close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

готовый

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»
КАФЕДРА 12
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ
РУКОВОДИТЕЛЬ
доц., к.т.н.
должность, уч. степень, звание
подпись, дата
В.К.Пономарев
инициалы, фамилия
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ
ВОЗДУШНОГО СУДНА ПО УГЛУ ТАНГАЖА
по дисциплине: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
СТУДЕНТ ГР.
1821
подпись, дата
Санкт-Петербург 2012
А.Э.Джентемиров
инициалы, фамилия
Содержание
Цель работы……………………………………………………………………..3
Задание на курсовой проекта…………………………………………………..3
Проектирование рулевой машины……………………………………………..3
Проектирование силового цилиндра…………………………………………..5
Проектирование золотникового распределителя……………………………..7
Расчёт гидроусилителя сопло – заслонка…………………………………….11
Вывод……………………………………………………………………………15
2
1. Цель работы
Целью данного курсового проекта является проектирование системы стабилизации
воздушного судна по углу тангажа. Анализ проектируемой системы на устойчивость.
2. Задание на курсового проекта
Для проектирования рулевой машины задано:
Отклонение руля -30 +50 град.
Максимальная скорость отклонения руля 37 град/с.
Давление напорной магистрали pН=50∙106 Па.
Коэффициент шарнирного момента KШ = 720 Нм.
Тип воздушного судна ТТРС-тяжелый турбореактивный самолет.
3. Проектирование рулевой машины
Схема устройства электрогидравлического исполнительного устройства показана
на рисунке 1.
Обозначения на рисунке:
ЭМ – пропорциональный электромагнит.
З – заслонка.
С1, С2 – сопла.
Д1, Д2, Д3 – дроссели постоянного расхода.
СЦ – силовой цилиндр (бустер).
Uу – управляющее напряжение.
Принцип работы электро – гидравлической рулевой машины следующий:
При отсутствии управляющего напряжения схема полностью симметрична, и
шейки поршня золотника закрывают отверстия, сообщающие полости золотникового
распределителя с левой и правой полостями силового цилиндра. Жидкость в полостях
силового цилиндра оказывается запертой и в силу её несжимаемости, поршень СЦ
сохраняет своё положение независимо от величины нагрузки (силы), приложенной к
штоку СЦ. Через серьгу шток кинематически соединяется с рулевой поверхностью ЛА.
Поскольку движение поршня оказывается, пока что, невозможным при любой нагрузке, то
такую машину называют самотормозящейся.
При подаче управляющего напряжения на пропорциональный электрический
магнит, заслонка смещается относительно своего начального положения. Величина
смещения прямо пропорциональна величине управляющего напряжения. Гидравлическая
жидкость из напорной магистрали поступает по каналу во внутреннюю полость
золотникового распределителя и через дроссель Д3 – в гидроусилитель. Д3 – дроссель
постоянного расхода для уменьшения давления до уровня, который принимается в
качестве рабочего для гидроусилителя.
Через дроссели Д1 и Д2 жидкость поступает в левую и правую полости
гидроусилителя, далее эта жидкость разветвляется и одна её составляющая действует на
контр-поршень золотника, а другая через сопла С1 и С2 сливается в магистраль слива.
Когда напряжение управления нулевое, и заслонка в срединном положении,
проводимость сопел одинакова. Через Д1 и Д2 проходит одинаковое количество
жидкости, и она сливается через С1 и С2. В результате давления p3 и p4 будут одинаковы,
3
и значит, на контр поршни будут действовать равные по величине, но противоположные
по направлению силы. Поршень золотника неподвижен.
Если под действием напряжения управления заслонка перемещается, то
гидравлические проводимости сопел С1 и С2 изменяются. Для одного сопла она
увеличивается, а для другого уменьшается. Равновесие между p3 и p4 нарушается: одно из
них возрастает, а другое уменьшается. Под влиянием разности давлений на контр-поршни
золотника действует сила, которая заставляет перемещаться поршень золотника в одну
или в другую сторону. Это перемещение длится до тех пор, пока сила действующая на
золотник не будет уравновешена силой возвратных пружин. Смещение поршня золотника
пропорционально управляющему напряжению. При смещении поршня золотника
открываются отверстия, связывающие полости золотникового распределителя с
полостями силового цилиндра. При этом для оной полости открывается доступ к
питающей магистрали, а для другой – к магистрали слива. Образуется разность давлений в
полостях силового цилиндра и из-за неё начинает перемещаться поршень силового
цилиндра. Чем больше открыты отверстия в силовом цилиндре, тем большее количество
жидкости поступает в полость силового цилиндр, равно как из другой вытекает. Это
приводит к тому, что поршень силового цилиндра будет перемещаться с большей
скоростью. В итоге поршень СЦ будет перемещаться со скоростью, которая
пропорциональна входному управляющему сигналу. Значит, математически работу
электрогидравлического агрегата (рулевой машины) можно описать интегрирующим
звеном.
Рисунок 1. Рулевая машина.
4
4. Проектирование силового цилиндра
Максимальный шарнирный момент:
M H  K Ш   max .
M H  FH lP ,
lP  1015 см. ≈0.15м
M
Можно определить: FH  H .
lP
Рисунок 2. К определению параметров силового цилиндра (поворот руля силовым
цилиндром).
Вычисляется максимальное значение из всех возможных. Значение коэффициента
шарнирного момента зависит от режима полёта (скорости полёта).
Ход и скорость хода поршня силового цилиндра:
X Ц  maxl P ,
 X П max   maxl P ,
 X П max   maxl P .
Длина силового цилиндра:
LЦ   X П max   X П max  h ,
где: L – длина силового цилиндра; h – толщина поршня силового цилиндра,
заданна в пределах 10 ÷ 12 мм.
Эффективная площадь силового поршня:
S ЭФ 
FH *
.
Pп  Pсл
Pп -давление питания (50÷60) атм.
Pсл -давление слива (2÷3атм.)
η-коэф. запаса (2-3)
5
Диаметр цилиндра:
4
Dц 

