Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: ПРОЕКТ СЛЕДЯЩЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИЗДЕЛИЯ 9П149 С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

1.1 Тактико-техническое обоснование применения ПТРК в бою

1.2 Требования, предъявляемые к электроприводу ПТРК

1.3 Устройство, принцип действия и характеристики электропривода канала вертикального наведения изделия 9П149

1.4 Постановка задачи исследования

2. РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИЗДЕЛИЯ 9П149

2.1 Выбор источников питания

2.2 Выбор передаточных чисел и типа механических передач

2.3 Расчет мощности исполнительного двигателя

3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИЗДЕЛИЯ 9П149 НА ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

3.1 Требования, предъявляемые к математическим моделям электромеханических систем управления

3.2 Разработка математической модели исполнительного двигателя электропривода изделия 9П149

3.3 Разработка математической модели электропривода изделия 9П149

3.4 Обоснование и выбор электромагнитной муфты для асинхронного двигателя электропривода изделия 9П149

3.5 Сравнительная оценка динамических характеристик существующего и разработанного электроприводов изделия 9П149

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

БМ- боевая машина;

ВН- вертикальное наведение;

ВТ- вращающийся трансформатор;

ВТД- вращающийся трансформатор датчик;

ВТП- вращающийся трансформатор приемник;

ГН- горизонтальное наведение;

ДЗ- динамическое звено;

ДУ- дифференциальное уравнение;

ИД- исполнительный двигатель;

ИУ- измерительное устройство;

ИЭ- источник энергии;

КПД- коэффициент полезного действия;

КУ- корректирующее устройство;

МБ- механизм боеукладки;

ОР- объект регулирования;

ПН- прибор наведения;

ПОЗ- подвижный отряд заграждения;

ПрУ- преобразующие устройство;

ПрУп - прибор управления;

ПТ- противотанковый;

ПТРК - противотанковый ракетный комплекс;

ПТС- противотанковые средства;

ПТУР - противотанковая управляемая ракета;

ПУ- пусковая установка;

САУ- система автоматического управления;

СП- следящий привод;

ТГ- тахогенератор;

ТТХ- тактико-технические характеристики;

У- усилитель;

УМ- усилитель мощности;

УП- усилитель предварительный;

ФВУ- фильтровентиляционная установка;

ФЧВ- фазочувствительный выпрямитель;

ЭД- электродвигатель;

ЭП- электрический привод.

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современной войны по мнению военных специалистов, объекты бронетанковой техники (ОБТТ) будут решающей ударной силой при проведении боевых операций сухопутных войск.

В настоящее время современные и перспективные ОБТТ оснащаются усиленной комбинированной броней с навесной или встроенной динамической защитой, системами постановки активных и пассивных оптических помех, а также приборами для ночного видения и тепловизионными прицелами для стрельбы ночью.

ОБТТ обладают высокими тактико-техническими характеристиками:

-большая скоростная огневая мощь;

-возможность ведения эффективного огня с хода на большие дистанции;

-мощная броня и защищенность экипажа от воздействия атомного, химического и бактериологического оружия.

В настоящее время широкое применение для борьбы с ОБТТ получило высокоточное оружие, основу которого составляют противотанковые ракетные комплексы (ПТРК).

ПТРК содержат в своем составе боевые машины и высокоэффективные противотанковые управляемые ракеты (ПТУР) которые являются основным средством поражения одиночных бронированных и небронированных целей.

В связи с бурным развитием ОБТТ возникает необходимость совершенствования существующих и разработки новых образцов ПТРК, удовлетворяющих следующим требования:

вероятность полного поражения (уничтожения) ОБТТ с усовершенствованной защитой (в том числе оборудованной динамической защитой) одной ракетой в пределах 0,5.0,7;

вероятность попадания в цель при любых условиях боевой обстановки (стрельба ночью, днем - в условиях задымленности и запыленности поля боя, а также при наличии помех) не ниже 0,9;

-вероятность безотказного функционирования не менее 0,95;

- высокая скорострельность;

-поражение объектов бронетанковой техники, как в лобовую поверхность, так и сверху;

-среднее время наработки пусковой установки на отказ не менее 400 часов;

-коэффициент готовности ПТРК в пределах 0,85-0,9 в мирное время и 0,9-0,95 в военное.

Современное развитие вооружения характеризуется разработкой и внедрением сложных технических систем и комплексов. Наиболее ответственным и в тоже время уязвимым звеном во всех современных образцах вооружения является электропривод.

Электрический привод - электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управление этим движением.

Электропривод обеспечивает выполнение основных функций ПТРК, то есть поворот направляющей, наведение ее на цель, устойчивое положение направляющих при стрельбе. В связи с этим к надежности, безотказности электропривода предъявляются повышенные требования по сравнению с другими функциональными узлами.

На фоне современного информационного скачка и на основе современного развития компьютерной техники совершенствование силовых узлов ракетно-артиллерийского вооружения идет слишком медленно. Во многих образцах ПТРК используются электроприводы (ЭП) разработанные еще в 60-70 годы прошлого века. В них используются известные элементы и машины, зарекомендовавшие себя, как простые и безотказные устройства. Однако многие из этих устройств в наступившем веке уже морально устарели. Вместе с тем стали появляться современные аналоги этих устройств, выполняющие те же функции с большим эффектом.

Таким образом, целью дипломной работы является: На основе анализа технических характеристик и режимов работы силового электропривода изделия 9П149, а также методов расчета асинхронного двигателя выполнить расчет исполнительного асинхронного двигателя для электропривода изделия 9П149 и осуществить сравнительную оценку динамических характеристик электропривода. Указанная цель достигается последовательной обработкой следующих вопросов:

Анализ работы электропривода изделия 9П149.

Разработка функциональной схемы электропривода изделия 9П149.

Расчет асинхронного двигателя.

Разработка схемы управления асинхронным двигателем.

Разработка математической модели электропривода изделия 9П149.

Сравнительная оценка характеристик электроприводов постоянного и переменного тока изделия 9П149.

