Главная Коллекция "Otherreferats" Физика и энергетика Синтез параметров и моделирование динамических характеристик контура стрелы полноповоротного экскаватора

Синтез параметров и моделирование динамических характеристик контура стрелы полноповоротного экскаватора

Анализ разработки математической модели контура стрелы полноповоротного экскаватора, его предварительный расчет. Построение управляющей характеристики электромеханического преобразователя. Внешняя статическая характеристика гидроцилиндра регулятора.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 01.09.2018
Размер файла 633,7 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/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

"Уфимский государственный авиационный технический университет"

Кафедра прикладной гидромеханики

Синтез параметров и моделирование динамических характеристик контура стрелы полноповоротного экскаватора

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

"Динамика и регулирование гидро - и пневмосистем"

Студент Пупышев Е.А.

Консультант Оразов А.Т.

Принял Месропян А.В.

Уфа 2018

Оглавление

  • 1. Техническое задание на разработку математической модели контура стрелы полноповоротного экскаватора
  • 2. Предварительный расчет контура стрелы полноповоротного экскаватора
  • 2.1 Определение исходных данных
  • 2.2 Расчет и построение управляющей характеристики электромеханического преобразователя
  • 2.2.1 Определение исходных данных
  • 2.2.2 Построение управляющей характеристики ЭМП
  • 2.3 Расчет и построение расходно-перепадной характеристики распределителя
  • 2.4 Расчет и построение зависимости КПД от времени
  • 2.5 Расчет и построение внешней статической характеристики гидроцилиндра регулятора
  • 2.5.1 Определение исходных данных
  • 2.5.2 Построение внешней статической характеристики
  • 2.6 Промежуточные выводы
  • 3. Динамическая линейная модель контура транцевой плиты
  • 3.1 Расчетная схема
  • 3.2 Допущения, принятые при разработке динамической модели
  • 3.3 Разработка системы дифференциальных уравнений
  • 3.3.1 Определение исходных данных
  • 3.3.2 Система дифференциальных уравнений
  • 3.4 Расчет и построение переходных процессов
  • 3.5 Анализ влияния внешних и внутренних факторов на систему
  • 3.5.1 Учет нерастворённого воздуха в рабочей жидкости
  • 3.5.2 Исследование влияния нагрузки на ГЦ регулятора
  • 3.5.3 Исследование влияния напряжения
  • 3.5.4 Исследование влияния жесткости пружины
  • Заключение
  • Список литературы
  • Приложение

1. Техническое задание на разработку математической модели контура стрелы полноповоротного экскаватора

1. Наименование, основание для разработки, исполнитель

1.1 Наименование курсовой работы: Синтез параметров и моделирование динамических характеристик контура стрелы полноповоротного экскаватора.

1.2 Основание для разработки курсовой работы: Гидравлическая система одноковшового полноповоротного экскаватора с колесным движением по настоящему техническому заданию разрабатывается в соответствии с учебным планом по курсу "Динамика и регулирование гидро - и пневмосистем" специальности 130303 "Энергетическое машиностроение".

1.3 Исполнитель курсовой работы: студент группы ЭМГ-404 Пупышев Е. А.

2. Цель выполнения курсовой работы

2.1 Цель курсовой работы - разработать математическую модель гидравлической системы контура стрелы полноповоротного экскаватора, позволяющую провести анализ внешних и внутренних факторов, влияющих на показатели качества переходных процессов.

2.2 Задачами курсовой работы являются:

· Определение перечня исходных и расчетных параметров системы;

· Расчет статических характеристик;

· Разработка математической модели;

· Расчет динамических характеристик;

· Анализ влияния параметров на переходные процессы.

3. Состав гидравлической системы контура стрелы

3.1 Насос регулируемый;

3.2 Гидроцилиндр регулятора с двухсторонним штоком;

3.3 Гидроцилиндра исполнительный с односторонним штоком;

3.4 2 пропорциональных гидравлических распределителя с электромагнитным управлением;

3.5 Переливной клапан;

4. Основные параметры

4.1 Давление питания в системе: ;

4.2 Максимальная нагрузка на выходном звене исполнительного гидроцилиндра ;

4.2 Максимальная нагрузка на входном звене гидроцилиндра регулятора ;

4.2 Максимальное перемещение штока исполнительно гидроцилиндра ;

4.2 Максимальное перемещение штока гидроцилиндра регулятора ;

5. Программное обеспечение

Приложение программы необходимо выполнить в математическом пакете Maple.

6. Содержание отчета

6.1 Приложение программы.

6.2 Статические и динамические характеристики.

6.3 Анализ влияния внешних и внутренних факторов на показатели качества переходных процессов.

Описание объекта исследования:

Рисунок 1 - Принципиальная гидравлическая схема контура стрелы полноповоротного экскаватора: 1 - регулируемый насос; 2 - переливной клапан; 3 - ГЦ с двухсторонним штоком; 4,5 - пропорциональные ГР; 6 - ГЦ с односторонним штоком

Гидронасос 1, параметры которого должны меняться регулятором, подает жидкость по напорной линии в исполнительный гидроцилиндр 6 через золотниковый распределитель 5 для поддержания заданной оператором скорости перемещения рабочих органов. Регулирование осуществляется с помощью подпитывающего пропорционального распределителя 4 и гидроцилиндра 3.

Насос 1 подает рабочую жидкость к гидроцилиндру 3. Каналы после гидроцилиндра сообщаются распределителем 4. При перемещении золотника распределителя 4 рабочая жидкость через щель подается в полости гидроцилиндра 3, вследствие чего нарушается равновесие поршня, и он, перемещаясь, изменяет угловое положение диска насоса 1, тем самым регулируя подачу насоса 1. Таким образом, в данной системе регулирование параметров насоса 1 осуществляется изменением положения регулирующего гидроцилиндра 3 при перемещении золотника распределителя 4.

стрела полноповоротный экскаватор контур

2. Предварительный расчет контура стрелы полноповоротного экскаватора

2.1 Определение исходных данных

- давление питания;

- коэффициент расхода;

- плотность рабочей жидкости;

- расход рабочей жидкости, производимый насосом;

- давление слива;

2.2 Расчет и построение управляющей характеристики электромеханического преобразователя

2.2.1 Определение исходных данных

- максимальный потребляемый ток;

- время перемещение золотника;

? максимальный ход золотника;

- коэффициент вязкого трения;

2.2.2 Построение управляющей характеристики ЭМП

Зависимость развиваемого усилия от силы тока представлена в виде уравнения

где;

- скорость смещения золотника;

- жесткость пружины;

Рисунок 2 - Управляемая характеристика ЭМП

2.3 Расчет и построение расходно-перепадной характеристики распределителя

Расходно-перепадная характеристика строится по следующей зависимости:

,

где - давление питания;

- коэффициент расхода;

- плотность рабочей жидкости;

- давление слива;

? максимальный ход золотника;

- ширина окна золотника;

Рисунок 3 - Расходно-перепадная характеристика

2.4 Расчет и построение зависимости КПД от времени

КПД находим согласно уравнению:

где - полезная мощность нагрузки,

- затрачиваемая мощность.

Получим зависимость КПД от давления:

Рисунок 4 - Зависимость КПД от давления

2.5 Расчет и построение внешней статической характеристики гидроцилиндра регулятора

2.5.1 Определение исходных данных

- максимальная скорость движения ГЦ регулятора;

- максимальная нагрузка на ГЦ регулятора;

2.5.2 Построение внешней статической характеристики

- доля от максимальной скорости;

- скорость ГЦ;

- доля от максимальной нагрузки;

Рисунок 5 - Внешняя характеристика гидроцилиндра

2.6 Промежуточные выводы

По предварительным расчетам была получена расходно-перепадная характеристика пропорционального распределителя, из которой можно определить значения расходов рабочей жидкости при различных давлениях и величинах открытия щели. Рабочая точка: . При изменении геометрии пропорционального распределителя можно добиться улучшения значений получаемых расходов, и, соответственно, КПД.

При максимальном перемещении золотника пропорционального распределителя (при давлении ) было получено следующее значение КПД .

3. Динамическая линейная модель контура транцевой плиты

3.1 Расчетная схема

Рисунок 6 - Расчетная схема

3.2 Допущения, принятые при разработке динамической модели

1) Золотник имеет нулевое перекрытие;

2) Сухое трение в золотнике и гидроцилиндре отсутствует;

3) Коэффициент расхода принимаем постоянным;

4) Температура жидкости в течении рассматриваемого промежутка времени не изменяется;

5) Модуль объемной упругости для жидкости принимается постоянным.

3.3 Разработка системы дифференциальных уравнений

3.3.1 Определение исходных данных

1. Уравнение электрической цепи:

- номинальное напряжение;

- давление питания;

- активное сопротивление электромагнита;

- сила тока;

- индуктивность обмотки;

- коэффициент противоЭДС.

2. Уравнения движения:

- масса золотника;

- жесткость пружины;

- коэффициент силовой характеристики ЭМП;

- коэффициент вязкого трения;

- масса золотника;

- масса золотника;

- коэффициент вязкого трения;

- коэффициент вязкого трения;

- жесткость пружины;

Н - нагрузка на ГЦ регулятора;

Н - нагрузка на исполнительный ГЦ;

м - перемещение золотника дискретного ГР;

м2 - площадь поршня исполнительного ГЦ;

м - диаметр поршня ГЦ регулятора.

3. Уравнения балансов расхода:

- коэффициент расхода;

- ширина окна золотника;

- плотность рабочей жидкости;

- приведенный модуль упругости жидкости;

- начальный объем сжимаемой жидкости в ГЦ регулятора.

- начальный объем сжимаемой жидкости в исполнительном ГЦ;

- коэффициент вязкого трения;

- момент инерции на валу насоса;

- ширина окна золотника.

3.3.2 Система дифференциальных уравнений

Система состоит из следующих уравнений:

1. Уравнение электрической цепи для гидрораспределителя;

2. Уравнение движения золотника гидрораспределителя;

3. Уравнение баланса расходов через золотник-поршень;

4. Уравнение движения гидроцилиндра регулятора.

5. Уравнение моментов на валу насоса;

6. Уравнение движения золотника гидрораспределителя;

7. Уравнение баланса расходов через насос-гидроцилиндр;

8. Уравнение баланса расходов на сливе;

9. Уравнение движения исполнительного гидроцилиндра.

3.4 Расчет и построение переходных процессов

Рисунок 7 - Зависимость силы тока от времени

Значение силы тока в катушке ЭМП пропорционального ГР достигает максимального значения в 0,114 А. Величина перерегулирования составляет 43%. Время достижения максимума составляет 0,02 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,8 секунды. Установившееся значения тока составляет 0 А. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 8 - Зависимость перемещения золотника пропорционального ГР от времени

Значение перемещения золотника пропорционального ГР достигает максимального значения в 0,001 м. Время достижения максимума составляет 0,02 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,8 секунды. Установившееся значения перемещения золотника составляет 0 м. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 9 - Зависимость перемещения поршня ГЦ регулятора от времени

Значение перемещения поршня ГЦ регулятора достигает максимального значения в 0,02 м. Время достижения максимума составляет 0,5 секунды. Установившееся значения перемещения поршня составляет 0,02 м. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 10 - Зависимость скорости перемещения поршня ГЦ регулятора от времени

Значение скорости перемещения поршня ГЦ регулятора достигает максимального значения в 0,45 м/с. Время достижения максимума составляет 0,02 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,025 секунды. Установившееся значения скорости перемещения поршня составляет 0 м/с. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 11 - Зависимость давления в ГЦ регулятора от времени

Значение давления в ГЦ регулятора достигает максимального значения в 25•106 Па. Время достижения максимума составляет 0,5 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,5 секунды. Установившееся значения давления составляет 25•106 Па. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 12 - Зависимость перемещения золотника дискретного ГР от времени

Значение перемещения золотника дискретного ГР достигает максимального значения в 0,001 м. Время достижения максимума составляет 0,6 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,6 секунды. Установившееся значения перемещения золотника составляет 0,001 м. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 13 - Зависимость угла поворота вала насоса от времени

Угол поворота вала насоса достигает значения в 14,8 рад через 0,5 секунд.

Рисунок 14 - Зависимость давления в исполнительном ГЦ от времени

Значение давления в исполнительном ГЦ достигает максимального значения в 20•106 Па. Время достижения максимума составляет 0,002 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,002 секунды. Установившееся значения давления составляет 20•106 Па. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 15 - Зависимость перемещения поршня исполнительного ГЦ от времени

Значение перемещения поршня исполнительного ГЦ достигает максимального значения в 0,1 м. Время достижения максимума составляет 01 секунда. Время всего переходного процесса занимает 1 секунда. Установившееся значения перемещения поршня составляет 0,1 м. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

Рисунок 16 - Зависимость расхода насоса от времени

Значение расхода насоса достигает максимального значения в 0,375 м3/с. Время достижения максимума составляет 0,5 секунды. Время всего переходного процесса занимает 0,5 секунды. Установившееся значения расхода насоса составляет 0,375 м3/с. Все это говорит о хорошем быстродействии системы.

При анализе динамических характеристик было выявлено, что все полученные значения удовлетворяют заданным, ни одна не превысила максимально допустимое значение.

3.5 Анализ влияния внешних и внутренних факторов на систему

3.5.1 Учет нерастворённого воздуха в рабочей жидкости

Для того, чтобы учесть влияние газосодержания на работу гидропривода в математической модели, используется переменный модуль упругости, предложенный Е.А. Цухановой [4]:

где - процентное содержание воздуха, принимаем =0,2% [5];

n - показатель политропы.

Тогда система дифференциальных уравнений примет вид:

Рисунок 17 - Влияние учета нерастворенного воздуха на давление в ГЦ регулятора

Из графика видно, что увеличение процентного содержания воздуха в рабочей жидкости приводит к появлению просадки. Вследствие содержания нерастворенного воздуха в рабочей жидкости возрастает сжимаемость жидкости, что может явиться причиной возникновения колебаний как отдельных элементов гидросистемы, так и целых цепей управления.

3.5.2 Исследование влияния нагрузки на ГЦ регулятора

Допустим, что нагрузка на ГЦ регулятора отсутствует, тогда:

Рисунок 18 - Влияние нагрузки на ГЦ регулятора на силу тока

Из-за отсутствия нагрузки на ГЦ регулятора повышается быстродействие системы и значения силы тока достигает максимального значения 0,2 А почти мгновенно, что и требовалось в начальных условиях.

3.5.3 Исследование влияния напряжения

Рисунок 19 - Влияние изменения напряжения на силу тока

При уменьшении напряжения до 15 В максимальное значение тока уменьшается на 9,65% с 0,114 А до 0,103 А, время достижения максимума увеличивается на 0,1 секунд. При увеличении напряжения до 35 В максимальное значение тока увеличивается на 5,26% с 0,114 А до 0,12 А, время достижения максимума уменьшается на 0,05 секунд. Время переходного процесса не меняется при изменении напряжения.

Рисунок 20 - Влияние изменения напряжения на перемещение золотника

При уменьшении напряжения до 15 В максимальное значение перемещения золотника пропорционального ГР уменьшается на 8% с 0,001 м до м, время достижения максимума увеличивается на 0,1 секунд. При увеличении напряжения до 35 В максимальное значение увеличивается на 3% с 0,001 м до м, время достижения максимума уменьшается на 0,05 секунд. Время переходного процесса не меняется при изменении напряжения.

3.5.4 Исследование влияния жесткости пружины

Рисунок 21 - Влияние изменения жесткости пружины на перемещение золотника

При уменьшении жесткости пружины до 600 Н/м максимальное значение перемещения золотника пропорционального ГР увеличивается на 40% с 0,001 м до м, время достижения максимума увеличивается на 0,03 секунд. При увеличении жесткости пружины до 1400 Н/м максимальное значение уменьшается на 22% с 0,001 Н/м до Н/м, время достижения максимума уменьшается на 0,03 секунд. Время переходного процесса при уменьшении жесткости пружины уменьшается с 0,8 до 0,5 секунд.

Рисунок 22 - Влияние изменения жесткости пружины на перемещение поршня

При уменьшении жесткости пружины до 600 Н/м время достижения максимума уменьшается с 0,5 до 0,1 секунд. При увеличении жесткости пружины до 1400 Н/м время достижения максимума увеличивается на 0,03 секунд. Время переходного процесса при уменьшении жесткости пружины уменьшается с 0,5 с до 1 с.

Рисунок 23 - Влияние изменения жесткости пружины на расход насоса

При уменьшении жесткости пружины до 600 Н/м максимальное значение время достижения максимума уменьшается с 0,5 до 0,2 секунд. При увеличении жесткости пружины до 1400 Н/м время достижения максимума увеличивается с 0,5 до 0,8 секунд.

По результатам исследования влияния жесткости пружины было выявлено, что не рекомендуется увеличивать жесткость пружины, т.к. это плохо влияет на быстродействие системы.

Заключение

1) Был проведен статический расчет характеристик пропорционального распределителя и гидроцилиндра на расчетном режиме. Построена расходно-перепадная характеристика для пропорционального распределителя и выявлена расчетная точка на характеристике при . Построена зависимость КПД системы от Р при разных степенях перемещения золотника и выявлено значение КПД при . Также была рассчитана и построена статическая характеристика электромеханического преобразователя.

2) Разработана математическая модель контура стрелы полноповоротного экскаватора.

3) Рассчитаны динамические характеристики системы. Построены переходные процессы , .

4) Проведен анализ влияния внутренних и внешних факторов на вид переходных процессов, в частности влияние напряжения и жесткости пружины, а также влияние нерастворенного воздуха в жидкости и нагрузки на ГЦ регулятора.

5) При анализе переходных процессов были выявлены время достижения первых максимумов, максимальные значения, премя переходных процессов, а также установившиеся значения, которые удовлетворяют заданным условиям.

Переходные процессы, полученные при введении нелинейности наличие нерастворенного воздуха в рабочей жидкости, показывают, что увеличение процентного содержания воздуха в рабочей жидкости приводит к появлению просадки. Вследствие содержания нерастворенного воздуха в рабочей жидкости возрастает сжимаемость жидкости, что может явиться причиной возникновения колебаний как отдельных элементов гидросистемы, так и целых цепей управления.

Также было выявлено, что при уменьшении нагрузки на ГЦ регулятора до нуля достигается максимально допустимое значение силы тока в катушку ЭМП.

Список литературы

1. Русак А.М., Целищев В.А. Проектирование электрогидравлических усилителей. Учебное пособие ? Уфа, УГАТУ, 1996.48с.

2. Русак А.М. Расчет характеристик электрогидроусилителей систем управления летательных аппаратов. Учебное пособие - Уфа, УАИ, 1986.82с.

3. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. М.: Машиностроенние, 1979.

4. Е.А. Цуханова. Динамический синтез дроссельных управляющих устройств гидроприводов. М., "Наука", 1978.

5. Влияние нерастворенного воздуха на рабочие характеристики гидромеханического привода летательного аппарата [Электронный ресурс]. URL: https: // cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-nerastvorennogo-vozduha-na-rabochie-harakteristiki-gidromehanicheskogo-privoda-letatelnogo-apparata (дата обращения 30.04.18).

6. Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов/ Д.Н. Попов, С.А. Ермаков, И.Н. Лобода и др., Под ред.Д.Н. Попова. - М.: Машиностроение, 1978. - 142с., ил.

7. Попов Д.Н. Механика гидро - и пневмоприводов: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 320с., ил.

8. Быстров Н.Д. Расчет и математическое моделирование электрогидравлического следящего привода. Методические указания для выполнения курсовой работы - Самара, СГАУ им. С.П. Королева, 2010, 22 с.

9. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро - и пневмосистем. Учебник для машиностроительных вузов.М., "Машиностроение", 1976.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

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.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас