Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение устройства, принципа работы и математических моделей электрических, гидравлических и пневматических рулевых приводов, а также анализ статической и динамических характеристик типового рулевого привода с помощью математической модели привода, составленной в системе программирования Матлаб.

Задание

При выполнение работы необходимо:

Изучить устройство, принцип работы и математические модели электрических, гидравлических и пневматических рулевых приводов (РП).

Нанести значения ЛАЧХ и ЛФЧХ, рассчитанные в п.4. Сравнить экспериментальное и теоретическое решения.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется бригадами на компьютерах.

Бригада выполняет вариант задания, выдаваемый преподавателем. Варианты различаются исходными данными для проведения расчетов.

Все расчеты проводятся в системе программирования Matlab с использованием пакета визуального программирования Simulink.

Предполагается, что начальные навыки работы в Matlab и Simulink были получены студентами при выполнении первой лабораторной работы по данной дисциплине.

Определить экспериментально путем проведения компьютерного эксперимента с моделью привода значения логарифмических амплитудной и фазовой частотных характеристик замкнутого рулевого привода при трех значениях частоты гармонического входного сигнала рад/сек.

Методика выполнения работы

Создание модели привода

Предварительно должны быть выполнены следующие действия:

Запустить MATLAB

Открыть приложение Simulink.

Создать программу моделирования линейного и нелинейного РП, показанную на рисунке.

Расчет статической характеристики привода

Статическая характеристика РП строится путем задания на вход модели привода медленно меняющегося входного воздействия, линейно возрастающего в рабочем диапазоне требуемых углов поворота рулей.

Программа моделирования приведена на рисунке. В ней помимо блоков, реализующих модели самой системы, присутствует блок Ramp на входе и два

блока XY Graph для построения графиков статической характеристики для линейной и нелинейной моделей РП.

Блок Ramp (линейно возрастающий сигнал) берется из раздела Sources (входы) библиотеки блоков пакета Simulink.

Блоки XY Graph берутся из раздела Sinks (выходы) библиотеки блоков Simulink. Они служат для построения зависимости на основе данных

Полученные графики статических характеристик для линейной и нелинейной моделей рулевого привода следует перерисовать и сравнить друг с другом.

Экспериментальное построение частотных характеристик

Для экспериментального определения отдельных точек логарифмических амплитудной и фазовой частотных характеристик РП создаем программу, показанную на рисунке. Для построения частотных характеристик используем линейную модель рулевого привода, приведенную на верхней части схемы. Нижняя часть схемы блокируется с помощью блока Terminator (раздел Sinks библиотеки).

Чтобы на графике было удобно определять амплитуду выходного гармонического сигнала и фазовый сдвиг этого сигнала по сравнению с входным, время моделирования в каждом из трех вариантов расчета следует задавать разным, приблизительно равным 4 периодам входного гармонического сигнала. Период синусоиды связан с ее частотой соотношением: , поэтому. При можно принять сек.

В каждом эксперименте с графиков входа и выхода необходимо снять следующие параметры:

Амплитуду выхода;

Интервал времени между моментами времени, когда входной и выходной гармонические сигналы, соответствующие друг другу, достигают максимальных значений, равных амплитудам этих сигналов.

Следует обратить внимание на тот факт, что при запаздывании выхода по отношению к входу интервал является отрицательной величиной.

Используя результаты экспериментов и исходные данные, необходимо рассчитать значения амплитудной и фазовой частотной характеристик системы при указанных трех частотах. Компьютерные эксперименты и вычисления удобно приводить с использованием таблицы, форма которой приведена в таблице.

Форма таблицы для построения частотной характеристики привода по точкам

Построение частотных характеристик с помощью блока LTI Viewer

Программа LTI Viwer предназначена для анализа характеристик линеаризованной модели, соответствующей заданной нелинейной модели системы, составленной в Simulink. Программа позволяет рассчитать и построить переходный процесс в системе, импульсную переходную функцию, частотную характеристику ситемы и другие.

Для подключения программы к созданной модели системы необходимо выполнить следующие действия:

Выполнить команду Tools\Linear Analysis… окна Simulink-модели. В результате выполнения команды откроется окно Model_Inputs_and_Outputs (входы и выходы модели), а также пустое окно Simulink LTI-Viewer.

Установить блок Input Point и блок Output Point в точки входа и выхода модели исследуемой системы.

В окне LTI Viewer выполнить команду Simulink\Get Linearized Model (создать линеаризованную модель).

Данная команда выполняет линеаризацию модели и сразу по умолчанию строит реакцию системы на единичное ступенчатое воздействие.

Для получения остальных характеристик системы необходимо выполнить команду Edit\Plot Configuration… в окне LTI Viewer.

Построение переходных процессов

Переходный процесс привода можно построить, подав на вход модели привода ступенчатое воздействие и наблюдая реакцию с помощью блока Scope.

Для линейной системы вид переходного процесса не зависит от величины входного воздействия, т.е. изменяется пропорционально величине ступенчатого сигнала. Поэтому при анализе линейных систем переходный процесс строят при единичном входном ступенчатом воздействии l(t).

Для нелинейных систем реакция системы зависит не только от свойств системы, но и от величины ступенчатого воздействия. Поэтому, чтобы оценить влияние нелинейностей привода на вид переходного процесса, в работе расчеты следует провести при большом ступенчатом входном сигнале.

Ступенчатое воздействие можно задать с помощью блока Step и Constant.

Чтобы сравнивать переходные процессы для линейной и нелинейной моделей гироскопа, целесообразно кривые процессов для этих двух моделей построить на одном графике. В Simulink две или несколько кривых можно построить на одном графике, объединив два или несколько скалярных сигналов в один векторный сигнал и подав этот векторный сигнал на вход блока Scope.

Объединение скалярных сигналов в векторный сигнал выполняется с помощью блока Mux из раздела Signal Routing библиотеки блоков Simulink.

Инерция рулевого привода, характеризуемая его постоянной времени T, сравнительно невелика (до 0.05 сек). Поэтому для построения переходного процесса время моделирования можно задать также небольшое, примерно равное (10-20)Т, т.е. 0.5-1 сек. Это время задается на панели инструментов программы под кнопками Simulation/Simulation Parameters/Stop Time.

Следует зарисовать и сравнить графики переходных процессов, соответствующие линейной и нелинейной моделях рулевого привода.

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.

Введение

1. Основная часть

1.1 Классификация приводов

1.3 Технические требование к рулевому приводу

1.7 Проектирование управляющего электромагнита

1.8 Технические требования к составным частям автоколебательной системы рулевого привода

2. Конструкторская часть

3. Технологическая часть

3.1 Теоретические сведения

4. Экономика

4.1 Введение

4.3 Выводы

5. Охрана труда

5.1 Введение

5.2 Анализ вредных и опасных факторов при расчёте и проектировании замкнутой системы ВДРП

5.3.1 Расчёт освещённости

5.3.2 Шум на рабочем месте

5.3.3 Защита от электромагнитного и рентгеновского излучения

5.3.4 Электробезопасность

5.3.5 Пожарная безопасность

5.4 Охрана окружающей среды

5.5 Выводы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время к разработке приводов для малогабаритных управляемых ракет (МУР) предъявляются все более жесткие требования по техническим и эксплуатационным характеристикам. Поэтому процесс создания перспективных МУР должен основываться не только на усовершенствовании ранее разработанных конструкций и схем реализации приводов, но и на поиске новых технических решений, отличающихся от традиционных и дающих очередной скачок в развитии данного вида техники. Таким принципиально новым решением оказалось создание и использование так называемых воздушно-динамических рулевых приводов (ВДРП).

Ранее применяемые рулевые привода традиционной конструкции со специальным источником питания обладают следующими недостатками: во-первых, они обеспечивают мощность источников на уровне максимально потребной, что необходимо только лишь на определенном участке полета; во-вторых, при повышении дальности и времени полета масса источника питания увеличивается. Ужесточающиеся массогабаритные характеристики не позволяют реализовать традиционные привода со специальными системами согласования мощности привода с мощностью, расходуемой на управление. Поэтому рациональным решением явился отказ от специального источника питания и использование для перемещения рулевых органов энергии движения ракеты в газовой среде, т.е. использование энергии обтекающего корпус ракеты воздушного потока.

Основой данного технического решения является процесс трансформации энергии двигательной установки, сообщающей ракете кинетическую энергию движения. В результате движения на корпусе ракеты возникает распределенное поле давлений, определяющее силу ее лобового сопротивления в обтекающем ракету потоке воздуха. Располагая устройства забора и сброса воздуха на корпусе в зонах соответственно повышенного или пониженного давления, формируют рабочий поток определенной мощности, при этом в соответствии с законом сохранения энергии возрастает коэффициент лобового сопротивления. Последнее, при использовании воздушно-динамических рулевых приводов требуется увеличение массы пороховой шашки двигательной установки для сохранения неизменными времени полета и величины конечной скорости. Однако анализ соотношения масс показывает, что эффективность данного технического решения по сравнению с рулевыми приводами, имеющими специальный источник питания, тем выше, чем больше максимальная скорость и время управляемого участка полета по сравнению со временем работы двигательной установки. При этом достигается уменьшение массы пассивных элементов конструкции и повышение технологичности за счет исключения трудоемких элементов конструкции: аккумуляторов давления, трубопроводов и т.п. Отличительной особенностью является то, что он функционирует практически все время, пока движется ракета, а использование единого воздушного потока, нагружающего рулевые органы воздушно-динамических рулевых приводов и одновременно являющегося энергоносителем для сохранения неизменности функциональных характеристик по времени полета. Практическая реализация воздушно динамических рулевых приводов с различными типами силовых систем показала их значительное превосходство по функциональным, массогабаритным и техническо-технологическим характеристикам над приводами традиционной конструкции. Поэтому в настоящее время актуальной является проблема оснащения вновь разрабатываемых ракет приводами воздушно-динамического типа, а значит и разработки эффективных методик и алгоритмов их проектирования.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Управление летательным аппаратом (ЛА) является важнейшей научной и практической проблемой современного самолето- и ракетостро е ния.

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

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

устройства формирования управляющего воздействия с сигнала управления;

органы управления, которые создают управляющие усилия;

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

Так как данный дипломный проект посвящен расчёту и проектиров а нию замкнутой системы рулевого привода, рассмотрим более подробно 3-тью группу устройств.

Рулевые приводы осуществляют в системе управления функционал ь ную взаимосвязь между устройствами первой и второй групп. Поэтому н а ряду с функциональными элементами, обеспечивающими создание силов о го воздействия на органы управления (источники питания, кинематич е ски связанные с органами управления исполнительные двигатели, элементы энергетических магистралей), рулевые приводы включают функционал ь ные элементы, которые устанавливают соответствие этого силового сигн а ла формируемому в системе управления управляющему сигналу (преобр а зователи и усилители электрических сигналов, электромеханические преобразователи, различного вида датч и ки).

Для конкретизации областей исследования задач, стоящих при разработке рулевых приводов, в их составе выделяют силовую и управля ющую 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 также не получили широкого применения вследствие малой мощности и большого веса источника питания электромагнита.

1.1 Классификация приводов

Приводы лопастей предназначены для преобразования электрич е ских сигналов управления в механическое перемещение лопастей, жестко связанных с подвижными частями исполнительного дв и гателя.

Исполнительный двигатель преодолевает при этом действующие на лопасть шарнирные нагрузки, обеспечивая необходимую скорость и нео б ходимое ускорение при обработке заданных выходных сигналов с требуемой динамич е ской точностью.

На базе уже существующих конструкций приводы могут быть кла ссифицированы:

по типу силовой системы:

воздушно - динамические;

пневматические;

горячегазовые;

электромагнитные;

по принципу управления лопастями:

релейное двух и трехпозиционное управление;

пропорциональное управление;

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;

по типу исполнительного двигателя:

одностороннего и двух стороннего действия;

полуоткрытого и закрытого типа;

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.

1.2 Обоснование выбора типа привода

Рулевой привод предназначен для преобразования электрических сигналов, поступающих с наземной аппаратуры управления, в соответствующие угловые отклонения аэродинамических рулей, управляющих полетом летательных аппаратов.

При сравнении характеристик различных типов и схем рулевых приводов отмечено, что при заданных шарнирных нагрузках и требуемых динамических характеристиках целесообразно для обеспечения минимальных габаритов и массы летательного аппарата применение пропорционального рулевого привода, использующего в качестве рабочего тела скоростной напор встречного потока воздуха.

В этом случае исчезает необходимость размещения специального источника питания.

Для малогабаритных управляемых ракетных снарядов наиболее часто проектируются воздушно-динамические рулевые привода, обладающие рядом преимуществ:

· независимость массы и объёма рулевого привода от времени работы, так как отсутствует специальный источник питания;

соответствие потребного и развиваемого момента рулевого привода;

соответствие потребной и развиваемой скорости;

практически постоянство фазового сдвига на частоте вращения ракеты вследствие эквивалентности скорости привода и скор о сти ракеты по крену, движущего момента и момента шарни р ной нагрузки;

применение в конструкции недефицитных материалов вследствие низких давлений и температур рабочего тела.

Для сравнения характеристик различных типов приводов приведём следующую таблицу:

Таблица 1.1 Сравнительная характеристика различных типов приводов

Анализ данных таблицы показывает, что ВДРП значительно превосходят по своим характеристикам рулевые приводы отечественных и зарубежных ЛА.

ВДРП управляемого ЛА с дозвуковыми скоростями полета по сравнению с электромагнитными рулевыми приводами ЛА имеет в 2.5 раза меньший объем, в 5 раз меньшую трудоемкость изготовления.

Рулевой привод ЛА с транс- и сверхзвуковыми скоростями полета по сравнению с рулевыми приводами отечественных ЛА и американского ЛА ТОУ имеет в 3-4 раза меньшую массу, в 4 раза меньшую трудоемкость изготовления.

1.3 Технические требования к рулевому приводу

Рулевой привод (РП) одноканальный. Рули складываются внутрь отсека. Пиротехническая задержка раскрытия рулей в течение

Зависимость отклонения рулей от входного сигнала - пропорциональная.

РП работает от скоростного напора воздуха. Зависимость избыточного давления P и на входе воздухозаборника от времени при различных температурах окружающей среды представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Зависимость избыточного давления P и на входе воздухозаборника от времени t.

РП должен быть работоспособным при:

· числах Маха (рис. 1.2)

· частотах вращения от 4 до 13 Гц (рис. 1.3)

Рис. 1.2 Зависимость избыточного давления от значений числа Маха

Рис. 1.3 Зависимость частоты вращения ракеты от времени t

шарнирных моментах, представленных на рис. 1.4

Рис. 1.4 Зависимость момента шарнирной нагрузки M ш от времени t

Изменение фазового сдвига с учётом частот вращения должно соответствовать значениям

Максимальный угол отклонения рулей должен быть ±15°.

1.4 Математическое описание функционирования воздушно-динамического привода

Состояние физического тела (однородного газа) в некотором проточном объеме в каждый момент времени характеризуется совокупностью следующих параметров:

давление;

удельный вес;

тепература.

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

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

закон сохранения энергии;

закон сохранения массы.

Принимаем допущение 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.

Расчет газодинамической системы привода по системе нелинейных алгебраических уравнений построен на основе схемы замещения (рис. 1.5).

Рис. 1.5 Схема замещения силовой системы

При разработке РП применяется система математических моделей:

а) нелинейная, используемая для расчета динамических характеристик РП;

б) модель параметрической идентификации, используемая для расчета конструктивных параметров исполнительного двигателя.

Нелинейная математическая модель получена на основе законов сохранения массы и энергии и включает в себя следующие уравнения:

для полости ресивера:

для рабочих полостей (i=1,2):

для полости отсека:

Законы сохранения массы можно записать в следующем виде:

для полости ресивера:

для рабочих полостей (i=1,2):

для полости отсека

Удельный приход (расход) энергии находим по следующим зависимостям:

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

Функции режима течения определяются по формулам:

Полное математическое описание исполнительного двигателя включает в себя еще и уравнения, полученные из уравнения состояния. Они имеют вид:

полость ресивера:

рабочие полости (i=1,2):

полость отсека:

Для определения объёма имеем следующие зависимости:

Механическая подсистема исполнительного двигателя описывается следующим уравнением:

Эффективность сечения входного и выходного отверстий распределительного устройства типа ”струйная трубка” с достаточной точностью можно описать с помощью следующих уравнений:

для входного сечения:

для выходного сечения:

Коэффициент колебательности;

p П1,2 - давление в полостях привода;

k - показатель адиабаты;

П Р - удельный расход энергии в ресивере;

G Р1,2 - удельный массовый секундный расход рабочего тела в ресивере;

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

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

S П - площадь поршня;

M - угол поворота и максимальный угол поворота рулей;

W 1,2 - объём рабочих полостей;

Т П1,2 - температура рабочего тела в полостях;

П1,2 - удельный вес рабочего тела в полостях;

R - универсальная газовая постоянная;

I - приведённый суммарный момент инерции подвижных частей;

f - коэффициент вязкого трения;

m ш () - жёсткость шарнирной нагрузки;

М СТР - момент сухого трения;

k 0 - газодинамический коэффициент;

p P - давление в ресивере;

Y P1,2 , Y П1,2 - газодинамические функции режима течения;

S ВХ1,2 , S ВЫХ1,2 - эффективные площади втекания и истечения в рабочих полостях;

p 0 - давление в отсеке;

с - коэффициент, характеризующий регулируемое втекание;

M - угол поворота и максимальный угол поворота якоря управляющего электромагнита;

а, У - коэффициенты, характеризующие регулируемое истечение.

1.5 Разработка рулевого привода

Необходимо спроектировать рулевой привод, обеспечивающий воспроизведение управляющих сигналов в полосе частот от 28 с -1 до 91 с -1 и амплитуд до 15° угла поворота рулей с фазовым сдвигом 15°±13°. Процесс разработки привода представлен на схеме рис. 1.6.

Разработка малогабаритной танковой управляемой ракеты накладывает существенные ограничения на габариты и массу рулевого привода. Кроме того, в настоящее время не менее актуальна разработка технологичных, выполненных из отечественных недефицитных материалов и, следовательно, имеющих низкую себестоимость рулевых приводов. Габариты и масса РП существенно зависят от потребной выходной мощности и определяются применяемыми типом и структурой системы привода. Для пропорционального закона управления рулевыми органами наименьшие габариты обеспечиваются при применении автоколебательной системы привода с двухпозиционным управлением (рис. 1.7).

В качестве привода управляемой ракеты выбран воздушно-динамический рулевой привод со струйным распределительным устройством.

Воздушно-динамический РП не требует специального источника питания, габариты которого в значительной степени зависят от времени работы и мощности привода.

Рис. 1.6 Алгоритм разработки рулевого привода

Рис. 1.7 Автоколебательная система привода с двухпозиционным управлением

Для воздушно-динамического привода характерно согласование действующих шарнирных нагрузок с развиваемым приводом моментом, а также скорости вращения по крену со скоростью перемещения рулей, вследствие чего по времени полёта обеспечивается практически постоянный фазовый сдвиг на частотах вращения ракеты по крену.

Стабильность динамических характеристик ВДРП по времени управляемого полёта ракеты позволяет расширить допуски на конструктивные параметры рулевых приводов, работающих на традиционных источниках питания: сжатом газе высокого давления, горячем пороховом газе, электрической энергии.

Выбранное распределительное устройство типа "струйная трубка" позволяет применить управляющий электромагнит поворотного типа, надёжный в работе при внешних воздействующих факторах. Нагрузка на управляющий электромагнит с распределительным устройством типа "струйная трубка" незначительна. Динамические характеристики управляющего электромагнита практически не зависят от величины входного давления.

Проектирование автоколебательной системы ВДРП проводится по математической модели параметрической идентификации:

Уравнение суммирующего устройства:

Уравнение корректирующего фильтра:

Уравнение релейного элемента усилителя:

Уравнение управляющего электромагнита:

Уравнение исполнительного двигателя:

Расчёт обобщённых и конструктивных параметров производится для режима наихудших энергетических возможностей, который соответствует максимуму отношения потребной мощности к развиваемой при отработке гармонического сигнала с амплитудой? 0 и частотой при шарнирной нагрузке, имеющей пружинный характер, т. е. из условия минимума энергетической функции привода:

где - частота вращения ракеты, рад/с;

Момент шарнирной нагрузки, Н м;

Газодинамическая функция режима течения (рис. 1.8);

Величина избыточного давления, Па;

Температура окружающей среды, К;

t - время полёта, с.

Режим наихудших энергетических возможностей соответствует полёта при температуре (рис. 1.9). Для указанного режима значения параметров следующие:

Число маха М ………………………………………………………1.17;

Момент шарнирной нагрузки ………………………-0.937;

Избыточное давление ………………………………..1.22?10 5 ;

Частота вращения по крену ……………………………..9.3±1.9.

Рис. 1.8 График зависимости числа Y от величины избыточного давления.

Рис. 1.9 Энергетическая функция привода

Значение выбирается из условия обеспечения фазовой частотной характеристики разомкнутого контура, близкой к заданному номинальному значению при возникновении ограничений выходной координаты силовой части привода. При таком значении? обеспечиваются меньшие фазовые сдвиги, чем при расчёте? по минимуму расхода, но расход рабочего тела через систему увеличивается, что в случае применения воздушно-динамического привода не является ограничением для проектирования.

Максимальный развиваемый момент определяется по зависимости:

Значение произведения площади поршня на плечо кинематической передачи определяется по зависимости:

Потребная скорость для обеспечения отработки гармонического сигнала рассчитывается по формуле:

Рис. 1.10 График зависимости числа? от величины избыточного давления

Структура и параметры автоколебательной системы воздушно-динамического привода определяются для режима наихудших фазовых сдвигов, соответствующего максимуму энергетической функции при нагрузке, имеющей характер перекомпенсации, то есть режима (рис. 1.11). Для указанного режима значения параметров следующие:

Число маха М ……………………………………………………..0.894;

Момент шарнирной нагрузки ………………………..0.265;

Избыточное давление ………………………………0.667?10 5 ;

Частота вращения по крену ……………………………….7.8±2.

Рис. 1.11 Энергетическая функция привода

Рассчитаем структуру и параметры автоколебательной системы ВДРП на соответствующего режима:

а) рассчитывается допустимая минимальная частота автоколебаний из условия обеспечения разноса рабочей частоты? 0 и частоты автоколебаний? а:

б) рассчитывается фазовый сдвиг? n и амплитудная характеристика A n исполнительного двигателя на рабочей частоте и частоте автоколебаний.

Рис. 1.12 Структурная схема исполнительного двигателя РП

Рассчитаем максимальную скорость на этом режиме, исходя из? m на предыдущем:

Тогда новое? m примет значение:

Из рис. 1.13 определим фазовые сдвиги и величины амплитудной характеристики исполнительного двигателя РП на рабочей частоте и частоте автоколебаний.

Для данного режима определены соответствующие значения:

в) определяется время эквивалентного запаздывания управляющего электромагнита:

где - фазовый сдвиг нелинейного элемента на частоте,

Фазовый сдвиг корректирующего фильтра на частоте автоколебаний, выбираемый при первой итерации равным нулю.

Рис. 1.13 Амплитудно-фазовая частотная характеристика исполнительного двигателя рулевого привода

г) рассчитываются фазовые характеристики разомкнутой и замкнутой автоколебательной системы воздушно-динамического привода.

Фазовая характеристика разомкнутой системы рассчитывается по следующей формуле:

Фазовый сдвиг исполнительного двигателя РП,

Фазовая характеристика управляющего электромагнита (рис. 1.15),

Фазовый сдвиг корректирующего фильтра (рис. 1.14),

Фазовый сдвиг нелинейного элемента, .

Фазовая характеристика замкнутой системы:

Амплитудная характеристика разомкнутой системы.

При необходим фильтр с ослаблением амплитудной характеристики на частоте автоколебаний:

Рис. 1.14 Амплитудно-фазовая частотная характеристика корректирующего фильтра

Рис. 1.15 Фазовая характеристика управляющего электромагнита

Фазовая характеристика разомкнутой системы воздушно динамического рулевого привода представлена на рис. 16, замкнутой - на рис. 1.17.

Рис. 1.16 Фазовая характеристика разомкнутой системы ВДРП

Рис. 1.17. Фазовая характеристика замкнутой системы ВДРП

1.6 Оценка влияния изменения параметров математической модели ВДРП на его характеристики

Проследим, каким образом влияют на характеристики привода изменения таких величин, как скорость движения рулей, момент шарнирной нагрузки, момент инерции рулей, время эквивалентного запаздывания управляющего электромагнита, а также коэффициенты трения.

Пусть и изменяются в пределе ±15%, а и f - на ±50%.

Наиболее существенные изменения происходят, когда вышеназванные величины изменяются одновременно либо в сторону уменьшения, либо в сторону увеличения. Рассмотрим два крайних случая:

1) и увеличим на 15%, а и f - на 50%.

Результаты отображены на рис. 1.18-1.20

Рис. 1.18 Амплитудно-фазовая характеристика исполнительного двигателя рулевого привода

Рис. 1.19 Фазовая характеристика разомкнутой системы ВДРП

Рис. 1.20 Фазовая характеристика замкнутой системы ВДРП

2) и уменьшим на 15%, а и f - на 50%

Результаты отображены на рис. 1.21-1.23

Рис. 1.21 Амплитудно-фазовая характеристика исполнительного двигателя рулевого привода

Рис. 1.22 Фазовая характеристика разомкнутой системы ВДРП

Рис. 1.23 Фазовая характеристика замкнутой системы ВДРП

Как можно заметить из вышеприведённых графиков, ни одно из проделанных изменений не привело к выходу рулевого привода из заданного коридора фазовых сдвигов (рис. 1.20 и 1.23), что свидетельствует о высокой динамической точности разрабатываемого ВДРП. Проверим, какую роль играют величины постоянных времени T ф1 и T ф2 .

Рассмотрим три варианта фильтра (рис. 1.24, 1.25):

Графики фазовых характеристик разомкнутой и замкнутой систем будут иметь вид, представленный на рис. 1.26-1.29.

Рис. 1.24 Амплитудные частотные характеристики нескольких вариантов корректирующего фильтра

Рис. 1.25 Фазовые частотные характеристики нескольких вариантов корректирующего фильтра

Рис. 1.26 Фазовые характеристики разомкнутой системы ВДРП

Рис. 1.27 Фазовые характеристики замкнутой системы ВДРП

Рис. 1.28 Фазовые характеристики разомкнутой системы ВДРП

Рис. 1.29 Фазовые характеристики замкнутой системы ВДРП.

1.7 Технические требования к составным частям автоколебательной системы рулевого привода

а) воздухозаборник должен обеспечивать:

Отношение площадей воздухозаборника к площади струйника:

Отношение площадей ресивера к площади струйника:

Выступание воздухозаборника за обтекатель не менее 5 мм.

б) рулевой привод должен обеспечивать:

Максимальную скорость при давлении

и температуре:

Максимальный развиваемый момент при давлении

Управляющий электромагнит в реальных условиях эксплуатации должен обеспечивать время эквивалентного запаздывания:

в) постоянные времени корректирующего фильтра должны быть:

1.8 Проектирование управляющего электромагнита

В качестве управляющего электромагнита выбираем нейтральный электромагнит с угловым перемещением якоря. Управляющий электромагнит, на оси которого закреплён струйник, установлен на основании распределительного устройства. Ток, протекающий через обмотки этого электромагнита, при поступлении команды управления, создает магнитный поток, притягивающий якорь к одному из упоров, разворачивая диск распределительного устройства в одно из крайних положений.

Расчёт параметров управляющего электромагнита проводится из обеспечения требуемых динамических характеристик при заданном напряжении питания и токе потребления обмоток управляющего электромагнита. Расчёт проводится графоаналитическим способом в соответствии с алгоритмом (см. рис. 1.30).

В данном дипломном проекте при проектировании ВДРП в целях унификации с ранее изготовленными подобными рулевыми приводами воспользуемся одним из уже существующих управляющих электромагнитов и расчёт производить не будем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.30 Алгоритм расчета УМ

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание конструкции рулевого привода

Рулевой привод предназначен для преобразования электрических сигналов, поступающих с наземной аппаратуры управления, в соответствующие угловые отклонения аэродинамических рулей, управляющих полетом летательных аппаратов. В данном дипломном проекте разработан автоколебательный одноканальный воздушно-динамический рулевой привод полуоткрытого типа с регулируемым на выходе распределительным устройством типа «струйная трубка» (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Рулевой привод

1 - основание; 2 - поршень; 3 - руль; 4 - втулка; 5 - ось; - подшипник; 7 - пружина; 8 - вилка; 9 - потенциометр обратной связи;10 - шпангоут; 11 - трубка; 12 - фильтр; 13 - пружина; 14 - канал; 15 - приемное отверстие; 16 - поршень; 17 - чехол; 18 - манжета; 19 - основание; 20 - штифт; 21 - серьга; 22 - ось; 23 - ось; 24 - пружина; 25 - подшипник; 26 - корпус; 27 - планка;28 катушка управления; 29 - якорь; 30 - приемник; 31 - струйник; 32 - воздухозаборник; 33 - электромагнит управляющий;34 - электровоспламенитель; 35 - силовой цилиндр; 36 - планка.

Привод состоит из следующих основных частей:

а) исполнительный двигатель с аэродинамическими рулями;

б) управляющий электромагнит с распределительным устройством.

Базовой деталью рулевого привода является шпангоут 10, на котором установлены оси 5 с рулями 3, втулками 4, пружинами 7. Рули соединены между собой осью 22, на этой же оси находится вилка 8, связывающая рули с потенциометрическим датчиком обратной связи 9. Шпангоут 10 является базовой деталью, к которой крепится основание 1. На основании установлены два силовых цилиндра 35.

Управляющий электромагнит 33 состоит из корпуса 26, в котором на подшипниках 25 установлена ось 23 с якорем 29, двух катушек управления 28, соединенных планкой 27, закреплённой в корпусе 26, и пружины 24.

Силовой цилиндр 35 состоит из основания 19, на котором закреплена эластичная манжета 18, закрытая чехлом 17, поршня 16, соединённого с манжетой 18 и серьги 21, связывающей поршень 16 с осью 22.

Рули 3 и воздухозаборники 32 в сложенном положении удерживаются планкой 36, закреплённой штифтами 20 на шпангоуте 10.

2.2 Описание принципа действия рулевого привода

Принцип действия РП состоит в следующем.

При полёте управляемой ракеты встречный поток воздуха через отверстия в воздухозаборниках 32 проходит через струйное распределительное устройство в рабочие полости рулевых машин. В автоколебательном приводе генерируются автоколебания. С усилителя подается поочерёдно напряжение на одну или другую обмотки управляющего электромагнита. При поступлении сигнала в одну из обмоток, якорь притягивается к ней и устанавливает струйник напротив соответствующего окна приёмника. Воздух поступает в рабочую полость привода, и в ней устанавливается максимальное давление; в это время вторая рабочая полость опорожняется. Под действием разности давлений на поршни рулевых машин происходит поворот оси рулей. Разность средних давлений в полостях и угол поворота рулей пропорциональны входному сигналу.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Теоретические сведения

Сборка является заключительной стадией технологического процесса изготовления деталей.

К сборочно-технологическим процессам относят соединение деталей и сборочных единиц для образования изделия с его последующей регулировкой, контролем и испытанием.

Технологический процесс сборки осуществляют, руководствуясь нормативными документами, которые оформляются в соответствии с единой системой технологической документации (ЕСТД).

ЕСТД представляет собой комплекс стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения о порядке разработки, оформления и обращения единой технологической документации для всех предприятий и организаций приборостроительных и машиностроительных отраслей промышленности.

Проектированием технологических процессов и составлением нормативной документации занимаются технологические отделы и бюро предприятия.

Для разработки технологического процесса сборки изделия или сборочной единицы технологу необходимо иметь сборочные чертежи, спецификацию деталей по сборочным единицам, технологические условия на сборку, испытания и приемку, годовой план выпуска изделия. Кроме того, в распоряжении технолога должны находиться данные о парке оборудования и электроснабжении цехов, о применяемом инструменте, приспособлениях, контрольно-измерительной аппаратуре, а также стандарты предприятия.

Подготовку к проектированию технологического процесса начинают с анализа конструкции по чертежам, схемам, техническим условиям и программе испытания. Проектирование технологического процесса сборки содержит следующие этапы:

1. Определение последовательности сборки.

2. Определение перечня и последовательности работ при сборке, построение схемы технологического процесса.

3. Нормирование операций.

4. Определение организационной формы сборки и синхронизация операций по ритму.

В данном разделе дипломного проекта рассмотрены первые три этапа.

3.2 Определение последовательности сборочного процесса

Основой для определения последовательности сборки изделия является конструкторская документация, в которой изделие разбито на сборочные единицы. Характерной особенностью сборочной единицы является возможность сборки обособленно от других частей изделия. Благодаря этому процесс сборки сложных изделий состоит из переходов, выполняемых не только последовательно друг за другом, но и параллельно друг другу.

3.3 Построение схемы технологического процесса сборки

Схема технологического процесса сборки служит для облегчения разработки основной технологической документации - маршрутных и операционных карт. Схема технологического процесса наглядно и детально отражает последовательность и структуру сборки, включая регулировку, контроль и испытания изделия.

Построение схемы ведется по следующим правилам:

1. Каждый элемент изделия имеет условное обозначение. Сборочные единицы принято обозначать квадратом, а детали - кругом. Стандартные и поставляемые изделия изображаются со штриховкой.

2. Приспособления, применяемые вместо деталей или сборочных единиц, без которых не может быть выполнена сборка, указываются на схемах как детали или сборочные единицы, но пунктиром.

3. Процесс сборки изображается линией, а переходы точками на этой линии. Линия проводится в направлении от базового элемента изделия к собранному объекту.

Соединение деталей или сборочной единицы с собранной ранее частью изделия или базовой деталью, использование материалов обозначается линией, присоединяемой к сборочной линии. Крепежные детали и прикрепляемые ими элементы изделия соединяются со сборочной линией в одной точке.

4. Снимаемые (демонтируемые) детали, сборочные элементы, приспособления указываются на схемах со стрелкой, направленной от линии сборки.

5. Схема поясняется указанием о выполнении соединений, регулировки и контроля при сборке.

4. ЭКОНОМИКА

4.1 Введение

Процесс создания и освоения новой техники является комплексным, охватывающим большой промежуток времени и большое количество исполнителей. Исходя из новизны создаваемого изделия и степени его комплексности в практике планирования СОНТ применяются два метода:

Метод, основанный на разработке ленточных планов - графиков;

Метод, основанный на разработке сетевых графиков.

Метод ленточных планов - графиков используется при относительно краткосрочных разработках и при небольших количествах исполнителей.

Сетевое планирование представляет собой систему планирования комплекса работ, направленную на достижение конечной цели.

