Проектирование электрогидравлической рулевой машины

Конструктивная схема типового электрогидравлического рулевого привода с указанием его основных параметров. Осуществление вывода аналитических выражений для расчёта сил, действующих на поршень золотникового распределителя. Анализ полученных результатов.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.04.2019
Размер файла 745,4 K

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

"САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ"

Кафедра №13

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Проектирование электрогидравлической рулевой машины"

по дисциплине "Системы управления летательными аппаратами"

работу выполнил студент

Ефремов Е.К.

доцент, к. т. наук, доцент

В.К. Пономарев

Санкт-Петербург 2018

Содержание

  • Исходные данные для расчета
  • Реферат
  • Введение
  • 1. Проектирование силового цилиндра
  • 1.1 Расчёт длины силового цилиндра
  • 1.2 Расчет диаметра штока силового цилиндра
  • 1.3 Расчёт диаметра поршня силового цилиндра
  • 2. Проектирование золотникового распределителя
  • 2.1 Расчет максимального расхода жидкости
  • 2.2 Расчёт диаметра поршня золотникового распределителя
  • 2.3 Назначение перекрытия и радиального зазора
  • 3. Порядок проектирования гидроусилителя
  • Заключение
  • Список использованных источников

Перечень принятых сокращений

ЗР - золотниковый распределитель

КПД - коэффициент полезного действия

ЛА - летальный аппарат

РМ - рулевая машина

РП - рулевой привод

СЦ - силовой цилиндр

Исходные данные для расчета

;

максимальная угловая скорость поворота рулей ;

давление в напорной магистрали ;

коэффициент шарнирного момента = ;

плотность рабочей жидкости ;

значение плеча силовой проводки от штока СЦ к рулям.

Реферат

Объем пояснительной записки: ___ страницы, 6 иллюстраций, 4 использованных источника.

Ключевые слова: электрогидравлический рулевой привод, золотниковый гидрораспределитель, поршень золотникового распределителя, силовой цилиндр, гидроусилитель.

В данной работе рассматриваются вопросы проектирования электрогидравлических рулевых приводов, расчёта их основных конструктивных параметров, вывода аналитических выражений для построения их расходных и регулировочных характеристик при различных формах перекрываемых отверстий (дросселей) золотникового гидрораспределителя; приводится конструктивная схема типового электрогидравлического рулевого привода с указанием его основных параметров; осуществляется вывод аналитических выражений для расчёта сил, действующих на поршень золотникового распределителя; проводится анализ полученных результатов.

Введение

Электрогидравлические рулевые приводы, расчётная схема которых представлена на рисунке 1, получили широкое применение в системах управления различных типов ЛА. С их помощью можно уменьшить усилия на ручке управления пилота, улучшить управляемость и манёвренные свойства самолёта, увеличить устойчивость в режиме стабилизации, осуществить комбинированное управление от штурвала и автопилота и улучшить противофлаттерные свойства рулевых систем. Также, помимо систем управления, электрогидравлические рулевые приводы применяются в механизмах поворота крыла или двигателя на самолётах с вертикальным взлётом, для уборки и выпуска шасси и тормозных щитков, изменения формы и геометрии крыла, управления двигателями и воздушными винтами, реверса тяги двигателей, в качестве привода для топливных насосов и других целях.

К основным преимуществам электрогидравлических РП относятся:

- малые габариты и вес, приходящиеся на единицу мощности;

- высокий показатель по отношению вращающегося момента гидравлического мотора к его инерции (благодаря этому РП отличается высоким быстродействием);

- высокая приемистость и малое запаздывание отработки командных сигналов;

- возможность непрерывного, бесступенчатого регулирования выходной скорости и осуществления высокой степени её редукции;

- плавность, равномерность и устойчивость движения;

- сравнительно большой срок службы и высокий КПД;

- простота изготовления и высокие коммутационные качества.

С учётом всего вышесказанного к РМ, к применяемым на борту современных ЛА, предъявляются следующие основные требования:

- усилия, развиваемые РМ, должны быть достаточными для преодоления шарнирных и других нагрузочных моментов;

- РМ должна обеспечивать перемещения руля с необходимой установившейся скоростью и на необходимые углы;

- быстродействие или полоса пропускания частот рулевой машины должны быть максимальными;

- РМ должны иметь хорошие массогабаритные характеристики и работать в особых климатических условиях.

