздействия горячего воздуха;

4) ленточный кабель должен быть теплоизолирован;

5) теплоотборник должен быть изолирован от обтекателя и иметь максимальную массу;

6) рабочий воздушный поток следует тормозить на входе теплоотборника;

7) пайки проводников следует по возможности заменить на сварку, промежуточные пайки исключить;

8) должен быть продолжен поиск новых обмоточных и монтажных проводов в случае увеличения времени работы привода, используемые в данной конструкции на пределе возможностей.

Зависимости температур стенок конструкции РП и воздуха на его входе от времени

1.8 Математическая модель рулевого привода

Для проектирования управляющей части и для расчета динамических характеристик привода будем использовать модель РП, состоящую из следующих элементов:

1. Исполнительный двигатель, описываемый следующей системой

уравнений:

2. Сумматор:

ДU = U вх - U ос

3. Релейный элемент:

U в - зона триггера,

U p - максимальное значение релейного усилителя.

4. Управляющий электромагнит:

ф - время эквивалентного запаздывания.

5. Корректирующий фильтр.

6. Датчик обратной связи: k ос = 1 В/рад.

Структурная схема такого привода будет иметь вид, представленный на рисунке:

Рис 1.8 Структурная схема РП.

1.9 Расчет автоколебательной системы ВДРП и ее динами ческих характеристик

Расчет автоколебательной системы воздушно-динамического РП проведем по следующему алгоритму:

1. Рассчитаем частоту автоколебаний:

(1.9.1)

- круговая частота, находится для режима наименьшей точности:

= 70°, Т = +50°, = 2рf = 2р 14,06 = 88,3 рад/с.

Примем = 6, тогда = 6М88,3 = 530 рад/с/

2. Определим требуемое время эквивалентного запаздывания управляющего электромагнита:

(1.9.2)

где ц нел - фазовая характеристика нелинейного элемента,

ц нел = - arcsin л, л. = 0,1 ?0,15;

ц к - фазовая характеристика корректирующего фильтра на частоте автоколебаний;

ц п - фазовая характеристика привода на частоте автоколебаний;

ц к = arctg

Найдем передаточную функцию привода:

Определим фазово-частотную характеристику привода при следующих данных: кг/см = 3,3НМм; кг/см = 0,72 НМм; рад/с; f = 0,01 кгМ смМc НМмМc 2 ; = =0,0436 рад; = 0,44 рад.

Время эквивалентного запаздывания электромагнита:

без влияния корректирующего фильтра.

3. Рассчитаем амплитуду автоколебаний по зависимости:

Амплитудная характеристика привода на частоте автоколебаний.

t о - время движения якоря электромагнита от упора до нейтрального положения, t о = 1,15 мс;

0,21 рад =12 0

4. Определим потребную амплитудную характеристику разомкнутого привода на рабочей частоте из условия обеспечения требуемого фазового сдвига замкнутого рулевого привода.

Фазовая характеристика электромагнита на рабочей частоте;

Фазовая характеристика нелинейного элемента;

Фазовая характеристика привода на рабочей частоте;

; = - 0,28; =0,076;

74,8 0 = 1,3 рад ; = 88,3·2,3·10 -3 = - 0,2 рад = - 11,5 0

74,8-11,5 = -86,3 0

Потребная амплитудная характеристика разомкнутого привода на рабочей частоте будет равна:

5. Определим необходимость установки корректирующего фильтра:

Так как с к > 1, то делаем вывод о том, что необходимо ставить корректитрующий фильтр.

7. Ставим корректирующий фильтр вида,

где постоянные времени определим по зависимости:

Определим фазовую характеристику фильтра на рабочей частоте:

Амплитудная характеристика фильтра на рабочей частоте:

Фазовая характеристика фильтра на частоте автоколебаний:

Амплитудная характеристика фильтра на частоте автоколебаний:

Определим параметр корректирующего фильтра на частоте автоколебаний:

Значит, выбранный параметр подходит для системы.

Определим амплитудно-фазовые характеристики системы с учетом корректирующего фильтра. Расчет произведем по следующим зависимостям:

tg= - 0,354; = - 19,4 0 .

Так как полученный фазовый сдвиг на рабочей частоте удовлетворяет требованиям, то выбранный фильтр подходит для системы.

8. Теперь необходимо рассчитать и построить динамические характеристики привода для различных режимов работы и при различных входных сигналах. Для расчета динамических характеристик воспользуемся программой, предназначенной для расчета амплитудно-фазовых характеристик замкнутой системы. Для каждого режима будем считать динамические характеристики при трех различных входных сигналах: U вx1 = 0,088 рад; U вx2 = 0,314 рад; U вx2 = 0,44 рад.

1 режим: ; Т = +50° С; t = 9,8 с; f = 14,06 Гц, Щ м = 65,6 рад/с;

М m = 3,3 Н*м; М н = 0,72 Н*м; Р изб = 4,85 атм; w 0 = 88,3 рад/с.

Рассчитаем необходимые данные для ввода:

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.1-1.9.3.

Таблица 1.9.1

U BX = 0,088 рад

Таблица 1.9.2

U вх = 0,314 рад







Uвх = 0,44 рад

2 режим: = 70°; Т = -50° С; t = 0,6 с; f = 3,59 Гц, = 65,631,5 рад/с; М т = 0,82 Н*м; М н = 0,324 Н*м; Р изб = 1,22 атм; w 0 = 22,57 рад/с, Т н = 4,5-10 -3 с, = 0,15, = 722,5.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.4-1.9.6.

