Курсовая работа: Проектирование гидросистем
где 
– приведенная
жесткость нагруженного гидроцилиндра
, (27)
где 
– приведенный
модуль упругости гидроцилиндра
Механическая постоянная времени гидроцилиндра:
.
Постоянная времени демпфирования гидроцилиндра:
.
Коэффициент относительного демпфирования гидроцилиндра:
– объем полости гидроцилиндра при
среднем положении поршня, здесь 
м - ход поршня,
м3 – объем подводящего
трубопровода гидролинии и мертвого объема гидроцилиндра,
[МПа] – модуль объемной упругости
рабочей жидкости.
–масса подвижных частей управляемого
объекта, приведенная к штоку привода:
кг, где
Н м с2 – момент инерции
управляемого объекта относительно оси вращения,
м – плечо управляемого объекта,
Н с/м
– жесткость крепления гидроцилиндра.
Н/м – жесткость опоры гидроцилиндра,
Н/м – жесткость связи штока с
управляемыми органами объекта,
Н/м – “жесткость” позиционной
нагрузки.
(28)
Н/м
Значения исходных величин при численных испытаниях ЭГСП первого типа представлены в табл.1.
Значения параметров ЭГСП первого типа
Таблица 1
| Исходная величина | обозн. | значение | размерн. |
| Диаметр штока |
|
0,012 | м |
| Диаметр поршня гидроцилиндра |
|
0,037 | м |
| Площадь поршня гидроцилиндра |
|
9,64×10-4 |
м2 |
| Модуль зубчатых колес насоса: |
|
0,001 | м |
| Число зубьев зубчатых колес насоса |
|
15 | |
| Ширина зубчатых колес насоса |
|
0,0055 | м |
| Удельная производительность насоса |
|
5,18×10-7 |
м3/об |
| Начальное открытие золотника |
|
0,00036 | м |
| Радиус отверстий в золотнике |
|
0,00175 | м |
| Число отверстий во втулке золотника |
|
4 | |
|
Давление настройки предохранительных клапанов: |
|
4×106 |
Па |
| Сопротивление обмоток ЭМП |
|
200 | Ом |
| Индуктивность обмоток ЭМП |
|
2,5 | Гн |
| Постоянная времени и коэффициент передачи электрической цепи ЭМП |
|
0,0125 | с |
|
|
0,005 | А/В | |
| Постоянные времени и коэффициенты механической части ЭМП |
|
1000 | мм/А |
|
|
0,004 | c | |
|
|
0,133 | ||
|
|
1,5×10-5 |
м/рад | |
| Коэффициенты линеаризованной расходно-перепадной характеристики (рис. 3) |
|
0,292 |
м2/с |
|
|
6,44×10-10 |
м5/с×Н |
|
| Объем полости гидроцилиндра при среднем положении поршня |
|
1,64×10-5 |
м3 |
| Модуль объемной упругости рабочей жидкости |
|
1250 | МПа |
| Объем подводящего трубопровода и мертвый объем гидроцилиндра |
|
5×10-6 |
м3 |
| Гидравлическая постоянная времени привода |
|
0,00331 | с |
| Механическая постоянная времени и коэффициент демпфирования гидроцилиндра |
|
0,0114 | с |
|
|
0,36 | ||
|
|
0,0158 | с |
3.3 Результаты математического моделирования и оптимального проектирования двух типов автономных электрогидравлических следящих приводов
Фрагмет результатов расчета ЭГСП первого типа представлен в таблице 2 и на рис. 4. (На рисунке по оси абсцисс отложен характеризующий динамическую ошибку и продолжительность переходного процесса функционал, по оси ординат - электрическая мощность, потребляемая электродвигателем в отсутствие управляющего сигнала на обмотках ЭМП.)
Последовательность вычисления пробных точек состояла из тех же этапов, что при вычислении пробных точек для ЭГСП первого типа.
Варьируемыми параметрами для ЭГСП второго типа являются:
- Давление настройки
предохранительного клапана - 
Пределы изменения давления
40 ≤ 
≤ 80 МПа;
- Коэффициент подачи
насоса (определяет, изменение подачи насоса) 
. Пределы изменения
коэффициента 0,8 ≤ 
≤ 0,9.
- Коэффициент давления
(определяет какое давление будет в отсутствие командного сигнала на ЭМП) - 
.
Пределы изменения коэффициента 0,3 ≤ 
≤ 0,9.
Сила торможения штока
гидроцилиндра, параметры 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
и
другие параметры определяются по тем же зависимостям, как и для ЭГСП первого типа
за исключением следующих.