Дипломная работа состоит из введения, трех разделов и заключения. Во введении рассмотрены основные направления развития современных ПТРК.

Основной идеей дипломного проектирования является расчет трехфазного асинхронного двигателя для электропривода изделия 9П149.

В первом разделе: проведен анализ боевого применения современных ПТРК, показана роль и задачи ПТРК, решаемые в современном общевойсковом бою, перспективы развития ПТРК и обоснованы требования, предъявляемые к ЭП ПТРК, а также проанализированы устройство, принцип действия и характеристики электропривода изделия 9П149.

Во втором разделе выбран метод расчета асинхронного двигателя, разработан алгоритм расчета, по которому произведен выбор асинхронного двигателя.

В третьем разделе произведено математическое описание элементов ЭП наведения, разработана математическая модель электропривода изделия 9П149, предложен способ управления трехфазным асинхронным двигателем, дано описание макета, демонстрирующего способ управления асинхронным двигателем и осуществлена оценка динамических характеристик спроектированного электропривода.

1. ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

1.1 Тактико-техническое обоснование применения ПТРК в бою

В условиях современной войны, по мнению военных специалистов, объекты бронетанковой техники будут решающей ударной силой при проведении боевых операций сухопутных войск. В наступающее время современные и перспективные объекты бронетанковой техники оснащаются усиленной комбинированной бронёй с навесной или встроенной динамической защитой, системами постановки активных и пассивных оптических помех, а также приборами для ночного вождения и тепловизионными прицелами для стрельбы ночью.

Объекты бронетанковой техники обладают высокими тактико-техническими характеристиками:

большая скоростная огневая мощь;

возможность ведения эффективного огня с хода на большие дистанции;

мощная броня и защищенность экипажа от воздействия атомного, химического и бактериологического оружия.

В настоящее время широкое применение для борьбы с объектами бронетанковой техники получило высокоточное оружие, основу которого составляют ПТРК.

ПТРК содержат в своём составе боевые машины (БМ) и высокоэффективные противотанковые управляемые ракеты (ПТУР), являются основными средствами поражения одиночных бронированных и небронированных целей.

В связи с возросшим насыщением сухопутных войск бронетанковой техники, успешное ведение боевых действий в современных условиях невозможно без широкого использования самых разнообразных противотанковых средств. Основным противотанковым средством обеспечивающим высокую эффективность противотанковой обороны, по мнению военных специалистов, были и остаются ПТРК, применяемые в переносном варианте на подвижных наземных носителях - колёсных машинах, БТР а также, на вертолётах и самолётах. Основной характеристикой ПТРК, определяющей его структуру и технические параметры являются система наведения ПТУР. В настоящее время ПТРК, вооружённых сил России и зарубежных стран используют следующие системы наведения ПТУР:

полуавтоматическая система наведения с передачей команд управления по проводной линии связи;

самонаведение с использованием ИК ГСИ;

наведение с использованием полуактивной лазерной ГСИ;

наведение по лучу лазера;

самонаведение с использованием ГСИ миллиметрового диапазона волн.

К ПТРК третьего поколения, разработанным для вооружения Российской армии в первую очередь следует отметить ПТУР созданные для оснащения боевых вертолётов К-50 и К-52.

К ним относятся:

ПТУР «Вихрь», действующая на дальностях до 10 км и имеющая систему наведения по лучу лазера;

ПТУР «Клевок-1» и «Клевок-2», оснащённые полуактивной лазерной ИК ГСИ;

Гиперзвуковая ракета «Веер» с термоориентированием в луче лазера.

Для сухопутных войск разработан возимый переносной комплекс «Корнет», обеспечивающий эффективное решение боевых задач батальонов и полков. Наличие выносного варианта позволяет оснастить мощным управлением оружием различные машины военного назначения. ПТРК «Корнет» имеет лазерно-лучевую систему наведения, обладающую высокой помехозащищённостью и принципиально позволяющую использовать многоканальное наведение. На базе ПТУР «Клевок» создан самоходный противотанковый комплекс с управляемой ракетой, имеющий тритика ГСИ «лазерную полуактивную, ИК миллиметрового диапазона волн».

В настоящее время разработан боевой одноместный модуль «Кливер», в состав которого входит ПТРК «Корнет».

ПТРК «Корнет» обеспечивает максимальную дальность стрельбы 5500 м днём и 3500 м ночью.

ПТУР «Корнет» может оснащаться двумя типами боевой части:

а) Тандемной кумулятивной для поражения перспективных основных боевых танков, оснащённых реактивной бронёй;

б) Термобарической (фугасно-зажигательной), производящей тот же эффект, что и зажигательные артиллерийские снаряды и обеспечивающей многоцелевого применения.

ПТРК «Корнет» отличается высоким уровнем помехозащищённости благодаря системе наведения по лучу лазера. Незначительный вес и габариты всех компонентов ПТРК «Корнет» позволяют как переносить и монтировать оборудование вручную, так и устанавливать на комплексных машинах, включая истребитель танков с автоматом заряжания. И способность поражать одну важную цель одновременно двумя ракетами. В настоящее время ПТРК «Корнет» является единственной возимо-носимой противотанковой системой с наведением по лучу лазера на мировом рынке.

Новый ПТУРС «Хризантема» имеет два канала наведения, и стрельба из него возможна в трёх режимах:

автоматическом;

полуавтоматическом;

комбинированном.

Стрельба в автоматическом режиме осуществляется с помощью радиолокационной системы обнаружения и сопровождение цели с одновременным управлением ракеты. В отличие от систем с оптическим каналом наведения радиолокационный канал позволяет наводить ракету ночью, в тумане, при дожде и снеге, а также при искусственном или естественном задымлении.

Радиолокационный канал позволяет наводить ракету на радиолокационные - различные объекты - танки, низколетящие самолёты и вертолёты, но не даёт возможности наведения на скрытые в складках местности инженерные сооружения (доты, дзоты и др.), живая сила в укрытии и т.п. По этим целям работает полуавтоматический канал, где ракета наводится с помощью лазера.