Таблица 1.9.4

U BX = 0,088 рад

Таблица 1.9.5

U BX = 0,314 рад

Таблица 1.9.6

U bx = 0,44 рад

3 режим: = 70°; Т = -50°С; t = 11,58 с; f = 11,57 Гц, = 59,6 рад/с;

М т = 2,49 Н*м; М н = 0,764 Н*м; Р изб = 3,699 атм;

Т н = 2,9 -10 -3 с, = 0,098, k Щ = 1367.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.7-1.9.9.

Таблица 1.9.7

U bx = 0,088 рад






Таблица 1.9.8
U bx = 0,314 рад






Таблица 1.9.9
U bx = 0,314 рад

70°; Т = -50°С; t = 11,58 с; f = 11,57 Гц, = 59,6 рад/с;

М т = 2,49; М н = 0,764 Н*м; Р изб = 3,699 атм;

w 0 = 72,76 рад/с, = 0,307, m т = 1,74, Т с = 0,024с, Т г = 0,0074с,

Т н = 2,9 -10 -3 с, = 0,098, = 1367.

4 режим: = 0°; Т = +50°С; t = 1,5 с; f = 13,75Гц, = 58,02 рад/с;

М т = 30,05 Н*м; М н = 4,8 Н*м; Р изб = 44,53 атм;

w о = 86,4 рад/с, = 0,16, m m = 10,9, Т с = 0,047с, Т г = 0,0076с,

Т н = 1,17-10- 3 с, = 0,04, k Щ = 1331.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.10-1.9.12.

Таблица 1.9.10

U bx = 0,088 рад

Таблица 1.9.11

U bx = 0,314 рад

Таблица 1.9.12

U bx = 0,44 рад

5 режим: = 70°; Т = -50°С; t = 5,8 с; f = 12,96 Гц, = 55 рад/с;

M ffl = 8,38 Н*м; М н = 2,502 Н * м; Р изб = 12,41 атм;

w 0 = 81,4 рад/с, у = 0,3, m m = 5,686, Т с = 0,0267с, Т г = 0,008с,

Т н = 1,16 -10" 3 с, ж = 0,054, к Щ = 1261,5.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.13-1.9.15.

Таблица 1.9.13

U BX = 0,088 рад

Таблица 1.9.14

U BX = 0,314 рад

Таблица 1.9.15

U BX = 0,314 рад

Подобные документы

Проект рулевого привода для малогабаритных летательных аппаратов, полет которых происходит в плотных слоях атмосферы. Технические требования к составным частям автоколебательной системы рулевого привода. Конструкции и принцип действия рулевого привода.

дипломная работа , добавлен 10.09.2010

Кинематический и энергетический расчет привода. Подбор электродвигателя, расчет открытой передачи. Проверочный расчет шпоночных соединений. Описание системы сборки, смазки и регулировки узлов привода. Проектирование опорной конструкции привода.

курсовая работа , добавлен 06.04.2014

Обоснование выбора нового привода коробки скоростей. Разработка зубчатой передачи и расчет шпинделя на усталостное сопротивление. Проектирование узлов подшипников качения и прогиба на конце шпинделя, динамических характеристик привода и системы смазки.

курсовая работа , добавлен 09.09.2010

Производители, описание конструкции, преимущества использования системы верхнего привода в буровых работах. Обоснование выбора кинематической схемы привода, проектирование валов редуктора. Укрупненный технологический процесс изготовления детали.

дипломная работа , добавлен 18.04.2011

Проектирование исполнительного двигателя системы газового рулевого привода. Анализ применения пневматических и газовых исполнительных устройств. Построение принципиальной схемы рулевого тракта. Обзор функциональных элементов систем рулевого привода.

курсовая работа , добавлен 20.06.2012

Обоснование выбора электродвигателя и кинематический расчет привода к машине для прессования кормов. Расчет общих параметров зубчатых передач, валов и подшипников привода. Конструктивные элементы соединений валов привода и расчет клиноременной передачи.

контрольная работа , добавлен 29.08.2013

Выбор структурной схемы привода и гидроцилиндра. Расчет конструктивных элементов гидропривода: насоса, электродвигателя, предохранительного клапана, гидрораспределителя. Нюансы построения нелинейной математической модели гидропривода. Переходные процессы.

курсовая работа , добавлен 24.10.2012

Обзор приводов и систем управления путевых машин. Расчет параметров привода транспортера. Разработка принципиальной гидравлической схемы машины. Расчет параметров и подбор элементов гидропривода, механических компонентов привода и электродвигателей.

курсовая работа , добавлен 19.04.2011

Кинематический и энергетический расчет привода электродвигателя и открытой клиноременной передачи. Проверочный расчет шпоночных соединений и подбор муфты. Описание конструкции рамы автомобиля, сборки, регулировки и смазки узлов привода электродвигателя.

курсовая работа , добавлен 17.06.2017

Проектирование и расчет привода, зубчатой передачи и узла привода. Силовая схема привода. Проверочный расчет подшипников качения, промежуточного вала и шпоночных соединений. Выбор смазочных материалов. Построение допусков для соединений основных деталей.

Математическая модель рулевого привода

1. Исполнительный двигатель, описываемый следующей системой

уравнений:

2. Сумматор:

ДU = U вх - U ос

3. Релейный элемент:

U в - зона триггера,

U p - максимальное значение релейного усилителя.

4. Управляющий электромагнит:

ф - время эквивалентного запаздывания.

5. Корректирующий фильтр.

6. Датчик обратной связи: k ос = 1 В/рад.

Структурная схема такого привода будет иметь вид, представленный на рисунке:

Рис 1.8 Структурная схема РП.

Расчет автоколебательной системы ВДРП и ее динамических характеристик

Расчет автоколебательной системы воздушно-динамического РП проведем по следующему алгоритму:

1. Рассчитаем частоту автоколебаний:

- круговая частота, находится для режима наименьшей точности:

70°, Т = +50°, = 2рf = 2р 14,06 = 88,3 рад/с.

Примем = 6, тогда = 6М88,3 = 530 рад/с/

2. Определим требуемое время эквивалентного запаздывания управляющего электромагнита:

где ц нел - фазовая характеристика нелинейного элемента,

ц нел = - arcsin л, л. = 0,1 ?0,15;

ц к - фазовая характеристика корректирующего фильтра на частоте автоколебаний;

ц п - фазовая характеристика привода на частоте автоколебаний;

ц к = arctg

Найдем передаточную функцию привода:

Время эквивалентного запаздывания электромагнита:

без влияния корректирующего фильтра.

3. Рассчитаем амплитуду автоколебаний по зависимости:

Амплитудная характеристика привода на частоте автоколебаний.

t о - время движения якоря электромагнита от упора до нейтрального положения, t о = 1,15 мс;

0,21 рад =12 0

Фазовая характеристика электромагнита на рабочей частоте;

Фазовая характеристика нелинейного элемента;

Фазовая характеристика привода на рабочей частоте;

; = - 0,28; =0,076;

74,8 0 = 1,3 рад ; = 88,3·2,3·10 -3 = - 0,2 рад = - 11,5 0

74,8-11,5 = -86,3 0

Потребная амплитудная характеристика разомкнутого привода на рабочей частоте будет равна:

5. Определим необходимость установки корректирующего фильтра:

Так как с к > 1, то делаем вывод о том, что необходимо ставить корректитрующий фильтр.

7. Ставим корректирующий фильтр вида,

где постоянные времени определим по зависимости:

Определим фазовую характеристику фильтра на рабочей частоте:

Амплитудная характеристика фильтра на рабочей частоте:

Фазовая характеристика фильтра на частоте автоколебаний:

Амплитудная характеристика фильтра на частоте автоколебаний:

Определим параметр корректирующего фильтра на частоте автоколебаний:

Значит, выбранный параметр подходит для системы.

tg= - 0,354; = - 19,4 0 .

8. Теперь необходимо рассчитать и построить динамические характеристики привода для различных режимов работы и при различных входных сигналах. Для расчета динамических характеристик воспользуемся программой, предназначенной для расчета амплитудно-фазовых характеристик замкнутой системы. Для каждого режима будем считать динамические характеристики при трех различных входных сигналах: Uвx1 = 0,088 рад; U вx2 = 0,314 рад; U вx2 = 0,44 рад.

1 режим: ; Т = +50° С; t = 9,8 с; f = 14,06 Гц, Щ м = 65,6 рад/с;

М m = 3,3 Н*м; М н = 0,72 Н*м; Р изб = 4,85 атм; w 0 = 88,3 рад/с.

Рассчитаем необходимые данные для ввода:

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.1-1.9.3.

Таблица 1.9.1

U BX = 0,088 рад

Таблица 1.9.2

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.4-1.9.6.

Таблица 1.9.4

Таблица 1.9.6

U bx = 0,44 рад

3 режим: = 70°; Т = -50°С; t = 11,58 с; f = 11,57 Гц, = 59,6 рад/с;

М т = 2,49 Н*м; М н = 0,764 Н*м; Р изб = 3,699 атм;

Т н = 2,9 -10 -3 с, = 0,098, k Щ = 1367.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.7-1.9.9.

Таблица 1.9.7

U bx = 0,088 рад






Таблица 1.9.8
U bx = 0,314 рад






Таблица 1.9.9
U bx = 0,314 рад

70°; Т = -50°С; t = 11,58 с; f = 11,57 Гц, = 59,6 рад/с;

М т = 2,49; М н = 0,764 Н*м; Р изб = 3,699 атм;

w 0 = 72,76 рад/с, = 0,307, m т = 1,74, Т с = 0,024с, Т г = 0,0074с,

Т н = 2,9 -10 -3 с, = 0,098, = 1367.

4 режим: = 0°; Т = +50°С; t = 1,5 с; f = 13,75Гц, = 58,02 рад/с;

М т = 30,05 Н*м; М н = 4,8 Н*м; Р изб = 44,53 атм;

w о = 86,4 рад/с, = 0,16, m m = 10,9, Т с = 0,047с, Т г = 0,0076с,

Т н = 1,17-10- 3 с, = 0,04, k Щ = 1331.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.10-1.9.12.

Таблица 1.9.10

Таблица 1.9.12

U bx = 0,44 рад

5 режим: = 70°; Т = -50°С; t = 5,8 с; f = 12,96 Гц, = 55 рад/с;

M ffl = 8,38 Н*м; М н = 2,502 Н * м; Р изб = 12,41 атм;

w 0 = 81,4 рад/с, у = 0,3, m m = 5,686, Т с = 0,0267с, Т г = 0,008с,

Т н = 1,16 -10" 3 с, ж = 0,054, к Щ = 1261,5.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.13-1.9.15.

