Расчет и проектирование следящего электрогидравлического привода с дроссельным регулированием

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана

Факультет «Энергомашиностроение»

Кафедра «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика»

Курсовой проект

по дисциплине

«Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем»

«Расчет и проектирование следящего электрогидравлического привода

с дроссельным регулированием»

Выполнил:

Чернышев И.А.

группа Э10-102

Научный руководитель:

Кулаков Д.Б.

Москва 2014

Исходные данные

№ п/п							Раб. ж.
-	cм/c	кН	мм	кг	МПа	МПа	-	кг/м3
-	19	10,4	308	200	25	0,5	АМГ-10	850

1. Расчет гидроцилиндра

Для соединения привода с управляемым объектом конец штока гидроцилиндра обычно должен иметь резьбу, внутренний диаметр которой можно силы полного торможения выходного звена, воспользовавшись соотношением

,

где ; - предел прочности стали, из которой будет изготовлен шток (для стали 30ХГСА МПа), - коэффициент упрочнения, .

.

По ГОСТ 8724-81 мм, мм (наружный диаметр резьбы).

Диаметр штока назначают на 0,1…0,2 мм больше наружного диаметра резьбы так, чтобы полученный размер в миллиметрах был целым числом, округляя полученное значение до ближайшего большего из ряда, установленного ГОСТ 12447-80:

мм.

Внутренний диаметр гидроцилиндра вычисляют по условию обеспечения силы полного торможения:

мм.

Принимаем мм.

Проверка продольной устойчивости гидроцилиндра при полностью выдвинутом штоке. Критическая сила может быть приближенно определена по формуле Эйлера:

,

где - модуль упругости стали, из которой изготовлен шток (для стали 30ХГСА МПа), - момент инерции сечения штока (для круглого сечения мм²), - коэффициент привидения длины (для шарнирно закрепленного стержня ). - суммарная длина гидроцилиндра и полностью выдвинутого штока.

- длина поршня, выбирается так, чтобы на поршне можно было разместить уплотнения.

В конструкции данного гидроцилиндра будем использовать резино-фторопластовые уплотнения

	28	0,25	1,55	4,5	0,2	3,25
	12	0,15	0,95	2,5	0,1	1,65

мм.

мм.

кН.

Коэффициент запаса штока гидроцилиндра на продольную устойчивость:

,

условие устойчивости выполняется.

2. Расчет золотника

Расход, соответствующий скорости холостого хода, равен:

Во время холостого хода исполнительного двигателя (при отсутствии нагрузки) перепад давления при течении жидкости через окна, открытые одной кромкой золотника, составляет:

,

поэтому

,

где - удельная проводимость золотника;

- коэффициент расхода, принимаем ;

- диаметр золотника;

- коэффициент полноты использования периметра втулки окнами распределителя, принимаем ;

- плотность рабочей жидкости, для масла АМГ-10 кг/м³;

- максимальное смещение золотника, принимаем ;

принимаем мм.

Ширину окна найдем из соотношения:

мм.

Принимаем мм. Тогда .

.

Максимальное смещение золотника:

мм.

На смещенный от нейтрального положения золотник при течении жидкости через окна, открытые его кромками, действуют гидродинамические силы, которые приближенно приводят к усилию «гидродинамической пружины» с жесткостью:

,

где - угол, образованный вектором скорости течения жидкости и осью золотника (в случае прямоугольных кромок золотника и окон ).

Максимальное значение усилия, вызванное действием на золотник гидродинамических сил, составляет:

Н.

3. Расчет гидравлического моста сопротивлений

Гидравлический мост сопротивлений образует первую ступень усиления сигналов, поступающих в обмотки управления ЭМП. При расчете гидравлического моста сопротивлений находят: диаметр сопла, зазор между соплом и заслонкой, диаметр отверстия в нерегулируемом дросселе. Эти размеры можно принять выбрав предварительно следующие параметры ЭГУ:

а) безразмерный коэффициент передачи первой ступени усиления

гидроцилиндр шток мост гидравлический

;

б) постоянную времени гидроусилителя

;

в) непроизводительный расход утечки жидкости через сопло при нейтральном положении заслонки

.

Здесь ; ; ; ; ;

- разность давлений в полостях управления положением золотника; - давление питания первой ступени усиления ЭГУ (в рассматриваемой схеме ); - давление в сливной полости после сопла-заслонки; - смещение заслонки от нейтрального положения; - проводимость сопла-заслонки; - проводимость нерегулируемого дросселя гидравлического моста при управлении золотником; - максимальный расход жидкости в диагонали моста при управлении золотником - коэффициент допустимой утечки.

Начальные условия: , .

Значение должно быть ограничено по условию безкавитационного истечения жидкости из сопла, прикрытого заслонкой; если не создавать подпор в сливной полости гидравлического моста, необходимо, чтобы

.

При МПа имеем , .

Принимаем , тогда

.

Диаметр сопла

,

где - коэффициент расхода сопла-заслонки, принимаем ; принимаем .

мм.

Максимальное безразмерное отношение заслонки от нейтрального положения можно приближенно определить по соотношению

.

Постоянную времени определяем из соотношения

.

Принимаем , тогда

.

.

мм

Необходимо убедиться, что при в полостях управления золотником создается разность давлений, при которой сдвигающая золотник сила будет больше силы .

Для этого можно применить уравнение силовой характеристики первой ступени ЭГУ. В безразмерных переменных оно имеет вид:

.

, .

.

Н.

.

.

Коэффициент проводимости нерегулируемого дросселя гидравлического моста:

,

где - коэффициент расхода дросселя принимаем ; - площадь дросселя.

.

Во избежание засорения дросселя следует увеличить площадь проходного сечения дросселя, установив 6 дросселей последовательно. Перепад давлений на каждом дросселе примем в 6 раз меньше и рассчитаем диаметр дросселирующей щели:

4. Расчет упругой трубки и механической обратной связи ЭГУ

Необходимо определить размеры упругой трубки и стержня обратной связи, обеспечивающие при заданном токе управления полученное выше максимальное смещение золотника . Сначала необходимо найти соответствующий значению угол отклонения якоря ЭМП вместе с заслонкой. Этот угол является малым, что позволяет воспользоваться приближенным соотношением

,

где - расстояние между осью сопел и центром вращения заслонки, который можно считать расположенным посередине упругой трубки. Значения у современных ЭГУ с силовой механической обратной связью находятся в пределах от 18 до 24 мм. Предварительно выбираем мм. Тогда

.

Моментная характеристика ЭМП

По графику для тока мА находим разность:

.

Эта разность должна удовлетворять уравнению равновесия якоря с заслонкой

,

где - момент, изгибающий упругую трубку; - момент гидродинамический, вызванный воздействием потока жидкости на заслонку; - момент силы, изгибающей стержень силовой обратной связи при смещении золотника от нейтрального положения.

, .

Силы и имеют следующие значения:

, ,

где , принимаем ; - площадь проходного сечения сопла; - разность давлений в полостях управления золотником. Предварительно выбираем мм.

В первом приближении принимаем:

.

Тогда .

Н.

Н•м.

Найдем из уравнения:

мм.

.

По графику для тока мА находим разность:

.

Н•м.

Н/м.

Из условия принимаем мм.

.

Тогда мм.

Принимаем мм.

м².

5. Расчет статических характеристик привода

Расчет статической характеристики ЭГУ

При расчете выделим 6 точек , находящихся в диапазоне от 0 до . Для каждого из них по соотношению:

,

сначала вычисляется отклонение заслонки, затем находится безразмерная величина

,

по которой вычисляется значение с помощью формулы:

- значение разности давлений в полостях управления золотником, которые должны быть при выбранном угле отклонения заслонки от нейтрального положения. Это значение установится в полостях управления золотником, если последний сместится на величину , удовлетворяющую уравнению

,

Из этого уравнения находим .

Чтобы определить ток управления, при котором смещение золотника от нейтрального положения составляет , воспользуемся уравнением

,

где , .

Тогда .

Зная и по моментной характеристике ЭМП находим значение .



Статическая характеристика ЭГУ

Расчет расходно-перепадной характеристики привода

Координаты точек расходно-перепадной характеристики привода определяются уравнением

,

при применении которого предварительно выбирается несколько фиксированных значений . Кроме на характеристике указывают также соответствующий выбранным перемещениям золотника ток управления.



Расходно-перепадная характеристика привода

6. Расчет динамических характеристик привода

Структурная схема электрогидравлического следящего привода с дроссельным регулированием

На схеме показаны два замкнутых контура - основной 1 и контур 2, соответствующий ЭГУ. Все звенья, входящие в эти контуры являются типовыми, постоянные времени и коэффициенты передачи большинства из которых могут быть вычислены по следующим формулам:

, при , , мА, получим Н•м/А.

, при , рад, мА, получим Н•м/рад.

Коэффициенты, входящие в состав обратной связи для ЭГУ:

.

рад/Па.

рад/Па.

м^-1.

Па/м.

Коэффициент пропорциональности для контура ЭГУ:

рад/А.

рад/А.

Коэффициент обратной связи ЭГУ:

м^-1.

м²/с.

Коэффициент усиления апериодического звена ЭГУ

м/рад.

Постоянная времени гидроусилителя:

с.

Принимаем Гц, рад/с.

Постоянная времени якоря ЭМП

с.

с.

Коэффициент относительного демпфирования якоря ЭМП:

Принимаем , тогда:

.

Проводимость окон золотника:

.

м²/с.

Постоянная времени гидропривода:

с.

Объем одной полости гидроцилиндра:

м².

Объемный модуль упругости рабочей жидкости:

Па.

Жесткость упругой опоры гидроцилиндра:

Па.

Приведенный модуль упругости гидроцилиндра без учета объема гидролиний:

Па.

Приведенная жесткость нагруженного гидроцилиндра при абсолютно жесткой связи:

Н/м.

Постоянная времени гидроцилиндра:

с.

Активное сопротивление обмотки управления:

Ом.

Индуктивность обмотки управления:

Гн.

Постоянная времени усилителя (входным сопротивлением пренебрегаем):

с.

Коэффициент передачи:

1/Ом.

рад/В.

Коэффициент потенциометрической обратной связи:

Принимаем В, тогда при , В/м.

Расчет переходного процесса ЭГУ

Структурная схема ЭГУ

.

.

; ; .

; .

.

ЛАХ и ЛФХ разомкнутого контура ЭГУ

.

.

Переходный процесс ЭГУ при подаче тока управления мА.



Анализ динамических характеристик привода

Структурная схема привода

.

(находим такое значение, чтобы получить дБ).

; .

; ; .

; .

.

. ; k=5.7

; ; .

.

ЛАХ и ЛФХ разомкнутого контура гидропривода

Для построения переходного процесса, включаем в структурную схему ЭГУ нелинейность - ограничение хода золотника:

Переходный процесс в гидроприводе при В.

Переходный процесс в гидроприводе при В.

ЛАХ и ЛФХ замкнутого контура гидропривода

Размещено на Allbest.ru

...