Рисунок 1 - Расчетная схема гидравлической рулевой машины

Электрогидравлическая рулевая машина имеет четыре основных модуля: пропорциональный электромагнит ПЭМ, гидроусилитель "сопло-заслонка" ГУС-З, золотниковый распределитель ЗУ и силовой цилиндр СЦ. Пропорциональный электромагнит перемещает заслонку З пропорционально подаваемому на его вход напряжению. Заслонка правой и левой стороной перекрывает сопла, создавая определённое сопротивление жидкости, вытекающей из сопелG3 и G4. Через сопла G1 и G2 устанавливается постоянный расход жидкости в правой и левой магистрали гидроусилителя. Дроссель постоянного расхода G5 уменьшает давление напорной магистрали до рабочего значения. Если на входе ПЭМ сигнал отсутствует, то с помощью пружин, входящих в состав этого устройства, заслонка удерживается в среднем положении. Сопротивление сливу жидкости левого и правого сопел будет одинаково. Поскольку через дроссель G1 и G2 поступает одинаковое количество жидкости, и она сливается через сопла G3 и G4, давление P3 и P4 будут одинаковы, значит, будут одинаковы и силы, действующие на поршень золотника слева и справа. Пружины при этом центрируют поршень золотника и в этом состоянии. В шейке поршня золотника полностью перекрывают каналы доступа жидкости в левую и правую полости силового цилиндра. Таким образом, жидкость в левой и правой полостях СЦ оказывается запертой и если считать, что она несжимаема, движение поршня П под влиянием силы, приложенной к штоку Ш со стороны руля, оказывается невозможным.

Особенность машины - поршень и руль удерживаются в том положении, в котором они оказались после действий управляющих сигналов. Такие машины называются самозапирающимися. Их преимущество в том, что энергия для удержания руля в любом положении не требуется.

При подаче сигнала на ПЭМ заслонка перемещается, открывая дополнительную щель между соплами, а у другого сопла эта щель наоборот уменьшается. В связи с этим гидравлическое сопротивление одного из сопел увеличивается, а другого уменьшается. Если гидравлическое сопротивление уменьшается, это вызывает падение давления соответствующего канала гидроусилителя, в противоположном канале давление будет увеличиваться. В итоге давления Р3 и Р4 оказываются разными и силы, действующие на контур поршня тоже оказываются разными. Под влиянием разности сил поршень золотника начинает перемещаться в одну или другую сторону. И это будет продолжаться до тех пор, пока разность гидравлических сил не уравновесит поршень.

При движении поршня влево открывается доступ жидкости из напорной магистрали в левую полость силового цилиндра. При этом одновременно правая полость оказывается связанной с магистралью слива. Давление жидкости из напорной магистрали начинает двигать поршень вправо, лишняя жидкость из правой полости силового цилиндра уходит в магистраль слива. Чем больше перемещение поршня золотника, тем больше открывается отверстие в золотниковом распределителе, и больше жидкости поступает в левую полость. При этом поршень силового цилиндра увеличит свою скорость движения. Таким образом, в зависимости от величины сигнала подаваемого на ПЭМ будет зависеть скорость перемещения поршня. Электрогидравлическая машина управляет не углом, а скоростью перемещения руля.

электрогидравлическая рулевая машина поршень золотниковый распределитель

1. Проектирование силового цилиндра

1.1 Расчёт длины силового цилиндра

Длина СЦ , м, электрогидравлической рулевой машины складывается из величины максимального хода поршня СЦ как в одну, так и в другую сторону от его нейтрального (нулевого) положения и толщины самого поршня и, в соответствии с этим, может быть рассчитана по формуле

, (1)

где

и - максимальное смещение поршня СЦ от исходного положения в одну и в другую стороны соответственно, м; h - толщина поршня СЦ, м, величина которой, исходя из накопленного опыта конструирования подобных механизмов, задаётся в пределах h = 8ч10 мм.

В свою очередь величина максимального хода поршня СЦ, м, как в одну, так и в другую сторону вычисляется по формулам

; , (2)

где и - максимальные углы поворота руля, рад; - приведённое значение плеча силовой проводки от штока СЦ к рулям, м.

Таким образом, имея длина плеча силовой проводки , а так же задавшись из заданного диапазона толщиной поршня СЦ h=10 мм, получаем:

согласно формуле (2)

;

согласно формуле (1)

.

Таким образом, длина проектируемого СЦ будет составлять см.

1.2 Расчет диаметра штока силового цилиндра

Диаметр штока СЦ , м, может быть рассчитан по формуле

, (3)

где - максимальная нагрузка, преодолеваемая поршнем СЦ; - предел прочности материала штока, .