Таблица 1.9.13

Таблица 1.9.15

U BX = 0,314 рад

6 режим: = 0°; Т = -50°С; t = 10,1 с; f = 7,5 Гц, = 58,055,92 рад/с;

M m = 15,3 Н*м; М н = 3,75 Н*м; Р изб = 22,69 атм;

w 0 = 47,12 рад/с; у = 0,245; m m = 8,52; Т с = 0,032с;

Т г = 0,00787с, Т н = 1,33 *10 -3 с, ж = 0,044, к Щ = 1282.

Результаты расчета приведены в таблицах 1.9.16-1.9.18.

Таблица 1.9.16

Таблица 1.9.18

U BX = 0,44 рад

Размещено на https://сайт/

Техническое задание

Проектирование исполнительного двигателя системы газового рулевого привода

1. Общие сведения

3. Математические модели газовых и пневматических рулевых приводов

4. Принципиальная схема рулевого тракта

5. Проектирование газовой силовой системы управления

6. Моделирование

Литература

Техническое задание

Спроектировать газовую силовую систему управления, работающую в пропорциональном режиме. Входной сигнал гармонический с частотой в диапазоне. В диапазоне частот входного сигнала во всех режимах работы система должна обеспечивать отработку полезного сигналя с амплитудой не менее д 0 при фазовых сдвигах, не превышающих фазовые сдвиги апериодического эвена с постоянной времени Т ГССУ.

Основные исходные данные:

а)коэффициент передача системы;

б)максимальный угол отклонения рулевых органов д т;

в)расчетное время функционирования;

г)величины, характеризующие динамические свойства системы; в простейшем варианте сюда входят значения предельной частоты входного сигнала щ 0 , амплитуда д 0 отрабатываемого приводом сигнала на частоте щ 0 (величина обычно задается в пределах 0,8 ... 1,0), значение постоянной времени эквивалентного апериодического звена Т ГСУ;

д)нагрузки на рулевых органах - инерционная нагрузка, задаваемая моментом инерции нагрузки J Н;

Коэффициент трения f;

Коэффициент шарнирного момента т ш.

Если коэффициент т ш. изменяется во времени, то может быть задан график его изменения во времени. В простейшем случае задают экстремальные значения этого коэффициента. Обычно максимальное значение отрицательной нагрузки соответствует начальному моменту функционирования; в конечный момент пропорциональная нагрузка зачастую положительная и тоже имеет экстремальную жесткость.

Таблица начальных параметров моделирования

№ варианта
Параметры ТЗ
Момент нагрузки, Нм
Угол максимальный, рад
Амплитуда Отклонения РО, рад
Максимальная частота входного сигнала, Гц/амплитуда,в
Коэффициент трения Н*с/м
Масса подвижных частей РО кг
Давление газа в ИСГ бар
Температура газа в ИСГ град С

Проектирование исполнительного двигателя системы газового рулевого привода

рулевой двигатель пневматический газовый

1. Общие сведения

Пневматические и газовые исполнительные устройства находят широкое применение в системах управления малогабаритными летательными аппаратами. Альтернативой традиционным системам с первичными источниками энергии исполнительных устройств - систем с газобаллонными источниками сжатых газов и систем с предварительной газификацией различных веществ, явилось создание устройств, относящихся к принципиально новому семейству - систем воздушно-динамических рулевых приводов.

Исполнительные устройства данного класса являются сложными следящими системы автоматического управления, которые в составе изделия в процессе хранения, транспортировании и эксплуатации подвергаются существенному воздействию климатических, механических других внешних воздействий. Отмеченные выше особенности условий применения и режимов эксплуатации, учет которых обязателен при разработке новых систем позволяют отнести их к классу мехатронных систем .

При выборе типа и определении параметров системы рулевого привода БУЛА обычно исходят из двух способов управления: аэродинамического и газодинамического. В системах управления, реализующих первый способ, управляющее усилие создается за счет активного воздействия на аэродинамические рули скоростного напора набегающего потока воздуха. Рулевые приводы предназначены для преобразования электрических сигналов управления в механическое перемещение аэродинамических рулей, жестко связанных с подвижными частями исполнительных двигателей приводов.

Исполнительный двигатель преодолевает действующие на рули шарнирные нагрузки, обеспечивая необходимую скорость и необходимое ускорение при отработке заданных входных сигналов с требуемой динамической точностью.

К системам управления, реализующим второй способ, относятся:

Автономные газореактивные системы автоматического управления;

Системы управления вектором тяги (СУВТ).

В настоящее время для первого способа управления широко применяются устройства, в которых в качестве источника энергии используется газ высокого давления. К данному классу устройств, например, можно отнести:

Системы рулевых приводов с газобаллонными источниками сжатого воздуха или воздушно-газовой смеси;

Системы с пороховыми аккумуляторами давления или с другими источниками рабочего тела, являющегося продуктом предварительной газификации твердых и жидких веществ.

Такие системы обладают высокими динамическими характеристиками. Отмеченное достоинство вызывает к таким системам рулевых приводов большой интерес со стороны разработчиков и делают их важными объектами теоретического и экспериментального исследования.

Создание высокотехнологичных рулевых приводов систем управления БУЛА традиционно связано с поиском новых схемных и конструктивных решений. Особым, радикальным решением проблемы создания высокотехнологичных рулевых приводов явилось использование для управления энергии, обтекающего ракету воздушного потока. Это привело к созданию нового, особого класса исполнительных устройств - воздушно-динамических рулевых приводов (ВДРП), использующих в качестве первичного источника энергии, энергию набегающего потока газа, т.е. кинетическую энергию БУЛА.