Площадь дроссельного окна
связана с перемещением золотника соотношением:
, где 
- ширина дроссельного
окна.
Ом - сопротивление обмоток ЭМП,
Гн – индуктивность обмоток якоря
ЭМП,
c
Фрагмент результатов расчета приведены в таблице 3 и на рис. 5. По оси абсцисс отложен характеризующий динамическую ошибку и продолжительность переходного процесса функционал, по оси ординат - электрическая мощность, потребляемая электродвигателем в отсутствие управляющего сигнала на обмотках ЭМП.
Для каждого из двух типов ЭГСП были рассчитаны 256 вариантов пробных точек. Каждая точка проверялась на соответствие исходным техническим заданием. В таблицу попали только те точки, которые удовлетворяют всем требованиям задания. Для ЭГСП первого типа прошло 174 варианта, второго – 137. Как видно из рис. 4 (точка выделена жирным цветом) предварительный вариант имеет неплохие показатели качества (хорошее качество переходного процесса и ток потребления в отсутствие управляющего сигнала). ЭГСП второго типа имеет несколько меньшую потребляемую мощность, поскольку в схеме применен двух- , а не трехшестеренный насос. Схемы первого и второго типа имеют сходные показатели качества переходного процесса
В результате проведенных расчетов двух типов ЭГСП с различными принципиальными схемами получены наиболее близкие к оптимальным значения параметров для каждого проектного варианта. Альтернативным по отношению к ЭГСП первого типа (с золотниковыми плунжерами) может рассматриваться ЭГСП второго типа (с плоским золотником) несмотря на то, что для него требуется больший ток управления ЭМП. Этот недостаток отразится на массо-габаритных показателях, если кроме механических узлов, они учитывают массы и габариты электронных блоков. Однако, по потребляемой электрической мощности в отсутствие командного сигнала ЭГСП второго типа является более экономичным. По качеству переходного процесса ЭГСП первого типа обладает несколько большим быстродействием. Рассмотренная на примере двух типов ЭГСП методика проектирования может быть распространена на другие типы гидроприводов.
Фрагмент результатов численных испытаний ЭГСП первого типа. Таблица 2
|
№ вар |
Вт |
105 |
МПа |
|
|
мм |
мм |
мм |
с |
с |
|
| 1 | 149 | 4,03 | 6,00 | 0,300 | 1,30 | 3,2 | 30 | 14,1 | 0,0325 | 0,0159 | 0,373 |
| 3 | 177 | 4,02 | 5,00 | 0,400 | 1,40 | 4,0 | 32 | 15,9 | 0,0347 | 0,0159 | 0,350 |
| 5 | 200 | 4,03 | 4,50 | 0,350 | 1,25 | 5,0 | 35 | 18,8 | 0,0417 | 0,0158 | 0,345 |
| 6 | 129 | 3,80 | 5,50 | 0,250 | 1,35 | 3,2 | 30 | 15,9 | 0,0355 | 0,0159 | 0,409 |
| 7 | 162 | 6,67 | 7,50 | 0,450 | 1,15 | 2,0 | 26 | 7,6 | 0,0217 | 0,0161 | 0,336 |
| 9 | 168 | 4,33 | 5,75 | 0,325 | 1,18 | 3,2 | 30 | 12,9 | 0,0305 | 0,0159 | 0,355 |
| 10 | 124 | 4,00 | 4,75 | 0,225 | 1,48 | 4,0 | 32 | 21,0 | 0,0427 | 0,0159 | 0,445 |
| 11 | 231 | 4,14 | 6,75 | 0,425 | 1,27 | 3,2 | 28 | 10,2 | 0,0224 | 0,0160 | 0,345 |
| 12 | 137 | 3,89 | 5,25 | 0,175 | 1,23 | 4,0 | 32 | 19,3 | 0,0400 | 0,0159 | 0,413 |
| 13 | 202 | 4,10 | 7,25 | 0,375 | 1,42 | 3,2 | 28 | 11,3 | 0,0238 | 0,0160 | 0,363 |
| 14 | 105 | 7,79 | 6,25 | 0,275 | 1,13 | 2,0 | 28 | 11,3 | 0,0346 | 0,0160 | 0,374 |
| 15 | 214 | 4,11 | 4,25 | 0,475 | 1,33 | 5,0 | 35 | 17,9 | 0,0395 | 0,0158 | 0,335 |
| 16 | 102 | 3,99 | 6,13 | 0,113 | 1,26 | 3,2 | 30 | 19,8 | 0,0425 | 0,0159 | 0,486 |
| 17 | 153 | 3,94 | 4,13 | 0,313 | 1,46 | 5,0 | 35 | 22,7 | 0,0464 | 0,0158 | 0,393 |
| 18 | 116 | 4,91 | 5,13 | 0,213 | 1,16 | 3,2 | 32 | 17,4 | 0,0443 | 0,0159 | 0,385 |
| 19 | 217 | 4,10 | 7,13 | 0,412 | 1,36 | 3,2 | 28 | 10,7 | 0,0231 | 0,0160 | 0,353 |
| 20 | 118 | 4,10 | 4,63 | 0,163 | 1,31 | 4,0 | 32 | 22,0 | 0,0443 | 0,0159 | 0,465 |
| 21 | 121 | 8,55 | 6,63 | 0,363 | 1,11 | 2,0 | 28 | 9,8 | 0,0311 | 0,0160 | 0,343 |
| 22 | 107 | 4,82 | 7,63 | 0,263 | 1,41 | 2,0 | 26 | 11,0 | 0,0283 | 0,0161 | 0,424 |
| 23 | 197 | 4,82 | 5,63 | 0,463 | 1,21 | 3,2 | 30 | 11,5 | 0,0284 | 0,0159 | 0,329 |
| 25 | 136 | 5,83 | 7,88 | 0,338 | 1,24 | 2,0 | 26 | 8,8 | 0,0240 | 0,0161 | 0,354 |
| 27 | 158 | 5,99 | 4,88 | 0,438 | 1,14 | 3,2 | 32 | 13,5 | 0,0366 | 0,0159 | 0,323 |
| 28 | 170 | 4,15 | 7,38 | 0,188 | 1,19 | 3,2 | 28 | 12,7 | 0,0256 | 0,0160 | 0,396 |
| 30 | 172 | 3,94 | 4,38 | 0,287 | 1,29 | 5,0 | 35 | 20,8 | 0,0435 | 0,0158 | 0,370 |
| 31 | 204 | 4,10 | 6,38 | 0,488 | 1,49 | 3,2 | 28 | 11,2 | 0,0236 | 0,0160 | 0,361 |
| 33 | 170 | 3,91 | 5,19 | 0,306 | 1,28 | 4,0 | 32 | 16,4 | 0,0357 | 0,0159 | 0,368 |
| 35 | 231 | 4,15 | 6,19 | 0,406 | 1,18 | 3,2 | 28 | 10,1 | 0,0222 | 0,0160 | 0,344 |
| 36 | 122 | 3,78 | 5,69 | 0,156 | 1,13 | 3,2 | 30 | 16,6 | 0,0369 | 0,0159 | 0,422 |
| 37 | 128 | 5,67 | 7,69 | 0,356 | 1,33 | 2,0 | 26 | 9,3 | 0,0252 | 0,0161 | 0,376 |
| 39 | 177 | 4,02 | 4,69 | 0,456 | 1,43 | 4,0 | 32 | 15,9 | 0,0347 | 0,0159 | 0,351 |
| 40 | 119 | 4,06 | 4,94 | 0,131 | 1,21 | 4,0 | 32 | 21,8 | 0,0439 | 0,0159 | 0,457 |
| 42 | 126 | 6,09 | 7,94 | 0,231 | 1,11 | 2,0 | 26 | 9,4 | 0,0262 | 0,0161 | 0,379 |
| 43 | 177 | 4,58 | 5,94 | 0,431 | 1,31 | 3,2 | 30 | 12,4 | 0,0300 | 0,0159 | 0,345 |
| 45 | 160 | 5,46 | 4,44 | 0,381 | 1,16 | 4,0 | 35 | 17,1 | 0,0449 | 0,0158 | 0,329 |
| 47 | 153 | 6,57 | 7,44 | 0,481 | 1,26 | 2,0 | 26 | 8,0 | 0,0227 | 0,0161 | 0,344 |
| 49 | 115 | 8,28 | 7,06 | 0,319 | 1,14 | 2,0 | 28 | 10,3 | 0,0323 | 0,0160 | 0,351 |
| 51 | 208 | 4,09 | 4,06 | 0,419 | 1,24 | 5,0 | 35 | 18,1 | 0,0400 | 0,0158 | 0,337 |
| 52 | 97 | 4,44 | 7,56 | 0,169 | 1,29 | 2,0 | 26 | 12,2 | 0,0307 | 0,0161 | 0,461 |