4.2 Составление и расчёт сетевого графика

Сетевое планирование основано на графическом изображении комплекса работ, которое отображает их логическую последовательность, взаимосвязь и длительность. Сетевое планирование имеет значительное преимущество перед обычным методом планирования и управления:

- наиболее полно учитывается связь между различными работами;

- появляется возможность более эффективного распределения срока окончания работ или ресурсов;

- появляется возможность более эффективного распределения ресурсов за счёт оптимизации планов;

- возможность применения ЭВМ;

- наглядное и удобное изображение комплекса работ.

Сетевое планирование позволяет вести разработку в оптимальном режиме. Сетевая модель отображает логическую последовательность и взаимосвязь работ и изображается в виде графика, состоящего из стрелок и кружков.

Кружки на сетевом графике обозначают совершение отдельных событий, отображающих результаты выполнения работ. Продолжительности события не имеют.

Стрелки обозначают работы, то есть действия, которые совершаются для совершения событий. Работы имеют продолжительность, которая на графике указывается стрелкой.

Каждая работа имеет начало и окончание. На графике начало стрелки находится в предыдущем событии, а окончание в последующем.

Работы могут быть трёх типов:

- действительными;

- ожидаемыми;

- фиктивными.

Путем называется непрерывная последовательность работ между двумя событиями сетевого графика, в котором конечное событие каждой работы совпадает с начальным событием следующим за ней событием.

Существует три вида путей:

- полный путь (от начального до конечного события);

- предшествующий путь (от начального до данного события);

- последующий путь (от данного до конечного события).

Критическим путем является полный путь, имеющий наибольшую длительность. Критический путь определяет продолжительность процесса в целом.

Для завершения всего комплекса работ в более ранние сроки необходимо принимать меры по сокращению длительности работ, лежащих на критическом пути. При расчёте сетевых графиков определяют ранние и поздние сроки начала и окончания работ.

Ранний срок свершения события - это срок, необходимый для выполнения всех работ, предшествующих данному событию, т.к. это событие свершится только тогда, когда будут выполнены все работы, для которых оно является конечным (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Ранний срок свершения события

Поздний срок свершения события - это такой срок, превышение которого вызовет аналогичную задержку наступления завершающего события графика. Поэтому расчет поздних сроков свершения событий осуществляется после нахождения критического пути по принципу, представленному на рис. 4.2.

Рис. 4.2 Поздний срок свершения события

Раннее начало каждой работы равно раннему сроку свершения начального в данной работе события:

Раннее окончание каждой работы определяется как сумма фона раннего начала и продолжительности ожидаемого времени выполнения этой работы:

Позднее окончание каждой работы равно позднему сроку свершения конечного события в работе:

Позднее начало работы определяется как разница между сроком позднего окончания и ожидаемым временем выполнения этой работы:

На основании рассчитанных ранних и поздних сроков начала и окончания работ определяются резервы времени работы.

Различают понятия полного и свободного резервов времени.

Резерв времени события - это промежуток времени, на который может быть отсрочено свершение этого события, без нарушения критического пути:

Полный резерв времени работы - это максимальный период времени, на который можно увеличить продолжительность данной работы, не изменяя критического пути:

Важным свойством этого резерва является то, что он может быть распределен между работами, лежащими на следующем пути, т.е. он является резервом всего последующего пути.

Свободный резерв времени работы - это промежуток времени, на который может быть отодвинуто окончание данной работы, не изменяя ранних сроков начала последующих работ

Резервы времени работы позволяют маневрировать сроками начала и окончания работ, устанавливая наиболее благоприятные сроки выполнения работы с точки зрения рациональной загрузки ресурсов, выделяемых на достижение конечной цели. Резервами работ можно пользоваться также для выявления критического пути. Представляя цепную связь работ, он проходит по работам, не имеющим резервов.

Одними из важнейших операций при анализе рассчитанных параметров сетевого графика являются определение коэффициентов напряженности работ и вероятности свершения завершающего события в заданный срок.

Коэффициент напряженности работы характеризует относительную сложность соблюдения сроков выполнения работ на некритических путях:

где - продолжительность максимального пути, проходящего через работу ij;

Продолжительность критического пути;

Продолжительность отрезка максимального пути работы, совпадающего с критическим путем ij.

Контролировать правильность расчета сетевого графика необход и мо по параметрам полного резерва времени и коэффициента напряженн о сти. Причём резерв времени работ, лежащих на критическом пути всегда равен нулю, а к о эффициент напряженности работ равен единице.

Таблица 4.1. Картотека событий

Таблица 4.2 Картотека работ

Расчёт сетевого графика проведён с применением ЭВМ. Результаты представлены в виде таблицы 1.

Из расчетов видим, что критический путь проходит через события:

Продолжительность критического пути 111.5 дней.

Расчёт вероятности наступления завершающего события в заданный срок совершенно необходим, когда установленный директивный срок оказывается меньше срока свершения завершающего события, рассчитанного по величине критического пути.

Вероятность свершения завершающего события в заданный срок можно определить по формуле:

где - значение дифференциальной функции нормального распределения вероятностей, называемой функцией Лапласа, определяют в зависимости от ее аргумента х по таблице, приведенной в приложении 1.

где - среднеквадратическое отклонение срока наступления завершающего события;

- продолжительность работы ij, лежащей на критическом пути;

n - число работ критического пути;

- среднее арифметическая для параметра.

Для величины имеются вполне определенные границы допустимого риска. При > 0.65 можно утверждать, что на работах критического пути имеются избыточные ресурсы, следовательно общая продолжительность работ может быть сокращена. При < 0.35 опасность срыва заданного срока наступления завершающего события настолько велика, что необходимо повторное планирование с перераспределением ресурсов, т.е. оптимизация сетевого графика.

Оптимизация сетевого графика в зависимости от полноты решаемых задач может быть разделена на частную и комплексную. Видами частной оптимизации являются: минимизация стоимости всего комплекса работ при заданном времени выполнения проекта, минимизация времени выполнения разработки при заданной ее стоимости. Комплексная оптимизация - это нахождение оптимума в соотношениях величин затрат и сроков выполнения проекта.

Проведением оптимизации сетевого графика стадия составления исходного плана заканчивается. Далее начинается стадия оперативного управления ходом работ, когда в службу сетевого планирования поступает с определенной периодичностью информация о фактическом ходе смоделированного процесса. Производятся перерасчеты графика и разрабатываются мероприятия по ликвидации возникших от него отклонений.

Таким образом, в целом сетевой график позволяет наиболее рационально построить план работы, установить строгую последовательность и очередность в выполнении всех необходимых операций и действий. С помощью сетевого графика можно с достаточной точностью определить сроки свершения каждого события и, следовательно, срок достижения результата - завершающего события; оптимизировать использование выделяемых ресурсов; организовать контроль, наблюдение и управление действиями ответственных исполнителей с помощью ЭВМ.

4.3 Выводы

1. Проведя расчёт параметров сетевого графика, мы видим, что при длине критического пути 111.5 дней затраты на комплекс работ составляют 18 338 рублей.

2. Проведя оптимизацию сетевого графика, исходя из минимума затрат, мы видим, что при той же длине критического пути затраты на комплекс работ составляют 18 213 рублей.

3. Проведя оптимизацию сетевого графика, исходя из минимума длины критического пути, при директивном сроке, длина критического пути составляет 103 дней, при затратах на комплекс работ 20 358 рублей.

4. Проведя комплексную оптимизацию, исходя из минимума затрат и минимума длины критического пути, при директивном сроке, видно, что длина критического пути оставляет 103 дня, при затратах на комплекс работ 20 358 рублей.

5. ОХРАНА ТРУДА

5.1 Введ ение

При проектировании ВДРП на работоспособность инженера влияет организация трудового процесса, метеорологические условия производст венной среды, шум, освещение производственного помещения, его температура и многое др у гое.

Безопасность труда обеспечивается соблюдением правил по техн ике безопасности, санитарных норм и правил. Также для обеспечения безопасности труда должны предъявляться требования к сооружениям, производственным зданиям, оборудованию. При этом необходимо обеспечивать защиту рабочих мест от воздействия опасных и вредных факторов, содержать рабочие места в строгом соответствии с санитарно-гигиеническими нормами.

В данной части дипломного проекта будут рассмотрены все вышеп е речисленные факторы, влияющие на здоровье и безопасность человека, и будут разработаны меры по предотвращению вредных и опасных факт о ров.

5.2 Анализ вредных и опасных факторов при расчёте и проектировании замкнутой системы ВДРП

Расчёт и проектирование - это работа с чертежами, с технической документацией, с расчётами, с ЭВМ. Инженеру приходится часами работать над чертежами, книгами, поэтому в помещении, где он работает должно быть освещение соответствующее санитарным нормам и правилам. Правильно спроектированное и выполненное освещение на предприятии обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависят от условий освещения.

При недостаточном освещении в помещении, где работает инженер, у работающего постепенно ухудшается зрение, а, следовательно, и его общее физическое состояние, и работоспособность.

Расчёт и проектирование замкнутой системы ВДРП осуществляется с применением персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением. Эксплуатация ПЭВМ связана с воздействием на работающего таких вредных и опасных факторов, как повышенная температура окружающей среды, недостаток естественного освещения, недостаточная освещенность рабочей зоны, электрический ток, статическое электричество, шум, повышенный уровень электромагнитного, ультрафиолетового и инфракрасного излучений.

Работа инженеров-исследователей и конструкторов связана с воздействием таких психофизических факторов, как умственное перенапряжение, напряжение зрительных и слуховых анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Воздействие указанных неблагоприятных факторов приводит к снижению работоспособности, вызванной развивающимся утомлением. Появление и развитие утомления связано с изменениями, возникающими в процессе работы в центральной нервной системе, с тормозными процессами в коре головного мозга. Так при длительной работе за видеомонитором, у человека возникает повышенная утомляемость и головная боль. Длительное нахождение человека в зоне комбинированного воздействия различных неблагоприятных факторов может привести к профессиональным заболеваниям, например, ухудшение зрения, бессонница.

После разработки технологических факторов и технической документации изготавливают экспериментальный образец и производят испытания на испытательных стендах. При этом возникает опасность возникновения пожара или поражения электрическим током.

5.3 Меры по недопущению вредных и опасных факторов

Для предотвращения вредных и опасных факторов на предприятии при строительстве производственных зданий необходимо соблюдать все требовании санитарных норм и правил. Также необходимо регулярно производить и н структаж работников предприятия по технике безопасности, надо постоянно следить за электрооборудованием и за наличием противопожа р ных средств.

Подобные документы

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 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


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


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


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


Классификация смесителей по принципу действия. Определение расчётной мощности двигателя. Описание порядка сборки и обслуживания привода. Конструктивный расчёт цепной передачи, шпоночных соединений. Рекомендации по выбору масла и смазки всех узлов привода.

курсовая работа , добавлен 27.10.2014


Расчёт энергосиловых и кинематических параметров привода. Передаточные числа по ступеням привода и частоты вращения валов. Расчёт конической передачи с круговым зубом. Проверка по контактным напряжениям. Расчёт валов, шпонок и подбор подшипников.

курсовая работа , добавлен 09.01.2014


Принцип действия привода шнекового питателя. Подбор электродвигателя, расчет цилиндрического редуктора. Алгоритм расчета клиноременной, цепной передачи. Рекомендации по выбору масла и смазки узлов привода. Сборка и обслуживание основных элементов привода.

контрольная работа , добавлен 04.11.2012


Разработка привода ленточного транспортера, состоящего из электродвигателя, клиноременной передачи и двухступенчатого цилиндрического зубчатого редуктора. Кинематический и силовой расчет привода. Форма и размеры деталей редуктора и плиты привода.

курсовая работа , добавлен 18.12.2010


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.

В представленной статье приведена разработанная линеаризованная математическая модель, описывающая динамику электрогидравлического привода ракеты-носителя. Модель состоит из передаточных функций его основных узлов. Предложено для оценивания качества функционирования электрогидравлических приводов в динамических режимах перейти от использования традиционных временных характеристик к частотным характеристикам. Проведено моделирование данной системы в среде «Matlab+Simulink», которая позволяет вводить нелинейности различного вида и описывать динамические процессы электрогидравлического привода, неподдающиеся линеаризации. Для анализа устойчивости исследуемой гидравлической системы управления при заданных значениях коэффициентов были получены логарифмические амплитудные фазовые частотные характеристики. Частотные характеристики позволяют анализировать структуры электрогидравлических систем на этапах проектирования, а также при эксплуатации существующих приводов, решать задачи синтеза путем подбора корректирующих звеньев.

электрогидравлический привод

передаточная функция

амплитудно-фазовая частотная характеристика

1. Боровин Г.К., Костюк А.В. Математическое моделирование гидравлического привода с LS-управлением шагающей машины. Препринт № 54. – М.: Институт прикладной математики. им. М.В. Келдыша РАН, 2001.

2. Дьяконов В.П. MATLAB R2006/2007/2008 + Simulink 5/6/7. Основы применения. – 2-е изд., перераб. и доп. Библиотека профессионала. – М.: СОЛОН-Пресс, 2008. – 800 с.

3. Крымов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства системы управления летательными аппаратами. – М.: Машиностроение, 1987.

4. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. – М.: Машиностроение, 1991. – 384 с.

5. Ратушняк А.И., Каргу Д.Л. Исследование путей построения и обоснование новых схемных решений систем диагностирования и контроля динамических режимов работы приводов ракетных двигателей // Современные проблемы улучшения тактико-технических характеристик ракетно-космической техники, ее создания, испытаний и эксплуатации: труды Всероссийской научно-практической конференции. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2013. – С. 115–121.

Несмотря на тенденцию широкого внедрения ЭВМ в область анализа и синтеза автоматических систем частотные методы исследования динамики проектируемых систем не утратили своего значения. Реализация их на ЭВМ дает возможность в короткий срок получить ценную информацию о проектируемой системе. По амплитудно-фазовым частотным характеристикам можно судить о таких качественных показателях, как запасы устойчивости по амплитуде и по фазе, резонансная частота и другие .

Основной задачей для экспериментального снятия частотных характеристик является математическое описание динамики автоматических систем управления в виде передаточных функций .

Широкое применение электрогидравлических приводов (ЭГП) ракет-носителей обусловлено высокой плотностью создаваемых усилий на единицу площади гидроусилителя.

В гидроприводе использованы распределители с пропорциональным управлением и гидроцилиндр.

При проектировании ЭГП оценка устойчивости, качества регулирования и коррекции динамических характеристик привода является важной задачей. Для выполнения этой задачи необходимо разработать математическую модель процессов, протекающих в приводе.

На рис. 1 приведена функциональная схема электрогидравлического привода.

В состав электрогидравлического привода ракеты-носителя входят: электромеханический преобразователь, гидроусилитель, золотник, силовой гидроцилиндр, формирователь тока управления, блок обратной связи. ЭГП является автоматической системой регулирования с отрицательной обратной связью.

Рис. 1. Функциональная схема электрогидравлического привода

При составлении линейной модели ЭГП были приняты следующие предположения и допущения: коэффициенты расходов дросселей и рабочих окон золотника являются постоянными; перетечки рабочей жидкости через радиальные зазоры золотников и гидроцилиндров пренебрежимо малы; давление нагнетания слива постоянно; величины вязкости и модуля объёмной упругости не изменяются .

Уравнение цепи управления электромагнита в электромеханическом преобразователе имеет следующий вид:

где i - ток в ЭМП; TЯ - постоянная времени вихревых токов якоря ЭМП; iК - командный ток.

Уравнение в операторной форме и передаточная функция цепи управления электромагнита примут вид

(TЯs + 1)i = iК;

(2)

Уравнение сигнала рассогласования представлено в следующем виде:

C h = K FI (i - i OC) - K C A C ΔP ТЗ, (3)

где i OC = K OC X ШТ - ток обратной связи; K OC - коэффициент обратной связи; X ШТ - перемещение штока привода; C h - сигнал управления; h - величина смещения заслонки; K FI - коэффициент передачи усилия ЭМП; K C - коэффициент, учитывающий отношение диаметра торца сопла к диаметру сопла; A C - эффективная площадь заслонки; ΔP ТЗ - перепад давления на торцах золотника.

С другой стороны, динамика изменения перепада давления на торцах золотника описывается выражением

(4)

где TГУ - постоянная времени гидроусилителя; KPh - коэффициент усиления по давлению.

После преобразования передаточная функция звена, определяющего зависимость перепада давления на торцах золотника от смещения заслонки, будет иметь вид

(5)

Уравнение движения золотника имеет вид

где X З - перемещение золотника; m З - масса золотника; A ТЗ, C ТЗ, f mp З - площадь торцов, жесткость пружин на торцах и коэффициент вязкого трения золотника.

Отсюда передаточная функция золотника будет иметь вид

(7)

где - коэффициент передаточной функции золотника; - постоянные времени золотника.

Для структурной схемы узла управления, в состав которой входят ЭМП, гидроусилитель и золотник, из выражения (3) получим

(8)

Расход рабочей жидкости через силовой гидроцилиндр представлен в следующем виде:

а уравнение движения штока с поршнем гидроцилиндра с массой mП

где X ШТ - перемещение штока; P НАГ, P СЛ - давления нагнетания и слива; P1, P2 - давления в полостях гидроцилиндра; mП, AП - масса и площадь поршня гидроцилиндра; VЦ1,2 - объемы полостей гидроцилиндра; KСЖ - коэффициент, учитывающий сжимаемость рабочей жидкости; fmpП - коэффициент вязкого трения поршня; CE - эквивалентная жесткость рулевой проводки; ΔX - рассогласование между координатой штока и координатой массы качающейся части двигателя; ПРНАГ1,2, ПРСЛ1,2 - проводимости окон золотника; причем

ПРН1 = ПРС2 = KЗ(XЗ - XЗ0) при XЗ > XЗ0;

ПРН2 = ПРС1 = KЗ(-XЗ - XЗ0) при XЗ < -XЗ0,

KЗ - коэффициент расхода; XЗ0 - перекрытие золотника.

Из-за невозможности получения аналитического решения зависимости перепада давлений в полостях гидроцилиндра P1, P2 от перемещения золотника XЗ преобразуем уравнения для расхода рабочей жидкости через силовой гидроцилиндр путем линеаризации их левых частей. В результате получим

где

- коэффициенты линеаризации; QЗ - расход через основной золотник; ΔP2 - P1 - перепад давления в полостях гидроцилиндра; VЦ0 - объем полости цилиндра при симметричном положении поршня; X30, PЦ0 - перемещение золотника и давление нагрузки в точке линеаризации.

После преобразований получим линеаризованное уравнение расхода через основной золотник в операторной форме

Из уравнения движения штока с поршнем гидроцилиндра передаточная функция давления в силовом гидроцилиндре будет иметь вид

Структурная схема электрогидравлического привода, представленная на рис. 2, состоит из передаточных функций всех элементов, входящих в него.

Структурная схема электрогидравлического привода была смоделирована в среде «Matlab + Simulink» . При этом имеется возможность ввода нелинейностей различного вида, которые позволяют описать процессы неподдающиеся линеаризации. В модели привода используются нелинейности, которые ограничивают выходную величину. Такие блоки имитируют ограничение перемещения заслонки и золотника, входящих в состав узла управления, а также ограничение перемещения штока силового гидроцилиндра.

Результаты моделирования

Важной динамической характеристикой систем автоматического управления являются частотные характеристики, достоинство которых состоит в том, что частотные характеристики позволяют просто выявлять влияние того или иного параметра на динамические свойства системы (устойчивость, переходный процесс и т.д.). Для анализа устойчивости исследуемой гидравлической системы управления при заданных значениях коэффициентов в дифференциальных уравнениях были получены логарифмические амплитудные фазовые частотные характеристики (ЛАФЧХ) разомкнутой цепи. ЛАЧХ и ЛФЧХ для электрогидравлического привода представлены на рис. 3.

Рис. 2. Структурная схема электрогидравлического привода

Рис. 3. Логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики разомкнутой цепи электрогидравлического привода

Запасы по частоте и амплитуде должны быть не менее определенных значений. Рекомендуемые запасы по амплитуде - 6-8 дБ, по фазе - 40°. Для данного электрогидравлического привода запас по амплитуде составляет 115 дБ, запас по фазе 56°, что является вполне достаточным для устойчивого функционирования привода. Проведенный анализ показывает, что данный электрогидравлический привод устойчив.

Заключение

Проектирование систем управления с помощью амплитудно-фазовых частотных характеристик дает возможность анализировать структуры и влияние параметров объекта и отдельных его частей, решать задачи синтеза регулятора путем подбора корректирующих звеньев, выполнять идентификацию по экспериментально снятым частотным характеристикам и решать другие задачи.

Библиографическая ссылка

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.

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:

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,

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:

,

где - изменение проводимости дросселирующей щели при повороте золотника на 1°.

Тогда уравнение расхода можно записать в виде:

где - входное давление, - давление в гидроцилиндре.

4. Давление в полости гидроцилиндра

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.

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:

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: 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

Таблица 1.9.2

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

Таблица 1.9.6

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

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

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

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

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

Главная » Отопление » Проектирование воздушно-динамического рулевого привода управляемой гиперзвуковой ракеты зенитного комплекса. Математические модели газовых и пневматических рулевых приводов