Настоящие указания посвящены вопросам устройства, применения и методам исследования и проектирования исполнительных мехатронных модулей систем управления малогабаритных БУЛА. В нем отражены сведения, которые в первую очередь могут быть полезными для студентов специальностей «Мехатроника» и «Системы автоматического управления летательными аппаратами».

2. Устройство исполнительных двигателей

Системы рулевого привода включают следующие функциональные элементы.

1. Устройства, обеспечивающие создание силового воздействия на органы управления:

Источники питания - первичные источники энергии (источники сжатых газов и источники электрической энергии - батареи и турбогенераторные источники электрической энергии);

Исполнительные двигатели, кинематически связанные с органами управления, и элементы энергетических магистралей - например, воздушные и газовые фильтры, обратные и предохранительные клапаны, регуляторы давления газа систем с газобаллонными источниками сжатого газа, регуляторы скорости горения пороховых аккумуляторов давления, устройства забора и сброса воздуха ВДРП и т.п.

2. Функциональные элементы, которые устанавливают соответствие формируемого в системе управления управляющего сигнала и необходимого силового воздействия - преобразователи и усилители электрических сигналов, электромеханические преобразователи, различного вида датчики.

Для конкретизации областей исследования задач, стоящих при разработке рулевых приводов, в их составе выделяют силовую и управляющую системы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема рулевого привода летательного аппарата

Силовая система объединяет функциональные элементы рулевого привода, которые непосредственно участвуют в преобразовании энергии источника питания в механическую работу, связанную с перемещением позиционно нагруженных органов управления. Управляющую систему составляют функциональные элементы рулевого привода, которые обеспечивают изменение регулируемой величины (координаты положения органов управления) по заданному или выработанному в процессе полета ЛА закону управления. Несмотря на несколько условный характер выделения силовой и управляющей систем, что связано с необходимостью включения ряда функциональных: элементов рулевого привода как в силовую, так и в управляющую систему, практическая полезность такого обособления заключается в возможности разнопланового представления рулевого привода при решении различных задач в процессе разработки.

В системе газового рулевого привода можно выделить следующие подсистемы:

Первичный источник энергии;

Исполнительный двигатель;

Газораспределительное устройство с управляющим электромеханическим преобразователем;

Электрическая управляющая система - усилители, корректирующие устройства, генераторы вынуждающих колебаний и т.п.;

Первичные преобразователи - датчики линейных и угловых перемещений подвижных частей механических подсистем.

Для классификации систем газовых рулевых приводов, в общем случае, могут быть использованы следующие классификационные признаки:

Тип силовой системы, т.е. тип первичного источника энергии;

Принцип управления аэродинамическими рулями;

Тип контура управления для устройств с пропорциональным движением рулевых органов;

Тип исполнительного двигателя;

Тип распределительного устройства и управляющего электромеханического преобразователя.

1. Системы с газобаллонным источником сжатого газа. Источником газа высокого давления является воздушно-арматурный блок, в состав которого помимо баллона со сжатым воздухом или воздушно-гелиевой смесью входит предохранительная, запорно-распределительная и регулирующая газовая арматура и арматура для заправки и контроля давления в баллоне. В технической литературе такие системы часто называют «пневматическими».

2. Системы с пороховым аккумулятором давления. Источником газа высокого давления в данном случае является твердотопливный пороховой заряд специальной конструкции, обеспечивающий постоянную производительность рабочего тела - продуктов горения заряда, имеющих высокую температуру. В состав таких систем помимо непосредственно источника газа и устройства включения источника газа в работу, могут входить регуляторы скорости горения топлива и предохранительные устройства. В технической литературе при описании таких систем часто используется термин «горяче-газовые» или просто «газовые».

3. Электромагнитные рулевые приводы. Основой таких устройств обычно является электромеханический преобразователь нейтрального типа, который непосредственно осуществляет заданное движение аэродинамических рулевых органов.

Исполнительный двигатель - устройство преобразующее энергию сжатого газа в перемещение рулевых органов, преодолевающее усилие, создаваемое воздушным потоком обтекающего БУЛА.

По конструктивному исполнению, можно выделить следующие группы исполнительных двигателей.

1. Поршневые - одностороннего и двухстороннего действия. Устройства, наиболее часто применяемые, как в специальной технике, так и в системах автоматизации технологических процессов.

Рис. 1. Исполнительный двигатель СГРП закрытого типа - поршневой, с одним силовым цилиндром.

Рис.2. Исполнительный двигатель СГРП закрытого типа - с двумя силовыми цилиндрами.

Работой исполнительного двигателя управляет газовое распределительное устройство (ГРУ).

Назначение ГРУ заключается в попеременном сообщении рабочих полостей исполнительного двигателя привода с источником сжатого газа либо с окружающей средой (атмосферой бортового отсека привода). По характеру решаемой коммутационной задачи, ГРУ в общем случае делятся на устройства:

С управлением «на входе» - изменяются площади впускных отверстий в рабочие полости;

С управлением «на выходе» - изменяются площади выпускных отверстий из рабочих полостей;

С управлением «на входе и выходе» - изменяются площади как впускных, так и выпускных отверстий.