2
.
S ЭФ  d Ш
Определяем диаметр штока:
Диаметр штока рассчитывается исходя из его прочности на растяжение и
устойчивости на сжатие:
Sш 
FН
;
[ ]
[ ]  150  250
Sш 

4
Г
=24.5*105Н/м2
мм2
d ш2
Отсюда диаметр штока:
dШ 
4FH
.
 [ ]
Рекомендуемые диаметры штоков (исходя из опыта их проектирования):
Диаметры сплошных штоков d Ш  1015мм.
Диаметры полых штоков d Ш  20 25мм .
Вычисление хода и скорости хода поршня:
Выбрано lP  15см  0.15м .
Толщина поршня силового цилиндра h  10мм  0.012м .
Длина силового цилиндра:
 X П max  0.15  0.87  0.1305( м) ,
 X П max  0.15  (0.57)  0.0855( м) ,
LЦ  0.1305 0.0855 0.012  0.228( м)  0.3( м) .
Максимальный момент нагрузки:
M H max  720 0.87  626(Нм) .
Максимальная сила нагрузки:
FH 
626
 4173(H ) .
0.15
Диаметр штока:
dШ 
dШ
4  4173
 0.00464( м) .
3.14  24.5 105
Выбирается диаметр штока в соответствии с рекомендованными диаметрами
 12мм  0.012м .
.
6
Эффективная площадь:
Выбрано   3 .
S Эф  3
4173
 2,15 *103 ( м 2 ) .
(60  2) 105
Диаметр цилиндра:
DЦ 
4
2,15*103  (0.012) 2  0.0242м  24.2мм  25мм .
3.14
5. Проектирование золотникового распределителя
Нужно определить:
1. Диаметр поршня и штока золотника.
2. Ход поршня золотника.
3. Параметры отверстий золотника.
4. Силы, действующие на поршень золотника.
5. Параметры золотника.
Расход жидкости:
Q  S ЭФ  l p  в .
Скорость перемещения руля будет пропорциональна расходу жидкости через
отверстия ЗР.
Максимальный расход гидравлической жидкости:
Q1  G1 pП  p1 .
Q2  G2 p2  pСЛ .
Где:
G1 ,G2
гидравлические
проводимости
окон
золотникового
гидрораспределителя. Гидравлические проводимости обоих окон принимаются равными
G
2

 SОК .
В гидравлической системе используется смесь масла и спирта в пропорции 1:1,
плотность смеси ρ =795 кг/м3.
Если принять, что жидкость несжимаемая, нет потерь, то расходы через оба окна
одинаковы QПр  QЛ  Q . Возведя значения расходов в квадрат и сложив их:
2Q2  G2 ( pП  p1  p2  pСл ) ,примем для простоты вычислений что pсл = 0;
Q
1

SО p1  р ,
Q  Vx S эфф;
Vx  X сц ;
,
Q  S эфф  l p  
7
Отсюда выразим
 
 
Q
S эффl p
;

2
S эффl p

 S ok ( x) Pп 
1
S эффl p
 Кш  
Отсюда выразим Sok
S ok 

S эффl p

1
2
Pп 
K ш
S эффl p
Т.к. Sок=bx, то при значении xmax=b можно найти b  Sok
Режим ХХ:
  K рм x
K рм 

2
S эффl p

b Pп
Рабочая площадь поршня золотникового распределителя:
SК 

4
2
(DЗ2  d ШЗ
) , вводя величину m 
m  0.5 , т.е. S К 

4
d ШЗ
, m  0.4  0.8 . Выбрано значение
DЗ
DЗ2 (1  m2 ) .
Допустимая скорость течения жидкости: V ДОП 
Qmax
, где Qmax – максимальный
SK
расход гидравлической жидкости через рабочее окно золотникового распределителя.
Тогда:

4
DЗ2 (1  m2 ) 
Qmax
, откуда:
V ДОП
4
Qmax
.
VДОП
DЗ 

(1  m2 ) 1
Рекомендуемые значения DЗ  8 12мм .
Допустимая скорость течения VДОП  10 20м / с . Выбрано VДОП  20м / с .
Максимальный расход гидравлической жидкости:
Расход гидравлической жидкости через левое окно QЛ  GЛ pП  pСЛ . Расход
гидравлической жидкости через правое окно QПр  GПр pПр  pСЛ .
Где:
гидравлические
проводимости
окон
золотникового
GПр , GЛ
гидрораспределителя; pл = p1, pПр = p2.
Гидравлические
проводимости
обоих
окон
принимаются
равными
GПр  GЛ  G  
2

 SОК .
Если принять, что жидкость несжимаемая, нет потерь, то расходы через оба окна
одинаковы QПр  QЛ  Q . Возведя значения расходов в квадрат и сложив их:
2Q 2  G 2 ( pП  pЛ  pПр  pСл ) , учитывая что pсл = 0; pПр  pЛ  p1,2  K P pН :
8
Q
1

Qmax  
SО K P pH  p1;2 ,
1
S
2K p ,
P H
 ОK
Qmax  2,15103  0,15 0,64  0,21103 м3 / с.
Диаметр поршня золотника:
0,21103
 0,009( м)  9( мм) ,

20
Диаметр штока золотника: d ШЗ  mDЗ  0.5  9  4,5( мм) .
DЗ 
4
(1  0.52 ) 1
Силы, действующие на поршень золотника:
1 Инерционные силы.
2 Силы трения (вязкого и сухого).
3 Облитерационные силы.
4 Гидродинамические силы.
5 Силы возвратных пружин.
Инерционные силы связаны с малой массой золотника, она мала. Этими силами,
обычно, пренебрегают.
Силой сухого трения пренебрегают т.к. движение поршня золотника происходит в
жидкости.
Силы вязкого трения рассматривают, когда рассматривают динамику
золотникового распределителя. Её длительность мала. Димакой золотникового
распределителя пренебрегаем, соответственно – пренебрегаем силами вязкого трения.
Облитерационные силы – силы молекулярного прилипания золотника к гильзе. Эти
силы нестабильны и практически не поддаются расчётам, их учитывают одним из
способов.
Действуют две гидродинамические силы:
1. реактивная сила струи, вытекающей из полости распределителя в магистраль слива
dmV
dm
cos V const
V cos  ,
dt
dt
Q
dm
 Q - массовый расход; V  ; Θ – направление вытекающей струи; S0 – площадь
S0
dt
открытой части регулировочного отверстия S 0  bX З .
'
FГД

'
FГД

Q2
cos  .
S0
2. сила соударения втекающей струи из опорной магистрали с элементами
конструкции
поршня
золотника
"
ГД
F
V2

S n,
2 0
где:
n
–
коэффициент
гидродинамического сопротивления, зависит от концентрации жидкости; 
скоростной напор.
"
ГД
F
Q2

n.
2S 0
Сумма гидродинамических сил FГД
Q2
n

(cos  ) .
S0
2
9
V2
2
n
(cos  )  const  0.465 .
2
Режим ХХ:
Q  K З x отсюда выразим K з 
Fгд 
K з 2 
0.465x  K гд x
b
Q
x
Жесткость возвратных пружин определяется из условия С=(5-10)Кгд
Расчет параметров:
Q  2,15 103  0,15  0,64  0,21103
Sok  3,5мм 2
b  3,5  1,87мм  2 мм
0,21103
795 0.465  39H
2 103
K гд  19.2 103
Fгд 
C  19.2 104
Далее необходимо построить семейство нагрузочных характеристик зависимости ( ) .
При условии, что x1  0.2b; x2  0.4b; x3  0.6b; x4  0.8b; x5  b.
Рисунок 3. графики нагрузочных характеристик
Графики построены в Matlabe, программа приведена в приложение 1
10
6. Расчёт гидроусилителя сопло – заслонка
В реальных конструкциях сопла – заслонки диаметр сопла dC  2  3мм . Пусть:
dC  3мм  0.003м . Диаметр сопла связан с начальным зазором между соплом и
заслонкой h0 следующим соотношением: dC  10  h0 , откуда h0  0.1 d C ; h0  0.3мм .
Площадь
дросселирующей
SО    dC  h0  0.1  dc2 .
щели
в
срединном
положении
заслонки:
Рисунок 4. Схема гидравлического усилителя сопло – заслонка.
Рисунок 5. Расчётная схема гидравлического моста.
Гидравлические проводимости для срединного и отклонённого положений
заслонки:
GC  
2

SC ,
SC 
d c2
4
,
11
GK  
2

SK ,
S K  hdC . Как правило: SC >> SK  dС >> 4h.
Следовательно, h<<0.25dC.
Два сопла и два дросселя образуют гидравлический мост. Для определения
рабочего диапазона перемещений золотника строится регулировочная характеристика
гидроусилителя. Для этого используется расчетная схема, представленная на рисунке ХХ.
Для этой схемы, проводимости:
G1  
G2  
G0  
2

dC (h0  h)  G0 (1  h ) ,
2

2

dC (h0  h)  G0 (1  h ) ,
dC h0 ;
где: h 
h
.
h0
Принимается: G3  G4  G . Расходы:
Q1  G1 p3  pСл ;
Q2  G2 p4  pСл ;
Q3  G pПГУ  p3 ;
Q4  G pПГУ  p3 ;
Q1  G0 (1  h ) p3  pСл ;
Q2  G0 (1  h ) p4  pСл ;
Когда поршень золотникового распределителя неподвижен, расход жидкости в
диагонали будет равен нулю, и, значит, расходы Q1  Q3 ; Q2  Q4 ;
G
  . Тогда:
G0
G0 (1  h ) pЗ  pСл  G pПГУ  pЗ ;
G0 (1  h ) p4  pСл  G pПГУ  p4 ;
(1  h ) p3  pСл   pПГУ  p3 ;
(1  h ) 2 ( pЗ  pСл )   2 ( pПГУ  pЗ ) .
Учитывая, что pСл  0 :
[(1  h ) 2   2 ] pЗ   2 pПГУ . Откуда:
 2 p ПГУ
p
pЗ 
; Обозначено: pЗ  З .
2
2
(1  h )  
pПГУ
2

pЗ 
;
(1  h ) 2   2
G0 (1  h ) p4  pСл  G pПГУ  p4  p4 
На поршень золотника действует p3;4
2
.
(1  h ) 2   2
 p3  p4 . Причём, каждое из фигурирующих
в формуле величин является нелинейной функцией от h . Можно записать для
окрестности точки h  0 :
pЗ
'
 h  K ГУ
h .
h h 0
'
Через K ГУ
обозначена чувствительность
pЗ 
преобразователя
статической характеристики). Этот коэффициент можно определить:
12
(крутизна
его
'
K ГУ

pЗ
h

h 0
0  2(1  h ) 2
[(1  h ) 2   2 ]2
h 0
 2 2
.
[1   2 ]2
2
.
(1   2 ) 2
 4 2
'
"
 K ГУ
h  K ГУ
h  K ГУ h 
h .
(1   2 ) 2
2
"
"

И для pЗ  K ГУ
h , K ГУ
p3;4

Чувствительность гидроусилителя зависит от α. Требуется определить значение α,
которому
соответствует
максимальная
чувствительность
гидроусилителя.
Чувствительность гидроусилителя максимальна когда,
dK ГУ
 0.
d
dK ГУ  8 (1   2 )

 0 ;  8 (1   2 )  0  1  0; 2;3  1 .
2 3
d
(1   )
  1. Максимальное значение
Из
полученных
решений
подходит
чувствительности гидроусилителя K ГУ  1. Знак «-» говорит о наклоне характеристики.
На рисунке 6 представлены графики характеристик для определения рабочей зоны
гидроусилителя.
Нужно вычислить  p34 
 p34
100% . Края рабочей зоны определяет значение
Kh
 p34  1% . Ему соответствует hmax(1%) .
Рисунок 6. Зависимость давлений от h .
13
Рисунок 7 Зависимость величины  p34 от h . Пунктиром отмечен уровень в 1%.
Графики построены в Matlabe, программа приведена в приложение 2
Рабочая зона ограничена значениями hmax  0.299 Пользуясь этой величиной
можно вычислить: p3;4 max  K ГУ hmax , p3;4 max  p3;4 max pПГУ  pПГУ 
p3;4 max
.
p3;4 max
p3;4 max  0.299.
На
обозначенном
пределе
образуется
управляющая
сила:
FУПР  p3;4 SЗ ;
'
FУПР  FПР  FГД  CПР X З  CГД X З  CПР
X З  CX З . Где: SЗ – площадь поршня золотника.
SЗ 

4
D32 

4
0.092  6.3 105 ( м2 ) . CПР – жёсткость пружин; CГД – гидравлическая
жёсткость; C – суммарная жёсткость.
FУПРmax  FПРmax  FГД max  5  FГД max  5  0.3  1.5(Н ) ,
F
1.5
Давление
питания
гидроусилителя
p3;4 max  УПРmax 
 23809( Па) .
SЗ
6,3 105
F
23809
FУПРmax  C  a  C  УПРmax ,
pПГУ 
 79630,51( Па) . С другой стороны:
a
0.299
1.5
Н
C
 1104 ( ) .
4
м
1,5 10
14
7. Выводы
Смоделирован рулевой привод. Выполнен расчёт рулевой машины: силового
цилиндра, золотникового распределителя, гидроусилителя. Получены следующие
параметры:
Длина силового цилиндра L = 0.3 м.
Диаметр силового цилиндра DП  25 мм.
Диаметр штока силового цилиндра d Ш  12 мм.
Давление питания золотникового распределителя (и солового цилиндра)
pП  60105 Па.
Диаметр поршня золотника Dз = 9 мм.
Диаметр штока золотника dшз = 4.9 мм.
Жёсткость возвратной пружины в золотниковом распределителе: CПр = 40.7 Н/м.
15
Приложение 1
Программа в Matlabe:
del=[-30/57.3:0.001:50/57.3]
Pp=60*10^5;
ro=795;
m=0.75;
lp=0.15;
Sef=2.15*10^-3;
K=720;
b=0.002;
x1=0.2*b;
x2=0.4*b;
x3=0.6*b;
x4=0.8*b;
x5=b;
ddel1=(m/Sef*lp)*(sqrt(2/ro))*b*x1*(sqrt(Pp-(1/Sef*lp)*(K.*del)))
ddel2=(m/Sef*lp)*(sqrt(2/ro))*b*x2*(sqrt(Pp-(1/Sef*lp)*(K.*del)))
ddel3=(m/Sef*lp)*(sqrt(2/ro))*b*x3*(sqrt(Pp-(1/Sef*lp)*(K.*del)))
ddel4=(m/Sef*lp)*(sqrt(2/ro))*b*x4*(sqrt(Pp-(1/Sef*lp)*(K.*del)))
ddel5=(m/Sef*lp)*(sqrt(2/ro))*b*x5*(sqrt(Pp-(1/Sef*lp)*(K.*del)))
plot(del,ddel1)
hold on;
plot(del,ddel2)
%hold on;
plot(del,ddel3)
%hold on;
plot(del,ddel4)
%hold on;
plot(del,ddel5)
grid on;
16
Приложение 2
dh=[-1:0.001:1];
Kgu=-1;
Pi=Kgu*dh;
Pl=1./((1+dh).^2+1);
Pp=-1./((1-dh).^2+1);
Plp=Pl+Pp;
plot(dh,Pi,'r--')
hold on;
plot(dh,Pl)
hold on;
plot(dh,Pp)
plot(dh,Plp)
grid on;
figure;
sP=Plp./(-Pi)*100;
plot(dh,sP)
hold on;
grid on;
x=[-1 1];
y=[-99 -99]
plot(x,y,'r--')
17
Документ
Категория
Транспорт
Просмотров
27
Размер файла
1 082 Кб
Теги
готовый
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа