Система управления подъемно-транспортными средствами самолета типа Ил-76

Размещено на http://allbest.ru/

Тема: Система управления подъемно-транспортными средствами самолета типа Ил-76

Исходные данные

1. Вес грузов - до 100 000 Н.

2. Высота подъема и спуска - до 6 м.

3. Скорость подъема - 2 см/с (при работе 2-х электродвигателей).

4. Режим работы - ПКР: 5 циклов спуск-подъем с интервалом 1 мин., затем полное охлаждение.

1. Дать обзор и краткий анализ технических характеристик подъемно-транспортных средств воздушных судов ГА.

2. Обосновать основные технические требования и состав агрегатов типовой системы привода.

3. Рассчитать потребную мощность двигателя и проверить его на нагрев в заданном режиме.

4. Построить переходный процесс и определить время движения под нагрузкой и холостом ходе.

5. Произвести подбор коммутационной аппаратуры системы управления.

Разработка принципиальной электросхемы:

Схема управления лебедкой.

Разработка конструкции:

Электромеханизм привода лебедки.

Методические указания:

С целью повышения надежности в качестве привода применить механизм повышенной надежности.

1. Обзор и краткий анализ технических характеристик подъемно-транспортных средств воздушных судов ГА

К ним относятся подъемные краны различной грузоподъемности, гидравлические и пневмотканевые подъемники, домкраты, лебедки и прочее.

Современные подъемные краны в подавляющем числе монтируются на шасси воздушных судов. Они используются при съемке и установке авиационных двигателей и других тяжеловесных и крупногабаритных частей летательных аппаратов.

Применяются также и несамоходные полевые подъемные краны, имеющие обычно небольшую грузоподъемность и ручной привод. Грузоподъемники и домкраты применяются для подъема летательных аппаратов при проверке работоспособности механизмов подъема и выпуска шасси, техническом обслуживании органов приземления, а также при нивелировке летательных аппаратов. Подъемники и домкраты разрабатываются и изготавливаются, как правило, для каждого типа летательных аппаратов.

Пневмотканевые подъемники применяются для подъема самолетов, совершивших посадку с убранными шасси или потерпевших летное происшествие с повреждением шасси.

2. Обоснование основных требований и состава агрегатов типовой системы привода

Основное требование, предъявляемое к системам автоматического управления электроприводами - надежность.

При рассмотрении вопроса надежности схемы управления полная надежность системы обеспечивается за счет аппаратурной и схемной (структурной) надежности. При этом аппаратурная надежность достигается использованием надежных материалов при изготовлении отдельных элементов и устройств систем управления с учетом особенностей данного режима и условий работы самого аппарата.

Структурная надежность будет выше, если в системе применять однотипную аппаратуру с наименьшим количеством элементов и соединительных проводов, правильно выбрать схему всей системы, а также предусмотреть необходимое (целесообразное) резервирование.

На рис.1. представлена функциональная схема электропривода, состоящего из электродвигателя (ЭД), редуктора (Р) и исполнительного механизма (ИМ).

Размещено на http://allbest.ru/

Рис.1. Функциональная схема привода

Исполнительный механизм (ИМ) характеризуется моментом инерции нагрузки I^?_н, диссипативным моментом сопротивления М_с и угловой скоростью щ.

Редуктор имеет передаточное отношение i = щ / щ?, а потери в нем определяются моментом трения М_т.

Электродвигатель в соответствии с механической характеристикой обладает вращающим моментом М_д при угловой скорости щ, а также моментом инерции I_д.

Уравнение, характеризующее электропривод имеет вид:

Мд = Мс + Мт + (Iд +Iн) *	d щ	+	щ?	*	d Iн
	d t		2		d L

где М_с = М_с / i - момент сопротивления ИМ, приведенный к валу двигателя,

I_н = l^?_н * 1/ i ? - момент инерции, приведенный к валу двигателя.

Электроприводы, применяемые на ЛА по виду функциональных схем подразделяются на 2 класса: с разомкнутой и замкнутой схемами.

Управление электроприводом с разомкнутой схемой может осуществляться как автоматизированным управляющим устройством (например, электропривод уборки и выпуска шасси), так и автоматическим управляющим устройством (например, запуск авиационного двигателя электрическим стартером от реле времени).

Электропривод с замкнутой функциональной схемой содержит обратные связи, электрические или кинематические (приводы с автоматическим регулированием частоты вращения, следящие приводы с программным управлением).

Управление автоматизированными приводами может быть сведено к выполнению ряда основных операций: пуску, торможению, реверсированию или стабилизации частоты вращения. В подавляющем большинстве случаев управление приводом осуществляется путем воздействия на электрический двигатель.

Статические свойства двигателей как объектов управления определяются семействами:

1. механических характеристик - зависимостей угловой скорости щ от развиваемого двигателем вращающего момента М_д: щ = щ(М_д) при некоторых постоянных значениях управляющего воздействия х = const;

2. регулировочных характеристик щ = щ(х) при М_д = const.

В случае управления приводом путем воздействия на двигатель - передаточная функция привода двигателя с исполнительным механизмом имеет вид:

Wх(Р) =	К
	ТР + 1

т.е. является инерционным звеном с постоянной времени Т и передаточным коэффициентом К.

Управляющее устройство представляет собой простейшую многотактную релейно-контакторную схему, включающую:

1. исполнительные элементы - электромеханизмы повышенной надежности двигателями Д₁ и Д₂;

2. промежуточные элементы - контакторы К₁, К₂ и т.д.;

3. воспринимающий элемент - переключатель.

3. Выбор электродвигателя

транспортный воздушный электропривод двигатель

Мощность двигателя может быть определена по формуле:

Р =	Gт * V
	з

где з - коэффициент полезного действия системы передач.

При работе одного двигателя V = 0,01 м/с

Вводя поправку, учитывающую увеличение нагрузки на привод при понижении температуры на 1°С, равную 0,5 - 0,9 % на 1°С и принимая з = 0,8, получим:

Р =	100 000 * 0,01 * 1,72	= 2 150 Вт
	0,8

Коэффициент 1,5 применен, так как увеличение нагрузки приняли равным 0,9 % на 1°С, а перепад температуры от 20 до - 60°С составляет 80°С: 0,9 * 80 = 72 %

Берем АДС - 3 000 АТВ - трехфазный, асинхронный, с короткозамкнутым ротором, со встроенной электромагнитной муфтой сцепления - торможения, которая служит для сцепления редуктора с валами электродвигателей при включении лебедки и для торможения (блокировки на корпус) редуктора, а следовательно, и барабана при отключении электродвигателей. Питание на электродвигатели лебедок - переменный трехфазный ток напряжением 200 В ± 5 %, частотой 400 Гц ± 2 % подводится от ЦРУ31 и ЦРУ32 через автоматы защиты А33К - 20. «Левая лебедка» 1 двигатель, 2 двигателя и А33К-20. «правая лебедка» 1 двигатель, 2 двигателя. Обмотка электромагнитной муфты питается постоянным током напряжением 27 В.

щ_дн = 840 с^-1 М_дн = 3,57 н.м.

Момент инерции ротора: l = 30 * 10^-4 кг м²

4. Проектирование принципиальной кинематической схемы электропривода

Определим передаточное отношение системы передач

i =	щдн
	щб

где щ_дн - номинальная скорость вращения электродвигателя,

щ_б - скорость вращения барабана,

щб = V /	Дб
	2

Д_б - диаметр барабана Д_б = 0,4 м

щб =	0,01	= 0,05
	0,2
i =	840	= 16 800
	0,05

Принципиальную кинематическую схему электропривода в соответствии с предъявляемыми требованиями выполним следующим образом (рис.2.).

Двигатели Д1 и Д2 через электромагнитные муфты сцепления - торможения (ЭММ) соединимы с планетарными редукторами Р и через суммирующую передачу РД (редуктор дифференциальный с фрикционной многодисковой муфтой ФМ (которая служит для ограждения передаваемого момента) и барабаном лебедки БЛ.

Размещено на http://allbest.ru/

Рис.2. Принципиальная кинематическая схема лебедки

где Д1, Д2 - электродвигатели,

ЭММ - электромагнитные муфты сцепления - торможения,

Р - редуктор планетарный,

РД - редуктор дифференциальный (суммирующий),

ФМ - фрикционная муфта,

БЛ - барабан лебедки.

5. Расчет нагрузочных диаграмм электропривода

1. По электромеханическим характеристикам и данным электродвигателя строим его механическую характеристику (Рис.3).

2. Вычисляем длину отрезка ОА, соответствующую l = 30 * 10^-4

ОА =	30 * 10-4	= 113 н.м.
	2,65 * 10-5

3. Приведем момент сопротивления исполнительного механизма к валу двигателя (при подъеме груза)

Мс.п. =	Мм
	I * з

где М_с.п. - момент сопротивления на валу двигателя,

М_м - момент на барабане лебедки,

i - передаточное отношение редуктора,

з - к.п.д. системы передач.

М_м = G_{г *} r

где G_г - вес грузов,

r - радиус барабана лебедки r = 0,2 м.

Мс.п. =	100 000 * 0,2 * 1,72	= 2,56 н.м.
	16 800 * 0,8

Коэффициент 1,72 вводим для учета увеличения нагрузки на электропривод при понижении температуры.

4. Строим кривую разгона щ = f (t).

Для облегчения условий пуска электропривод запускается следующим образом. В начале включается электродвигатель. Происходит разгон от точки О до точки А (рис.4.) на холостом ходу, т.е. электромагнитная муфта отключена. Когда скорость достигнет щ₀ = 850 с^-1 включается электромагнитная муфта. При этом, как видно из графика, динамический момент отрицательный, поэтому от точки а до точки в скорость вращения двигателя уменьшается. Установившаяся скорость соответствует положению Мд = Мс.

5. Строим зависимость Мд = f (t) , которая необходима для проверочного расчета двигателя на нагрев.

6. Построив кривую Мд = f (t), производим ее ступенчатую аппроксимацию.

6. Проверочный расчет двигателя на нагрев

Рассчитываем двигатель на нагрев методом эквивалентного момента. При этом пренебрегаем временем торможения при подъеме и спуске груза.

1. Определяем время работы привода на отдельных участках цикла.

Время переходного процесса при разгоне двигателя (рис.4.) равно 0,5 сек. Для подсчета эквивалентного момента М_{д экв.} На данном участке на графике указано время, соответствующее различным значениям М_ср на отдельных участках переходного процесса.

2. Вычисляем моменты сопротивления на отдельных участках цикла. Момент сопротивления при подъеме: М_с.п. = 2,56 н.м.

Принимая потери в передачах при подъеме и спуске груза одинаковыми, можно вычислить вращающийся момент при спуске М_с.с. по формуле:

М_с.с. = М_с.п. *(2з - 1) = 2,56 * (2 * 0,8 - 1) = 1,54 н.м.

Момент двигателя при разгоне:

М_д = v((11,3? * 0,12 + 9,68? * 0,10 + 8? * 0,09 + 6,4? * 0,028 + 4,5? * 0,09 + 1,65? * 0,12) / 0,5) = 5,4 н.м.

Определим относительную продолжительность включения для режима двигателя в приводе лебедки (при работе одного двигателя):

? =	? tр
	tц

? _tр = 60 * 4 = 240 с.

t_п = 60 с. + 600 с. = 660 с.

T_дв. = 10 мин. - время полного охлаждения двигателя

E = 240 / 660 = 0,364

Проверяем электродвигатель на нагрев с учетом относительных продолжительностей включения.

М_{д =} М_{д экв.} v (E / E_д) = 3 * v(0,364 / 03) = 3,3 н.м.

гдеE_д - коэффициент термической перегрузки, на которую рассчитан двигатель, выбранный по каталогу,

Е - коэффициент термической перегрузки, с которой работает выбранный двигатель в приводе лебедки.

Номинальный момент выбранного двигателя М_д.н. = 3,57 н.м. Следовательно, выбранный двигатель в тепловом отношении достаточно нагружен.

7. Произвести подбор коммутационной аппаратуры системы управления

В летательных аппаратах преимущественное распространение получило автоматическое управление электроприводами. Управление электроприводами заключается в пуске, регулировании, а также в стабилизации скорости вращения в соответствии с заданной программой.

Автоматизация упрощает использование электромеханизмов, дает возможность осуществить дистанционное управление электроприводом, что особенно важно в условиях работы летательных аппаратов.

Для автоматического управления электроприводами применяют различные коммутационные аппараты:

ь контакторы,

ь реле, автоматы,

ь регуляторы,

ь кнопки,

ь концевые выключатели,

ь сигнальные устройства,

ь электромагнитные муфты,

ь аппараты токовой защиты.

Рассмотрим работу электросхемы привода лебедки. При повороте рукоятки пульта в направлении «Подъем» в первом дикслюванном положении срабатывает выключатель В1, замыкая свои нижние контакты. При этом + 27 В от выпрямительного трехфазного двухполупериодного диодного моста Д1?6 через включенный АЗС, штырек 5 штемпельного разъема ШР 2, нижние контакты В1, штырек 4 (ШР2) поступит на 1-ый контакт Р7, 9-ю клемму У1 и третью клемму У3.

В первый момент +27 В. через размыкающие контакты 1 и 2 Р7, штырек 3 (ШР2), замкнутые блокировочные контакты В3 пульта управления, штырек 9 (ШР2) блока управления, штырек 6 (ШР3) блока управления, замкнутые контакты КВ3,штырек 5 разъема ШР3, подается на обмотку контактора Р2, который срабатывает и замыкает три пары своих контактов. При этом напряжение 200 В. через предохранители Пр1?3 замкнутые контакты Р1 и Р2 подается на клеммы 1, 3 и 5 блока У1, через первичные обмотки токовых трансформаторов, клеммы 2, 4 и 6, штырьки 1,2 и 3 разъема ШР5, на электродвигатель Д1. В то же время от токовых трансформаторов в блоке У1 срабатывают три реле, которые своими контактами, соединенными последовательно, шунтируют размыкающие контакты 1 и 2 Р7, подготавливая цепь к размыканию последних.

При включении под напряжение двигатель Д1 разгоняется без нагрузки до скорости, примерно равной щ₀ , затем включается электромагнитная муфта.

Время задержки реле У3 - 0,3 секунды и определяется из нагрузочных диаграмм. Такой способ включения электропривода облегчает условия пуска и уменьшает потери энергии при переходном режиме. При срабатывании У3 на клемму 2 подается напряжение + 27 В., которое поступает на обмотку Р7, контактор Р7 срабатывает и контактами 5 и 6, во-первых, блокирует себя от выключения, во-вторых, через контакты 2 и 3 подает питание на обмотку контактора Р5. Последний срабатывает и замкнутыми контактами 1 и 2 от АЗС подает + 27 В через штырек 5 ШГ5 блока управления на обмотку электромагнитной муфты сцепления - торможения - ЭММ. Барабан лебедки получит первую скорость (0,01 м/с)в сторону уборки троса. При дальнейшем повороте рукоятки во втором фиксированном положении срабатывает выключатель В2 и через 2ой штырек + 27 В. подается на первый контакт Р8, 9-ю клемму У2 и 3-ю клемму У4. В первый момент + 27 В. через замкнутые контакты 1 и 2 Р8, через 1-й штырек ШР2, замкнутые блокировочные контакты В4 пульта управления, через 11-ый штырек ШР2, 8-ой штырек ШР3, замкнутый концевой выключатель КВ4, штырек 7 ШР3 подается на обмотку Р4.

Контактор Р4 срабатывает и своими тремя парами контактов подает 200 В. через предохранители ПР4?6 на клеммы 1, 3 и 5 У2; затем через первичные обмотки токовых трансформаторов, клеммы 2, 4 и 6 У2; 1, 2 и 3 штырьки ШР4 на электродвигатель Д2. Двигатель разгоняется до скорости примерно равной щ₀.

В то же время от токовых трансформаторов через выпрямительные мостики срабатывают три реле, которые своими контактами, соединенными последовательно, шунтируют размыкающие контакты 1 и 2 Р8, подготавливая цепь к размыканию последних. Через 0,3 секунды реле У4 подает + 27 В. на клемму 2, с которой питание подается на обмотку Р8.

Контактор Р8 срабатывает и, во-первых, блокирует себя от выключения контактами 5 и 6, во-вторых, через контакты 2 и 3 подает питание на реле Р6, включающие электромагнитную муфту электродвигателя Д2. Произойдет зацепление с редуктором и барабан получает вторую скорость (0,02 м/сек.).

Размещено на Allbest.ru