В свою очередь максимальная величина основного усилия , Н, которое должна преодолевать РМ, - это шарнирный момент руля, - вычисляется по формуле

, (4)

где = - максимальное значение момента нагрузки, Н•м.

Величина шарнирного момента , Н•м, с учётом наличия кинематической передачи может быть рассчитана по формуле

, (5)

где - коэффициент шарнирного момента, ; - максимально возможное отклонение руля, рад.

Таким образом полагая, что шток будет выполнен из стали, для которой = 140, получаем: согласно формуле (5)

;

согласно формуле (4)

;

согласно формуле (3)

Диаметр штока, рассчитанный по формуле (3), получается очень малым, поэтому, исходя из условий устойчивости при сжатии по Эйлеру, принимаем его равным = 20 (мм).

1.3 Расчёт диаметра поршня силового цилиндра

Диаметр поршня СЦ м, может быть рассчитан по формуле

, (6)

где - уточнённое значение эффективной площади поршня СЦ, (з = 2ч5).

В свою очередь эффективная площадь поршня СЦ определяется по формуле

, (7)

где - максимально возможный перепад давления в полости СЦ, Па.

Максимально возможный перепад давления в полости СЦ определяется выражением

, (8)

где - давление в магистрали питания, Па; - давление в магистрали слива, Па.

Таким образом, задавшись величиной з = 5 и полагая, что 0, а также учитывая наличие на входе РМ понижающего гидравлического редуктора, уменьшающего давление на входе рулевого привода в два раза по сравнению с давлением в напорной магистрали, получаем: согласно формуле (8)

;

согласно формуле (7)

;

согласно формуле (6)

.

2. Проектирование золотникового распределителя

2.1 Расчет максимального расхода жидкости

Максимальный потребный объёмный расход рабочей жидкости Qmax, м3/с, определяется исходя из требований обеспечения необходимой скорости перемещения рулей и может быть рассчитан по следующей формуле:

Qmax = • ?max, (9)

где ?max - максимальная скорость перемещения поршня СЦ, м/с.

В свою очередь максимальная скорость перемещения поршня СЦ определяется по формуле:

?max = max · , (10)

где

max - максимальная угловая скорость отклонения рулей, рад/с.

Таким образом, получаем:

согласно формуле (10)

?max= 82;

согласно формуле (9)

Qmax =•0.2=.

Максимальный перепад давлений в полостях силового цилиндра рассчитывается по формуле:

; (11)

согласно формуле (11)

=.

Площадь открытого отверстия золотника:

; (12)

согласно формуле (12)

=.

Выбираем параметры окна перепускного отверстия (допущение о том, что является прямоугольником).

Рисунок 2 - Окно перепускного отверстия

Определяем максимальное смещение поршня золотника по формуле:

=, (13)

где b - размер отверстия, выбираемый в диапазоне 2ч3мм, согласно формуле (13). Построение характеристики преобразования золотникового распределителя. Рассматриваем варианты холостого хода и нагруженного режима.

; (14)

согласно формуле (14)

%.

Коэффициент нелинейности может быть не более 10-15%, если получаем больше, то необходимо увеличить коэффициент запаса .

Рисунок 3 - Регулировочная характеристика золотникового распределителя

Эффективная рабочая площадь канала золотникового распределителя , , вычисляется по формуле:

; (15)

согласно формуле (15)

=• (1-= 53.3 • ,

где m - соотношение между диаметром штока и золотникового распределителя, обычно выбираемая в пределе 0.4 ч 0.8.

2.2 Расчёт диаметра поршня золотникового распределителя

Определение диаметра поршня золотника, исходя из допустимой скорости течения жидкости во внутренней области золотника распределителя:

, (16)

где - допустимая скорость потока жидкости (10-22) м/с.

согласно формуле (16)

.

При большой скорости жидкость турбулизируется и значение проводимости уменьшается.

Если значение диаметра поршня золотника получается небольшим, то его увеличивают до 8-12 мм из технологических соображений.

В данном случае значение в норме.

Определяем коэффициент расходной характеристики на холостом ходу:

; (17)

согласно формуле (17)

=0.161.

Определение жесткости гидродинамических сил:

; (18)

согласно формуле (18)

.

Определение жесткости возвратных пружин:

, (19)

Х - коэффициент жестокости пружины, выбираемый в диапазоне 3ч5.

согласно формуле (19)

.

Максимальная осевая сила, действующая на поршень золотника, вычисляется по формуле:

; (20)

согласно формуле (20)

.

Максимальный перепад давлений, действующий на контуры поршня золотникового распределителя определяется по формуле:

; (21)

согласно формуле (21)

.

2.3 Назначение перекрытия и радиального зазора

\

Перекрытия, назначенные из заданной зоны нечувствительности по перемещению золотника определяется по формуле:

; (22)

согласно формуле (22)

.

3. Порядок проектирования гидроусилителя

· Построение графика ошибки преобразования в зависимости от ;

· Определяем максимальное перемещение заслонки при допустимой нелинейности преобразования в 1%;

· Находим условия для - рабочая зона;

· Вычисляем максимальный перепад давления в рабочей зоне;

· Определяем давлений питания гидроусилителя .

Построим регулировочную характеристику гидроусилителя типа "сопло-заслонка", для чего воспользуемся следующими выражениями, получаемыми по результатам расчёта эквивалентной гидравлической мостовой схемы, представленной на рисунке 4.

Рисунок 4 - Эквивалентная гидравлическая мостовая схема рулевого привода

() = ; () = - ; () = + , (23)

где = - относительная ошибка смещения заслонки от исходного положения. Соответствующие графики представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Регулировочная характеристика гидроусилителя типа "сопло-заслонка"

Относительное отклонение реальной регулировочной характеристики гидроусилителя от линеаризованной будет определяться формулой:

= •100%. (24)

График, соответствующий выражению (24), представлен на рис.6, в соответствии с которым определяем рабочую зону гидроусилителя при = 1% и находим, что =0.625. Следовательно, = 0.7.

Рисунок 6 - График зависимости

Заключение

Таким образом, в курсовом проекте были рассчитаны основные конструктивные параметры типового электрогидравлического рулевого привода, построена его регулировочная характеристика, определены величины сил, действующих на поршни золотникового распределителя, рассчитано давление питания гидроусилителя типа "сопло-заслонка", определено расчётное значение жёсткости возвратных пружин. Все расчётные материалы сопровождены соответствующими иллюстрациями, представленными на рисунках 3-6.

В ходе работы были получены следующие значения:

длина проектируемого СЦ см;

диаметр штока СЦ = 2 cм;

диаметр поршня СЦ = 7.4 cм;

максимальный расход рабочей жидкости Qmax = ;

диаметр поршня золотникового распределителя dз = 10,3 мм;

размеры перекрываемого отверстия a=b = 3 мм;

гидродинамическая сила, действующая на поршень ЗР FГДmax = Н;

давление питания гидроусилителя Па;

максимальный перепад давленияПа;

максимальная сила, действующая на поршень Н.

Список использованных источников

1. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1967;

2. Гониодский В.И., Склянский Ф.И., Шумилов И.С. Привод рулевых поверхностей самолётов. - М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.;

3. Костин С.В., Петров Б.И., Гамынин Н.С. Рулевые приводы. - М.: Машиностроение, 1973;

4. Хованский Ю.М., Пономарёв В.К. Стабилизация летательных аппаратов. Лекции. - Ленинград.: ЛЭТИ, 1981.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Описание схемы и принципа действия гидравлической рулевой машины. Проектирование силового цилиндра и золотникового распределителя. Расчёт скорости движения поршня и расхода жидкости. Определение диаметра сопла. Построение регулировочной характеристики.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.12.2021

  • 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 [855,7 K], добавлен 10.09.2010

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

    дипломная работа [5,1 M], добавлен 10.09.2010

  • 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 [1,1 M], добавлен 20.06.2012

  • 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 [1,6 M], добавлен 13.03.2011

  • Расчет моментов сопротивления на баллере руля, порядок расчета электрогидравлического привода, проверка электродвигателя на нагрев. Расчет и построение нагрузочной характеристики электродвигателя рулевого устройства по системе генератор - двигатель.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.08.2010

  • Детали механизма автомобиля (ролик вала рулевой сошки). Описание реечной конструкции рулевого управления. Технологический процесс изготовления корпуса рулевого механизма. Характеристика марки стали 12ХНЗА. Операции обработки ролика вала рулевой сошки.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 21.12.2014

  • 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.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 29.07.2010

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

    курсовая работа [177,2 K], добавлен 19.04.2011

  • Кинематическая схема машинного агрегата. Выбор основных материалов зубчатых передач и определение допускаемых напряжений. Расчет закрытой цилиндрической передачи и проектирование клиноременной передачи открытого типа. Конструктивная компоновка привода.

    курсовая работа [471,8 K], добавлен 26.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.