При работе в комбинированном режиме пуск двух ракет производится последовательно. Первая ракета наводится в радиолокационном канале управления, вторая в полуавтоматическом.

Наведение ракет может осуществляться одновременно в двух каналах.

Максимальная дальность стрельбы ПТУРС «Хризантема» 5000-6000 м. Скорость полёта ракеты не приводится просто говорится, что она сверхзвуковая. «Хризантема» имеет два варианта боевой части:

кумулятивную для поражения танков;

фугасную для поражения остальных целей.

Комплекс «Хризантема» установлен на шасси БМП-3. В боеукладке комплекса 15 ракет в герметичных контейнерах. Заряжание пусковой установки автоматическое. Расчёт установки два человека.

В походном положении спаренная пусковая установка «Хризантема» убирается внутрь комплекса БМ.

В настоящее время основным комплексом, используемым в вооруженных силах России для борьбы с объектами бронетанковой техники, является самоходный ПТРК «Штурм-С», который разработан в Коломенском конструкторском бюро машиностроения и определяет пути развития противотанковой техники до конца 2010-х годов. Он выполнен в модульном исполнении, что позволяет размещать его на любых типах БМП, БТР, танках и вертолетах как российского, так и зарубежного производства. Имеет полуавтоматическую систему управления ракетой с передачей команд по радиолинии.

В комплексе «Штурм-С» применяется многоцелевая управляемая ракета 9М114 (боекомплект 12 штук) с моноблочной кумулятивной боевой частью. Она выполнена по аэродинамической схеме «утка» со складным передним оперением и полукруглым крылом, которое в нерабочем положении прижимается к ее цилиндрическому корпусу. В ракете применен твердотопливный двухрежимный маршевый двигатель, обеспечивающий высокую скорость полета (до 530 м/с). При этом ее бронепробиваемость составляет 560-600 мм. Она оснащена стартовым ускорителем, обеспечивающим ее надежный выход из стеклопластикового транспортно-пускового контейнера. Конструкция последнего такова, что при выходе из него ракета получает вращательное движение. Кроме того, контейнер позволяет хранить ракету в нем сроком до 10 лет.

«Штурм-С» может также комплектоваться управляемой ракетой 9М114Ф с фугасной боевой частью. Это дает возможность уничтожать живую силу противника и разрушать долговременные огневые точки и другие инженерные сооружения, в том числе в горной местности. В связи с появлением танков с динамической защитой в настоящее время конструкторами создана конкурентноспособная на мировом рынке новая ракета с тандемной боевой частью. Как отмечают разработчики, модернизированная ракета обладает увеличенной дальностью полета и способностью гарантированно поражать танки за динамической защитой, пробивая броню, эквивалентную 800 мм гомогенной.

Система наведения ракет - полуавтоматическая, радиокомандная, с инфракрасным сигналом слежения. Она имеет высокую помехоустойчивость за счет использования при наведении ракеты двух специальных кодов и пяти фиксированных частот. Следует также отметить и тот факт, что, обладая сверхзвуковой скоростью, с которой летит ракета, ей невозможно поставить существующими в настоящее время техническими средствами радиопомехи.

Для управления стрельбой разработаны специальные программы, которые позволяют ракете на первоначальном этапе лететь по траектории выше линии визирования, а при подлете к танку на расстояние 500-700 метров она опускается и поражает цель. Это дает возможность оператору независимо от погодных условий и работы двигателей ракеты всегда видеть поражаемый объект. При максимальной дальности стрельбы точность системы управления ПТУР не превышает 0,6 угловой минуты. Это позволяет обстреливать любые малоразмерные бронированные цели и даже вертолеты в режиме зависания и подлета. Максимальная высота поражения воздушных целей (пуск на уровне моря) составляет 3000 метров.

В походном положении пусковая установка (ПУ) комплекта убирается внутрь корпуса, где размещен механизм боеукладки (специальный вращающийся барабан и редуктор). На кронштейнах барабана установлены двенадцать пусковых контейнеров с ракетами. При стрельбе ПУ захватывает контейнер и автоматически переводится в боевое положение. После выстрела использованный контейнер отбрасывается в сторону, а перезаряжание ракет выполняется также автоматически. Время с момента нажатия на боевую кнопку до выхода ракеты с транспортно-пускового контейнера составляет одну секунду.

Комплекс «Штурм-С» позволяет вести стрельбу с места, с коротких остановок и на плаву, в условиях прямой оптической видимости в любое время суток и года. Изделие способно преодолевать водные преграды.

Комплекс состоит из:

ПТУР 9М-114;

Самоходной ПУ 9П149;

Контрольно-проверочной машины 9В 868.

Самоходная ПУ 9П149 с автоматическим заряжанием предназначена для транспортировки, подготовки к пуску, наведения на цель, пуска и управления на полёте ПТУР 9М-114.

В качестве базовой машины использован лёгкий многоцелевой гусеничный транспортёр-тягач (МТ-ЛБ), который доработан в целях размещения аппаратуры и оборудования ПУ, системы управления:

полуавтоматическая, с защитой от ИК излучения и радиопомех, и передачи команд по радиолинии.

Комплекс состоит на вооружении армейского противотанкового корпуса. В нём имеется один дивизион, состоящий из 12-ти БМ 9П149.

Тактико-технические характеристики изделия 9П149

Расчёт, чел. - 2

Время перевода из походного положения в боевое (при первом включении), мин - от 3 до 4

Время перевода из боевого положения в походное, с - 30

Дальность поражаемых целей, м;

Минимальная - 400

Максимальная - 5000

Скорости поражаемых целей, км/ч:

Фланговая - до 60

Фронтальная - до 80

Техническая скорострельность, выстр./мин - 3-4

Время полёта изделия 9М114 на максимальную дальность, с. - 17,6

Способ ведения стрельбы изделиями 9М114 - с места

Боекомплект изделия 9М114 (в барабане), шт. - 12

Углы наведения, град (т.д.):

По азимуту.85 ( 14 - 17)

По углу места .от +15 до -5 (от +2-50 до -0-84)

Скорости наведения, град/с:

По азимуту:

Максимальная. - 2,45

Минимальная. - 0,09

По углу места:

Максимальная - 1,55

Минимальная - 0,07

Скорость переброса прицельной марки по ГН, град/с:

При наведении - 10

В режиме ОБЗОР - 7

Допустимый угол крена при стрельбе, град - 5

Температурный диапазон боевого применения, град/с: от -40до+50

Допустимая высота боевого применения, м - 3000

Допустимая скорость ветра при стрельбе, м/с - 20

Максимальная масса плотностью укомплектованного изделия (с расчётом), кг - 12045

Запас хода по топливу, км - 500

Напряжение источников питания постоянного тока, В:

От генератора - 26,5-28,5

От аккумуляторных батарей - 22-24

Напряжение источников питания переменного тока частотой

400Гц +7 (400 +28-20 Гц)

Во всём диапазоне нагрузок, В - 1154% (1154,6),

365% (361,8),

285% (281,4)

Работы по созданию ПТРК третьего поколения активно ведутся и в развитых странах Запада. Так в 1983 году Франция, ФРГ и Великобритания подписали межправительственное соглашение о совместной разработке будущих ПТРК третьего поколения, а в сентябре 1988 года объединение EMDG начало полномасштабную разработку ПТРК третьего поколения по программе Trigat. Трехсторонняя программа создания ПТРК третьего поколения, проводимая объединением EMDG, предусматривает разработку ПТРК ATGW-3 следующих вариантов:

ATGW-3/MR - средней дальности с наведением по лазерному лучу;

ATGW-3/LR - большой дальности с ИК ГСИ.

ПТРК ATGW-3/LR предназначен для замены ПТРК второго поколения HOT, TOW и Swingfire.

В ПТРК сверх большого радиуса действия (свыше 10000 м ) используются как правило на начальном и конечном участках траектории различные системы наведения. Так ПТРК Nimvod с дальностью действия 26000 м, разработанный фирмой IAI (Израиль) использует на среднем участке траектории инерционную систему наведения и самонаведения по полуактивной лазерной ГСИ на конечном участке траектории.

В США к классу ПТРК, имеющих комбинированную систему наведения, относится управляемая ракета Maverick AGM65 с дальностью действия 20000-25000 м.

1.2 Требования, предъявляемые к электроприводу ПТРК

ЭП является неотъемлемой частью БМ ПТРК и предназначен для изменения положения вращающихся частей изделия 9П149.

В связи с назначением, в настоящее время выдвигаются следующие требования к ЭП:

обеспечение надежности наведения;

простота и удобство эксплуатации;

технологичность конструкции;

дешевизна изготовления;

защищенность от воздействия электромагнитного импульса;

обеспечение безотказности работы;

возможность наведения в случае выхода из строя отдельных элементов.

Простота ЭП определяется минимальным количеством электрических машин, аппаратов и устройств, а также минимальным количеством элементов, из которых он состоит. Она достигается также применением простых и однотипных аппаратов и устройств.

Надежность ЭП достигается простотой принципиальной электрической схемы, использованием безотказно работающих электрических машин и элементов, обеспечивающих высокую прочность и долговечность. В схеме ЭП должны быть предусмотрены защита от перегрузок, электрические и магнитные блокировки. Система управления должна быть гибкой, допускать простые и быстрые переходы от управления одним механизмом к управлению другими. Пульты и органы управления должны размещаться так, чтобы наводчик затрачивал на управление минимум времени и усилий, так как от этого зависит время наведения пусковой установки на цель.

В любом режиме работы система автоматического управления ЭП должна обеспечивать возможность контроля исправности некоторых узлов и элементов. Следует предусмотреть сигнализации, показывающие состояние элементов и узлов ЭП.

Монтаж современных ЭП является трудоемким и довольно сложным процессом, поэтому целесообразно разделить его на несколько промежуточных операций:

сборка отдельных блоков, панелей узлов в специализированных цехах, или лабораториях, их настройка и наладка;

общий монтаж на рабочем месте путем внешнего соединения панелей, блоков и узлов их сборка и регулировка.

Монтаж и конструирование отдельных панелей и блоков необходимо выполнить так, чтобы аппаратуру и отдельные приборы можно было заменять, снимать для ремонта.

Кроме того, элементы ЭП должны быть хорошо изолированы от механических повреждений, попаданий пыли, грязи, атмосферных осадков.

ЭП механизмов наведения ПТРК должны обеспечивать надежную защиту обслуживающего персонала от повреждения электрическим током. В этом случае провода должны иметь надежную изоляцию. При разработке новых ЭП необходимо помнить о принятии технических решений по снижению уровня радиопомех, которые возникают при работе электромеханической системы.

При разработке электропривода необходимо шире использовать электрические машины, бесконтактные элементы коммутации и полупроводниковые приборы. Однако при этом необходимо учитывать, что стоимость электропривода в целом в этом возрастает.

Правильное решение, удовлетворяющее данному требованию, может быть найдено в каждом конкретном случае путем сравнения вариантов компоновки, размещения и монтажа электропривода.

1.3 Устройство, принцип действия и характеристики электропривода канала вертикального наведения изделия 9П149

Одной из основных электромеханических систем изделия 9П149 является привод пусковой установки (ПУ). Он предназначен для приведения ПУ в положение для заряжания, а также для удержания ПУ в заданном положении при сходе изделия 9М114 во время пуска. Привод состоит из следующих основных сборочных единиц: редуктора вертикального наведения (ВН), блока вращающих трансформаторов (ВТ) ВН, редуктора горизонтального наведения (ГН), усилителя ВН, усилителя ГН и блока управления.

Блок управления предназначен для суммирования, преобразования усиления сигналов управления приводами ВН и ГН, а также для коммутации электрических цепей в целях обеспечения необходимых режимов работы.

Усилитель предназначен для преобразования управляющего сигнала, поступающего из БУ, в широтно-импульсный сигнал, усиления его по мощности до величины, необходимой для управления по цепи обмотки якоря исполнительным двигателем.

Напряжение питания схемы управления усилителя переменное 36В 400Гц. Коммутируемое усилителем напряжение постоянное 27В. Напряжение управляющего сигнала постоянное. Усилитель управляет электродвигателем ЭДМ-14.

Редуктор ГН состоит из силовой и приборной частей. Силовая часть представляет собой двухступенчатый зубчато-червячный редуктор с обратимой червячной парой (угол подъёма витка 123144). С зубчатым колесом электродвигателя ЭДМ-14 соединена безлюфтовая шестерня электродвигателя ДПМ-25, используемого в качестве тахогенератора - датчика обратной связи по скорости. В зубчатом колесе выполнены отверстия для штока стопора, который фиксирует редуктор в определенных положениях для предотвращения от самопроизвольного вращения ПУ. При застопорённом редукторе вращение электродвигателя невозможно. На валу установлен наконечник ручного дублёра.

Приборная часть редуктора предназначена для привода роторов вращающих трансформаторов и кулачков. Все зубчатые колёса приборной части выполнены с люфтовыбирателями для исключения радикальных зазоров в передаче. Кулачки обеспечивают включение и выключение микропереключателей S1- S4, установленных в блоке микропереключателей. микропереключатель S1 дает разрешение на сброс пустого контейнера (в секторе сброса 20), открывание и закрывание крышки боевого отделения, включение команды ПЫЛЬ. Микропереключатель S2 является конечным выключением при наведении ПУ вправо. Микропереключатель S3 является конечным выключением при наведении ПУ влево . микропереключатель S4 отключает команду ПЫЛЬ на углах более 30.

Вращающийся трансформатор Т1 является датчиком приведения ПУ в положение для перезаряжания; кроме того, вращающийся трансформатор Т1 совместно с вращающимся трансформатором Т2 вырабатывают поправку на параллакс. Вращающийся трансформатор Т3 является приемником синхронной связи привода ПУ.

Электродвигатель является исполнительным двигателем редукторов ГН и ВН привода ПУ.

Основные параметры электродвигателя.

Номинальная мощность, Вт - 180

Напряжение питания, В - 27

Номинальный момент на валу, кгсм - 0,058

Номинальная частота вращения, об/мин - 3000

Момент инерции якоря, кгмс² .0,4710^-5

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема канала вертикального наведения электропривода изделия 9П149

Рисунок 1.2 - Функциональная схема канала вертикального наведения электропривода изделия 9П149

Электрическая постоянная времени, сне более 10

КПД не менее 0,65

Масса, кг. 9

Электродвигатель используется в редукторах ГН и ВН в качестве тахогенератора. Крутизна характеристики тахогенератора около 4 В на 1000 об/мин.

Редуктор ВН представляет собой цилиндрический двухступенчатый редуктор с передачей винт - гайка на выходном звене. Передача винт - гайка преобразует вращательное движение гайки в поступательное движение винта.

Для исключения заклинивания в передаче винт - гайка при наведении по ВН редуктор имеет возможность качаться относительно опорной плоскости.

Для осуществления обратной связи по скорости в редукторе установлен электродвигатель ДПМ - 25, используемый в качестве тахогенератора. Передача к электродвигателю выполнена безлюфтовой. На конце винта нанесены риски для считывания углов наведения ПУ по углу места.

На зубчатом колесе имеются пазы, в которые входит шток стопора, фиксирующего редуктора в заданных положениях для предотвращения от самопроизвольного вращения ПУ по углу места при отключенном приводе ПУ. При введенном стопоре вращение двигателя ЭДМ - 14 невозможно. С валом 6 зубчатой передачей соединён вал ручного дублёра, выполненный в виде подпружиненной ручки. Кинематическая схема канала вертикального наведения электропривода изделия 9П149 представлена на рисунке 1.1, функциональная схема - на рисунке 1.2.

1.4 Постановка задачи исследования

При разработке современных электромеханических систем комплексов ПТРК основной задачей является расчет исполнительного элемента. В настоящее время элементная база электромеханических систем заметно изменилась. Появились электромеханические устройства, и в частности двигатели переменного тока, которые по своим техническим характеристикам значительно превосходят свои аналоги. Поэтому для повышения технических характеристик изделий военного назначения, разработанных в 70-80 годах необходима замена элементной базы электромеханических систем. Одним из основных элементов комплексов ПТРК, определяющим скорострельность изделия, является электропривод пусковой установки изделия 9П149.

Т.о. для повышения технических характеристик изделия 9П149 необходимо обосновать и рассчитать двигатель переменного тока электропривода пусковой установки, отвечающий современным требованиям, разработать математическую модель электропривода изделия 9П149, провести численный эксперимент и определить динамические характеристики разработанной электромеханической системы. Провести сравнительный анализ динамических характеристик электропривода пусковой установки изделия 9П149 и предлагаемого механизма, выработать рекомендации по возможной модификации электромеханических систем изделия 9П149.

Выводы

В условиях современного общевойскового боя, отличающегося быстротечностью, резкой сменой обстановки, использованием большого количества личного состава и объектов бронетанковой техники наиболее эффективными средствами, способными повлиять на исход боя является ПТРК.

Одним из путей совершенствования комплексов ПТРК является модернизация конструктивных элементов комплексов с использованием современной элементной базы.

Одним из основных элементов комплексов ПТРК, определяющих его огневую скорострельность являются электромеханические системы, позволяющие автоматизировать процесс наведения пакета направляющих (пусковой установки) на цель, перезаряжания пусковой установки и т.д.

4. В настоящее время широкое применение для повышения быстродействия и точности систем вооружения получили электромеханические системы переменного тока.

Т.о. для повышения точности и быстродействия электропривода изделия 9П149 необходимо осуществить расчет и обоснование трехфазного асинхронного двигателя с улучшенными динамическими и статическими характеристиками.

2. РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИЗДЕЛИЯ 9П149

2.1 Выбор источников питания

Основные данные источника питания (род тока, напряжение, частота) при проектировании и расчете силовой системы должны выбираться на основе тщательного технико-экономического сопоставления различных вариантов и с учетом специфических требований,

Как показывает опыт, всегда следует стремиться к применению силовых систем переменного тока с более дешевыми и простыми асинхронными двигателями. Одним из существенных достоинств таких систем является возможность создания бесконтактных, а, следовательно, надежных, обладающих хорошими эксплуатационными качествами и практически не требующих ухода силовых систем.

Однако, если учесть, что в силовых системах переменного тока, как правило, используются управляемые двухфазные асинхронные двигатели, выпускаемые нашей промышленностью на небольшие мощности, то область применения указанных систем в настоящее время ограничивается мощностями в несколько сотен ватт. Выбор рода тока связан с выбором частоты и величины питающего напряжения.

Выбор оптимального значения частоты, напряжения и рода тока часто зависит от условий питания всего комплекса устройств, в котором используются следящие системы.

Выбор величины напряжения источников питания следящих систем осуществляется в соответствии со шкалой стандартных напряжений (таблица 2.1).

В диапазоне напряжений до 500В экономическое сравнение для постоянного и переменного токов показывает, что целесообразно использовать более высокое напряжение, поскольку стоимость исполнительного двигателя силовой системы почти не зависит от напряжения, а стоимость сетей и аппаратуры с увеличением напряжения снижается. Кроме того, использование повышенного напряжения (до 500 В) дает возможность уменьшить вес и габариты приборов. Однако при этом несколько снижается надежность работы приборов и ухудшаются условия эксплуатации с точки зрения требований техники безопасности.

Таблица 2.1

Род тока	Частота, Гц	Напряжение, В
Переменный	50 400 500 1000	- - - -	- - 40	127 110 110 110	220 220 220 -	380 - - -
Постоянный	-	12	24	110; 120	220	440

При расчете силовой системы по возможности следует избегать преобразований тока, так как это во всех случаях приводит к повышению первоначальных и эксплуатационных расходов.

При выборе переменного тока предпочтение желательно отдавать повышенной частоте, поскольку благодаря этому можно существенно снижать вес и габариты используемой аппаратуры. В случае применения специальных преобразователей постоянного или переменного тока в ток повышенной частоты требуются дополнительные технико-экономические расчеты для определения оптимального варианта.

В качестве примера [2] можно рассмотреть варианты электроприводов с электромашинными усилителями и с усилителями мощности, выполненными на дросселях насыщения. В первом случае питание осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, а во втором - от преобразователя переменного тока повышенной частоты.

Силовые системы с магнитными усилителями, обладающие, как известно, лучшими эксплуатационными качествами, имеют больший вес (для мощностей 0,4 и 0,8 кВт) по сравнению с системами, выполненными на машинных усилителях, за счет дополнительного веса генераторов-преобразователей. Из таблицы также следует, что в случае обеспечения питания от общей сети 400--500 Гц, а не от автономного генератора-преобразователя вес следящих систем с магнитными усилителями снижается и оказывается соизмеримым или даже меньшим по сравнению с весом следящих систем с электромашинными усилителями. Аналогичными расчетами и сопоставлениями могут быть решены и другие вопросы начальной стадии проектирования следящих систем - выбора того или иного оптимального варианта. Выбор основного варианта для разработки следящей системы можно осуществлять исходя из обеспечения высокой надежности и повышенных эксплуатационных качеств, получение минимальных габаритов и веса, повышенной перегрузочной способности, быстродействия и других показателей.

Иногда на практике может использоваться комбинированное питание системы от источников постоянного и переменного тока различной частоты. Применение комбинированных источников питания должно предусматривать проведение сравнительных технико-экономических расчетов и обоснований либо вызываться какими-то специфическими требованиями, предъявляемыми к следящей системе. Применение комбинированных источников питания переменного тока с близкими или кратными частотами нежелательно, поскольку в следящей системе могут возникать вынужденные колебания с частотой биений, устранить которые трудно.

При разработке системы электропитания электропривода изделия 9П140 целесообразно использовать статический преобразователь напряжения на 230В, 400 Гц, используемый в изделии 2С6.

2.2 Выбор передаточных чисел и типа механических передач

электропривод противотанковый ракетный

Редукторы для электроприводов проектируются, а несколько этапов: расчет передаточных чисел основного (силового) редуктора и вспомогательных механических передач; выбор типа зацеплений и их расчет; расчет мертвых ходов и моментов трений; расчет КПД редуктора; конструирование редуктора.

Расчет редуктора для электроприводов в основном аналогичен расчету обычных редукторов, но в то же время имеет некоторые специфические особенности. К ним следует отнести применение несамотормозящихся передач (преимущественно прямозубых цилиндрических) во избежание заклинивания их при реверсе; недопустимость больших зазоров (люфтов), затрудняющих стабилизацию следящей системы п вызывающих дополнительные погрешности; необходимость учета момента инерции кинематических пар передачи для обеспечения минимального приведенного к валу исполнительного двигателя момента инерции всей передачи в целом.

Передаточное число основного редуктора электроприводов обычно рассчитывается на основании заданных максимальной скорости слежения и скорости исполнительного двигателя при номинальной нагрузке.

Целью расчета передаточных чисел редуктора от исполнительного двигателя к вспомогательным устройствам (к сельсинам точного отсчета, стабилизирующим тахогенераторам и пр.) является получение необходимых величин, выдаваемых этими устройствами, например напряжения, снимаемого с тахогенератора. Передаточное число между грубым и точным отсчетами двухотсчетных электроприводов выбирается чаще всего равным 30 или 36, реже 40 и более. Чтобы снизить угловую ошибку датчиков и повысить точность работы электроприводов, желательно выбирать передаточное число между грубым и точным отсчетами как можно большим. Однако его величина ограничивается максимально допустимой скоростью вращения датчиков точного отсчета и величиной люфтов передач, если они соизмеримы или превосходят погрешность самих датчиков. Использование нечетных передаточных чисел между грубым и точным отсчетами позволяет иногда несколько упростить схему автоматического согласования путем исключения устройства, устраняющего ложный нуль. Но из-за неудобства пользования отсчетными шкалами нечетные передаточные числа получили весьма ограниченное практическое применение.

При выборе редуктора следящей системы, как уже указывалось выше, необходимо обеспечить малые люфты передач. Опыт проектирования и расчета, а также данные экспериментальных исследований электроприводов показывают, что люфты механических передач не должны превышать половины величины допустимой статической ошибки. Для уменьшения люфтов иногда используют специальные разрезные шестерни.

Не менее важным для плавности работы системы при малых скоростях является обеспечение небольшого трения (трения покоя) передачи.

Жесткость редуктора должна быть такой, чтобы его собственные частоты с учетом инерции приводимых в движение механизмов были больше наивысшей резонансной частоты остальных звеньев системы по крайней мере в 5-10 раз. Кроме того, необходимо, чтобы жесткость передачи, не охваченной обратной связью, была достаточно большой, и ошибки от деформации не превысили бы заданных пределов.

При расчете маломощных систем и особенно систем с трехфазными двигателями переменного тока следует учитывать инерционность механических передач, которая может быть соизмеримой с инерционностью ротора исполнительного двигателя, В этом случае требуется применять редуктор, обладающий минимальной инерционностью. Необходимо выбирать по возможности наименьшие габариты шестерни (с учетом плавности работы и КПД передачи), непосредственно связанной с валом исполнительного двигателя. Передаточное число первой пары следует выбирать в пределах 2-3, второй пары - в пределах 4-8. Инерционность последующих пар будет иметь гораздо меньшее влияние.

Расчет редуктора следящей системы показывает, что при использовании первой пары с i₁=8 и i₁= 12 приведенный момент инерции равен 1,36 и 3,02 гсмсек² соответственно. Если указанные передаточные числа разбиваются на две пары с i₁= 2,253,56=8 и i₁= 2,574,67=12, то приведенные моменты инерции оказываются соответственно равными 0,18 и 0,24 гсмсек², т. е. в 7-12 раз меньшими.

2.3 Расчет мощности исполнительного двигателя

Выбор мощности исполнительных двигателей для систем механизмов с заданным графиком нагрузки разработан достаточно хорошо. Значительно меньше сведений по методике выбора двигателя для электроприводов при произвольном графике нагрузки. Предлагаемый ниже способ выбора двигателя в некоторой степени восполняет этот пробел.

В большинстве случаев для следящей системы наибольшее значение имеют динамические качества, поэтому в основу методики положен выбор двигателя по перегрузочному моменту с последующей проверкой нагрева двигателя.

Рассмотрим основное уравнение динамики исполнительного привода

, (2.1)

где J - момент инерции якоря двигателя, редуктора и исполнительного механизма, приведенный к оси нагрузки;

- угловое ускорение оси нагрузки;

- передаточное число силового редуктора;

М_дв - момент, развиваемый двигателем;

М_c - статический момент нагрузки.

Различается два типа статических моментов нагрузки: реактивный и активный. Рассмотрим реактивный момент нагрузки в виде статического момента трения и активный момент в виде статического момента ветровой нагрузки.

Для определения статического момента трения используется кинематическая схема системы. Расчет производится в следующем порядке:

определяют все выходные элементы кинематической цепи, приводимые в движение от исполнительного двигателя;

находят собственные моменты трения выходных элементов;

пересчитывают моменты трения выходных элементов к оси исполнительного двигателя через кинематическую линию с учетом потерь в промежуточных элементах линии,

Для удобства расчета в таблице 2.1 приводятся некоторые справочные данные.

Момент трения радиальных шарикоподшипников (с внутренним диаметром 5-12 мм) определяется по эмпирическим формулам:

при R0,5кг

МТ МТ.C + b1R + b3Q; (2.2)

при R>0,5кг

МТ МТ.C + 500(b1- b2)+ b2R+ b3 Q, (2.3)

где М_Т.C - собственный момент трения, Нм;

b₁, b₂, b₃ - коэффициенты пропорциональности, м;

R - радиальная нагрузка, кг;

Q - осевая нагрузка, кг.

Значения М_Т.C , b₁, b₂, b₃ приведены таблице 2.2.

При ориентировочных расчетах момент одного радиального подшипника можно принять приблизительно равным 9,8 10^-4 Нм.

Момент на ведущей шестерне зубчатых передач определяется по формуле

 , (2.4)

где ;

М₁ и М₂ - моменты на ведущей и ведомой шестернях;

z₁ и z₂ - число зубьев ведущей и ведомой шестерен;

- КПД зубчатой передачи.

Таблица 2.2 Данные подшипников

Внутренний диаметр радиального подшипника d, мм	МТ.С.10-4, Н/м	b110-3, м	b210-3, м	b310-3 м
	однорядные	двухрядные	однорядные	двухрядные	однорядные	двухрядные
5 6 7 8 10 12	5,49 5,39 5,39 5,49 7,06 10,59	8,73 7,65 6,86 6,86 9,02 13,82	0,156 0,099 0,094 0,091 0,069 0,124	0,163 0,110 0,104 0,095 0,088 0,460	0,016 0,013 0,018 0,023 0,035 0,050	0,075 0,022 0,026 0,035 0,052 0,092	0,05 0,05 0,06 0,06 0,08 0,10

Значения для различных передач приориентировочных расчетах приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 КПД различных передач

Вид передачи	КПД	Вид передачи	КПД
Цилиндрическая зубчатая Коническая зубчатая Винтовая зубчатая Реечная	0,9-0,94 0,88-0,92 0,9-0,94 0,9-0,94	Карданная Поводковая Муфта Ольдгейма	0,9 0,88 0,96

Момент при червячной передаче

; (2.5)

; (2.6)

; (2.7)

, (2.8)

где М₁ - момент на червяке, Нм;

М₂ - момент на червячном колесе, Нм;

z - число зубьев червячного колеса;

а - число заходов червяка;

- угол подъема винтовой линии червяка;

- коэффициент трения скольжения;

- угол зацепления.

Момент при передаче с = 1 (карданная, поводковая и др.)

. (2.9)

Момент на ведущей оси нормализованного конического дифференциала

. (2.10)

Значения М_Т.С и приведены в справочнике [2], передаточное число для нормализованных конических дифференциалов может иметь значения 1, 2 и 1/2.

Определим статический момент трения редуктора электропривода изделия 9П149.

Момент трения на оси 1

гсм = 0,00036Нм,

где М_Д2 - момент трения;

- КПД муфты (табл.2.2);

М_ш6=М_Т.С

Момент трения на оси 2

гсм = 0,00025Нм,

где ₅ - КПД цилиндрической зубчатой передачи (табл.2.2).

Момент трения на оси 3

гсм = 0,00024Нм.

Момент трения на оси III

.

где М_ш5 М_Т.С - момент трения двухрядного шарикоподшипника с d=5 мм,

- КПД поводковой муфты.

Момент трения на оси II

гсм =0,00036Нм.

Статический момент трения редуктора

гсм = 0,00016 Нм.

Момент ветровой нагрузки для конструкций сложной конфигурации не может быть рассчитан аналитически. Для его определения необходимы экспериментальные характеристики аэродинамического коэффициента С_mz, зависящего от конфигурации и поверхности устройства. В случае заданной конструкции С_mz является функцией от угла атаки .

На рисунке 2.1 показаны кривые С_mz=f() для двух различных типов конструкций.

Рисунок 2.1 - Зависимость аэродинамического коэффициента С_mz от угла направления ветра для конструкций сложной конфигурации

Сплошная кривая соответствует сплошной поверхности, пунктирная кривая - решетчатой.

Величина момента ветровой нагрузки для любого значения угла направления ветра определяется но формуле

, (2.11)

где =0,125 - массовая плотность воздуха, кгсек²/м⁴;

- относительная скорость ветра, м/сек;

b - высота, м;

l - размах, м.

Рисунок 2.2 Зависимость аэродинамического коэффициента С_mz от угла направления ветра для устройства

Момент ветровой нагрузки М_В=М_В(,) является функцией двух переменных величин и . Поэтому целесообразно ввести два значения ветровых моментов.

Максимальный ветровой момент

, (2.12)

где - максимальное значение коэффициента С_mz, полученное в результате продувки (рисунок 2.2);

_max - величина максимальной относительной скорости ветра.

Максимальный ветровой момент должен приниматься во внимание при выборе исполнительного двигателя по перегрузочному моменту,

Средний ветровой момент

, (2.13)

где - наибольшая средняя величина коэффициента С_mz на участке с одинаковым знаком (рисунок 2.2);

_ср - средняя относительная скорость ветра.

Средний ветровой момент должен приниматься во внимание при выборе двигателя по эквивалентному моменту.

При расчете эквивалентного момента целесообразнее учитывать не максимальное, а среднее значение коэффициента С_mz, так как длительная работа систем при значении угла , соответствующем С_mzmax, очень мало вероятна. Среднее значение относительной скорости ветра также желательно учитывать, так как ветер зачастую дует шквалами. Такой расчет будет приближенным, для большей точности нужны вероятностные характеристики распределения скорости ветра.

Необходимо найти аэродинамические характеристики С_mz которого приведены на рисунке 2.2. Основные данные ветрового момента, действующего на пакет направляющих: размах l=2,8 м, высота b=0,65 м. максимальная относительная скорость ветра _max = 30 м/сек; средняя относительная скорость ветра _ср= 25 м[сек.

Из рисунка 2.2 следует

С_mzmax = 0,18; С_mzср = 0,11.

На основании формулы (2.12)

кгм = 0,527 Нм.

На основании формулы (2.13)

кгм =0,2244 Нм.

При выборе исполнительного двигателя для электромеханических систем необходимо принимать во внимание следующее.

1. Момент инерции редуктора по отношению к моменту инерции ротора асинхронного двигателя значительно возрастает по сравнению с двигателями постоянного тока.

2. Моментом инерции нагрузки в большинстве случаев можно практически пренебречь, так как он мал по сравнению с суммарным моментом инерции редуктора и ротора двигателя. Проблема оптимального передаточного числа теряет смысл и условием получения наибольшего ускорения является максимум величины М_ДВ/J_Д.

3. Выбор номинальной скорости двигателя определяется в ряде случаев частотой имеющегося питания. Тогда передаточное число редуктора находится однозначно как отношение номинальной угловой скорости выбранного двигателя к требуемой угловой скорости нагрузки.

4. Выбор двигателя следует производить по перегрузочному моменту. В отличие от двигателей постоянного тока нет особой необходимости проверять его на тепловую перегрузку, так как для асинхронных двигателей кратность пускового тока управления невелика.

Рассмотрим соотношения, на основании которых следует производить выбор мощности асинхронного двигателя. Из уравнения динамики следует

, (2.14)

где J_C - момент инерции нагрузки;

J_Д - момент инерции якоря двигателя и редуктора.

, (2.15)

подставим в уравнение (2.14) значение и решим его относительно

. (2.16)

Здесь Р_П - мощность, которую условно называем пусковой,

; (2.17)

J_C - относительная величина, характеризующая влияние момента инерции нагрузки,

; (2.18)

Р_С - мощность статической нагрузки с учетом потерь в редукторе

; (2.19)

- мощность статической нагрузки

; (2.20)

Р_С.РЕД - мощность потерь в редукторе

; (2.21)

- коэффициент кратности пускового момента; - пусковой момент двигателя; - момент трения редуктора, приведенный к оси двигателя.

Величина, определяемая по формуле (2.16) принята критерием динамических свойств системы. Действительно, двигатель, развивающий большие значения , при заданной величине угловой скорости нагрузки _с имеет большее угловое ускорение . Зависимости от J_РЕД для различного вида двигателей (при Р_С=0) для различных типов асинхронных двигателей находятся в справочной литературе по электротехнике [2]. При сравнении кривых видно несомненное преимущество динамических свойств двигателей с большей частотой питания. Кроме того, иногда при малых значениях J_РЕД двигатели малой мощности обеспечивают большие значения , чем двигатели большей мощности.