3. Математические модели газовых и пневматических рулевых приводов

При математическом моделировании системы рулевого газового привода (СРГП), как элемента системы управления БУЛА, функционирующего в обтекающем его потоке воздуха, областью исследований является совокупность геометрических, электромеханических параметров и параметров рабочего тела - воздуха или другого сжатого газа, а также функции состояния электромеханических, аэрогазодинамических процессов и процессов управления, протекающих во всем многообразии причинно-следственных связей. При имеющих место преобразованиях одних видов энергии в другие, наличии распределенных полей и структурно - сложного представления реальных механизмов в рассматриваемой физической области исследований создание математических моделей, обеспечивающих требуемую степень достоверности инженерных расчетов, достигается за счет введения теоретически и экспериментально обоснованных идеализаций. Уровень идеализации определяется целями создаваемого математического обеспечения.

Математическая модель рулевого привода:

p 1 , р 2 - давление газа в полости 1 или 2 рулевого привода,

S П - площадь поршня рулевого привода,

Т 1 , Т 2 - температура газа в полости 1 или 2 рулевого привода,

Т сп - температура стенок рулевого привода,

V - скорость поршня рулевого привода,

F пр - сила поджатия пружины,

h - коэффициент вязкого трения,

Коэффициент шарнирной нагрузки,

М - приведенная масса подвижных частей.

Рис. 3 Типовые графики переходных прочцессов.

4. Принципиальная схема рулевого тракта

Рулевой тракт газовой силовой системы управления может строиться с механической, кинематической, электрической обратной связью или не иметь главной обратной связи. В последнем случае привод обычно работает в релейном режиме ("да - нет"), а при наличии обратной связи - в пропорциональном. В настоящей разработке будут рассматриваться рулевые тракты с электрической обратной связью. Сигнал рассогласования в этих трактах может усиливаться либо линейным, либо релейным усилителем.

Принципиальная схема рулевого тракта с линейным усилителем дается на рис. 5.

Рис. 4. Схема рулевого тракта

На схеме обозначено: W Ф (р), W З (р), W п (р), W ос (р) -передаточные функции корректирующего фильтра, электромеханического преобразователя, привода, цепи обратной связи соответственно. Коэффициент усиления линейного усилителя в данной схеме входит множителем в коэффициент первачи ЭМП.

Выбор параметров привода производится таким образом, чтобы в заданном диапазоне частот и амплитуд отрабатываемого сигнала не имело место ограничение по координатам х и Х. В связи с этим нелинейности в виде ограничений по этим величинам при формировании рулевого тракта не учитываются.

5. Проектирование газовой силовой системы управления

Методика проектирования

Выбирается тип исполнительного привода и принципиальная схема рулевого тракта. Тип привода определяют исходя ив требований и условий эксплуатации. При длительном времени функционирования и высоких значениях температуры Т р предпочтительнее схема привода с регулированием на выходе. Для выбора принципиальной схемы целесообразно провести предварительную проработку различных схем, оценить приближенно их возможности (эксплуатационные, динамические, массу, габариты) и выбрать наилучший вариант. Такая задача, состоящая в приближенном расчете характеристик ГССУ различных схем, должна решаться на начальном этане разработки системы. В некоторых случаях тип принципиальной схемы может быть однозначно выбран уже на начальной стадии работ и оговорен в техническом задании.

Рассчитываются обобщенные параметры привода. Методика этого расчёта определяется типом выбранной принципиальной схемы рулевого тракта. Здесь излагается методика применительно к рулевому тракту с электрической обратной связью:

а) выбирается величина нагрузочного коэффициента у:

Максимальное значение коэффициента шарнирной нагрузки;

М т - максимальный момент, создаваемый приводом,

где l - плечо механической передачи.

От выбора величины у зависит потребная мощность привода. Оптимальное значение у опт, соответствующее минимуму потребной мощности привода может быть определено как решение кубического уравнения

Численное значение у опт обычно лежит в пределах 0,55 ... 0,7. При атом величина назначается в диапазоне 1,2 ? 1,3. Величина отношения и зависят от типа выбранного исполнительного привода. Так. для приводов с газораспределителем типа сопло - заслонка, ; для приводов со струйной трубкой, .

Параметр q в зависимости для величины должен соответствовать режиму I. Его величина определяется либо по результатам теплового расчета, либо по данным экспериментов с аналитичными устройствами. Здесь будем полагать, что закон изменения параметра q по времени задан в виде аппроксимирующей зависимости для различных значений температуры окружающей среды.

Величина б 0 - амплитуда движения якоря ЭМП для рулевого тракта с линейный усилителем принимается равной у м, т.е. , а для систем с релейным усилителем, работающих в режиме ШИМ на распределительном устройстве величина принимается в диапазоне 0,7 ? 0,8;

б) при выбранном значении величины у вычисляется максимальный момент, развиваемый приводом:

в) определяется необходимое значение угловой скорости Щ т, обеспечиваемой приводом.

Величина Щ т находится из условий отработки газовым приводом гармонического сигнала частотой щ т и амплитудой д 0 . Амплитуда движения якоря ЭМП б 0 при этом принимается такой же, как в предыдущем расчете.

В области низких частот () динамика привода при относительно малой инерционности механического звена может быть описана апериодическим звеном. Можно получить следящие выражения:

Для апериодического звена

Из последней зависимости после преобразований получим формулу для расчета потребного значения Щ max:

Рассчитываются конструктивные параметры приводов.

Определяются плечо механической передачи l, диаметр поршня силового цилиндра D П, величина свободного хода привода Х т. .

Рис.5 Конструктивная схема ИД.

При определении плеча l нужно задаться соотношением между свободным ходом поршня и его диаметром.

Из соображений компактности разрабатываемой конструкции силового цилиндра можно рекомендовать соотношение.

При Х = Х т максимальный момент, создаваемый приводом, должен в раз превосходить максимальный момент от нагрузки, т.е.

С учетом принятого соотношения из последнего равенства получим зависимость

Максимальный перепад давлений в полостях силового цилиндра Др тах зависит от величины р р, типа и соотношений геометрических размеров распределительного устройства, а также от интенсивности теплообмена в полостях. При расчетах величины l можно ориентировочно принимать для приводов с газораспределителем типа сопло-заслонка Др тах = (0,55 ? 0,65) р р, при использовании струйникого распределителя Др тах = (0,65 ? 0,75) р р.

При расчете величины l величина Др тах должна соответствовать режиму I.

При относительно малых значениях д тах

В процессе расчетов все линейные геометрические размеры должны округляться в соответствии с требованиями стандартов.

Рассчитываться параметры газораспределительного устройства привода. Этот расчет ведется из условия, чтобы в наихудшем случае, т.е. в режиме I, обеспечивалась скорость привода не ниже, где Щ т - значение угловой скорости. Здесь будут даны методики расчетов геометрических параметров для двух конструктивных разновидностей газораспределителей: со струйной трубкой и с соплом и заслонкой. Первый из названных распределителей реализует регулирование газового потока по принципу "на входе и выходе". В этом случае максимальная установившаяся скорость привода определяется зависимостью

Из чего следует

При расчетах по зависимости значения Т р и q должны соответствовать режиму I.

Учитывая характерные для данного распределителя соотношения размеров, принимают, .

Рациональное соотношение площадей с и а обеспечивает наилучшие энергетические возможности привода и лежит в пределах. Из этих соображений находится величина С. Рассчитав величины а, с, следует определить основные геометрические размеры распределителя.

Рис. 6. Расчетная схема газораспределителя «струйная трубка».

Диаметр приемного окна распределителя определится из условия

где коэффициент расхода м = 0,75 … 0,85.

Величина максимального перемещения конца струйной трубки, а длинна струйной трубки.

При известном значении x m вычисляют величины b и d.

Газораспределительное устройство типа "сопло - заслонка" реализует регулирование газового потока "на выходе".

Для этого случая

Из этого следует:

При расчетах следует принимать отношение. Величины Т р и q соответствуют режиму I.

Рис. 7 Расчетная схема газораспределителя «сопло-заслонка».

Диаметр сопла d c выбирается таким образом, чтобы эффективная площадь была не менее чем в 2 раза больше максимальной площади выпускного отверстия:

При выбранном значении d c находят величину b: b = мрd c ; вычисляют максимальное значение координаты х т и величину

После разработки конструкции газораспределительного устройства определяются нагрузки на его подвижных частях и проектируются или выбираются ЭМП. Определяется также потребный расход рабочего тела, что необходимо для проектирования (или выбора) источника питания.

При известных конструктивных и эксплуатационных параметрах привода могут быть определены по зависимости (I) параметры его струйной схемы как для режима I, так и дал режима II, после чего возможно формирование рулевого тракта.

Формирование контура рулевого тракта проводится с учетом экстремальных режимов его работы. На первом этапе формирования строятся частотные характеристики разомкнутого контура в режиме I (величина коэффициента k 3 временно неизвестна).

Исходя из требования по динамической точности замкнутого контура находим допустимую величину фазового сдвига на частоте щ 0:

ц з (щ 0) = arctg щ 0 Т ГССУ.

При известном значении величины фазового сдвига для разомкнутого контура ц р (щ 0), определенного в результате построения частотных характеристик, и определенном значении ц з (щ 0) находим требуемое значение амплитудной характеристики А р (щ 0) разомкнутой системы на частоте щ 0 . Для этой цели удобно использовать номограмму замыкания. После этого амплитудная характеристика контура в режиме I оказывавшей однозначно определенной, а следовательно, определяется и значение коэффициента разомкнутого контура К р.

Поскольку в контур еще не введен корректирующий фильтр, величина К р определяется зависимостью К р = k э K n k oc . Величина коэффициента обратной связи может быть определена по коэффициенту передачи замкнутого контура: . Тогда можно вычислить значение коэффициента k э: , а в дальнейшем рассчитать и требуемое значение коэффициента усиления усилителя напряжения

6. Моделирование

Используя данные из таблицы, проведём моделирование системы сначала в программе PROEKT_ST.pas. Рассчитав таким образом пригодность параметров системы, продолжим моделирование в PRIVODKR.pas и рассчитаем в ней время срабатывания.

Заполним таблицы на основании полученных параметров:

Повысим температуру:

Понизим давление:

Повысим температуру (при пониженном давлении)

Основная литература

1. Горячев О.В. Основы теории компьютерного управления: учеб. пособие / О. В. Горячев, С. А. Руднев. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008 .-- 220 с.(10 экз.)

2. Пупков, К.А. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник для вузов: в 5 т. Т.5. Методы современной теории автоматического управления / К.А. Пупков [и др.]; под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М. : МГТУ им. Баумана, 2004. -- 784 с.(12 экз.)

3. Чемоданов, Б.К. Следящие приводы: в 3 т. Т.2. Электрические следящие приводы / Е.С.Блейз, В.Н.Бродовский, В.А.Введенский и др. / Под ред.Б.К.Чемоданова. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М. : МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2003. -- 878с. (25 экз)

4. Электромеханические системы: учеб. пособие/Г.П. Елецкая, Н.С. Илюхина, А.П. Панков. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-215 с.

5. Геращенко, А.Н. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на основе волновых исполнительных механизмов: учеб.пособие для вузов / А.Н.Геращенко, С.Л.Самсонович;под ред.А.М.Матвеенко.-- М. : Машиностроение, 2006 .-- 392с. (10 экз)

6. Наземцев, А.С. Гидравлические и пневматические системы. Ч.1, Пневматические приводы и средства автоматизации: Учеб.пособие / А.С.Наземцев.-- М. : Форум, 2004 .-- 240с. (7 экз)

Подобные документы

дипломная работа , добавлен 10.09.2010

Обоснование выбора структуры привода, составление его математической модели. Расчет конструктивных параметров, управляющего электромагнита и динамических характеристик привода, тепловой расчет конструкции. Технологический процесс сборки рулевой машины.

дипломная работа , добавлен 10.09.2010

Общие сведения об автомобиле. Проектирование рулевого управления, описание его назначения и основных требований. Обоснование выбора реечного управления и определение параметров рулевой трапеции. Расчет параметров зацепления механизма "шестерня-рейка".

дипломная работа , добавлен 13.03.2011

Проектирование стенда для разборки и сборки рулевого управления легкового автомобиля. Описания стенда для ремонта карданных валов и рулевых управлений. Определение стоимости проекта. Подбор материала. Расчет затрат на покупку материалов и создание стенда.

курсовая работа , добавлен 12.03.2015

курсовая работа , добавлен 19.04.2011

Выбор элементов следящего привода: исполнительного двигателя, электромашинного усилителя, чувствительного элемента. Синтез системы управления методом типовых нормированных характеристических уравнений. Исследование и анализ разработанной системы.

курсовая работа , добавлен 07.09.2014

курсовая работа , добавлен 29.07.2010

Обзор химического состава, механических, технологических и эксплуатационных свойств легированной стали, из которой изготовлена деталь. Технологический маршрут ремонта вала сошки рулевого механизма с роликом. Выбор оборудования и технологической оснастки.

курсовая работа , добавлен 07.02.2016

курсовая работа , добавлен 06.04.2014

Описание автоматического цикла сверлильного станка. Подбор необходимых элементов электрической принципиальной схемы для управления технологическим процессом: с использованием алгебры логики и без ее применения. Логические функции исполнительных устройств.

С точки зрения структуры рулевой машины с дискретным управлением можно представить (рис. 2.33) в виде последовательного соединения шагового мотора (ШМ) и замкнутого по механической обратной связи гидравлического исполнительного механизма с дроссельным управлением (гидроусилителя), выходное звено которого - поршень воспроизводит в масштабе угловое перемещение валика ШМ . Функцию устройства, осуществляющего суммирование углового перемещения вала ШМ и линейного перемещения поршня, преобразованного с помощью передачи «рейка-шестерня» в пропорциональное угловое перемещение, выполняет планетарный редуктор, выходной вал которого через зубчатое зацепление связан с плоским поворотным золотником, регулирующим поток рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндра.

ПР

Рис. 2.36 Функциональная схема РМ:

и - углы поворота валика ШМ и открытия золотника; Q -расход рабочей жидкости через золотниковый распределитель; x- перемещение выходного вала; ШМ - шаговый мотор; ПР - планетарный редуктор;ГР - гидравлический распределитель; ГЦ - гидроцилиндр; МОС - механизм обратной связи типа «рейка - шестерня».

Математическая модель рулевой машины, представлена системой уравнений.

При разработке математической модели принимались следующие основные допущения:

Конструкция рулевой машины является абсолютно жёсткой;

Характеристика распределителя принята идеальной, а наличие объёмных потерь, определяющих характер зависимости распределителя, учитывается коэффициентом перетечек ,потери в каналах учитываются включением эквивалентного дросселя G K в гидролинии нагнетания и слива РМ;

Считается, что при работе рулевой машины в режиме демпфера "сливная" полость гидроцилиндра влияния не оказывает.

1. Уравнение сигнала рассогласования

Как отмечалось выше, сигнал рассогласования в контуре РМ - угол поворота золотника - формируется на выходном валу планетарного редуктора как алгебраическая сумма масштабированного углового перемещения валика ШМ и преобразованного линейного перемещения штока:

где и - углы поворота валика ШМ и открытия золотника, q - передаточное отношение планетарного редуктора (ПР ) от входа до золотника, - коэффициент передачи РМ по цепи механической обратной связи (от смещения штока до угла поворота (возврата) золотника), Х- смещение поршня.

2. Уравнение сил

На шток РМ действует - шарнирная нагрузка, - сила сухого трения, - сила от момента асимметрии вектора тяги, - сила вязкого трения:

ас

тр

A п

)

(

где - перепад давления на поршне, A п – площадь поршня.

3. Уравнение расхода жидкости

где , , - составляющие суммарного расхода, затрачиваемого соответственно на вытеснение рабочей жидкости при движении поршня, непроизводительный расход (утечки) и расход на сжимаемость объёма рабочей жидкости в полостях гидроцилиндра,

- непроизводительный расход, без учета изменения параметров вязкости жидкости при изменении температуры,

(

)

ут

)

(

- полезный расход.

На схеме рис. 3.7 выделен зеленым цветом блок, в котором реализовано выражение непроизводительного расхода рулевых машин с учетом изменения вязкости жидкости при изменении температуры.

Считая, что гидролинии нагнетания и слива в РМ (от соответствующего гидроразъёма до распределителя) одинаковы и потери давления в них оцениваются включением последовательно с дросселирующей щелью золотника дросселя проводимостью G K: