Расчет электромеханических и электрогидравлических рулевых приводов (стр. 2 из 6)

Также выберем приводной электродвигатель по каталожным данным электрических машин в соответствии с выбранной рулевой машиной.

Технические данные электрогидравлической рулевой машины.

Тип рулевой машины – Р04;

Число рулей – 2;

Момент на баллере – 9800 Н/м;

Число цилиндров – 2;

Давление в цилиндре – 980*10⁴ Н/м²;

Тип гидравлического насоса – ПМ№0,5;

Число насосов – 1;

Потребная мощность – 0,7 кВт;

Частота вращения – 1400 об/мин;

Габариты: А=1950;

В=850;

Н=885;

Масса машины – 790 кг.

Технические характеристики двигателя постоянного тока:

Тип электродвигателя П21

Мощность – 0,7 кВт;

Ток номинальный – 4,3А

Частота вращения– 1500 об/мин;

КПД – 73%;

Маховый момент – 0,0420 кг*м²;

Определение параметров ЭГ системы в динамическом режиме.

Дифференциальное уравнение движения при постоянном передаточном числе, т.е. при неизменном положении исполнительного механизма, имеет вид:

Q_факт=m_ц*S*dH/dt,

где Q_факт – производительность гидравлического насоса;

m_ц – количество пар цилиндров гидравлической машины;

S – площадь поперечного сечения гидроцилиндра;

H – ход плунжера.

Расчет выполняется методом конечных приращений, при предположении, что для изменения хода плунжера на величину ∆h необходим промежуток времени ∆t:

Q_факт*∆t=V_{ц max}*∆h;

Расчет ведется в табличной форме, где необходимые параметры в относительных единицах определяются в зависимости от угла перекладки руля, считая от максимального угла перекладки пера руля на один борт (-α_max) до максимального угла на другой борт (+α_max) в соответствии с полученной ранее нагрузочной диаграммой М_б=f(α). Все результаты вычислений приведены в таблице2 и таблице3, в соответствии с которыми построены графики на рисунках2 и 3 соответственно.

Значение функции относительно хода плунжера:

h*=f(α)=H_i/H_max=tgα/tgα_max;

Значение давления нагнетания насоса в относительных единицах в функции угла перекладки:

где η_б=0,8-0,85 – механический КПД баллера;

η_п =0,9-0,95– КПД передаточного механизма;

V_ц.р. – рабочий объем цилиндра, м³;

∆P* =0,2- относительные потери нагнетания.

Давление в цилиндре гидропресса, связанного общей гидравлической системой с гидронасосом, будет отличаться от давления в цилиндре насоса только величиной потерь в соединительных трубопроводах и арматуре. Эти потери можно подсчитать по известным формулам гидродинамики. Для упрощения расчетов величину этих потерь можно взять равной 20% от номинального давления насоса, тогда:

Р*_ц=Р*_нас-∆Р*.

Диаметр скалки и величину ее полного перемещения определяют исходя из максимально возможных значений давления Р и момента М,

, м,

где m_ц – количество пар цилиндров;

Р_m = P_нас.max=157·10⁵ Н/м² – наибольшее давление в системе;

η_n = η_б· η_с· η_m = 0,85÷0,95 – полный КПД, учитывающий потери на трение во всех узлах системы привода (баллера, скалки, шарнира).

= 0,061 м

Полное перемещение скалки:

Н_m = L₀ · tg α_max

L₀ ≈ 3D_ц

Н_m = 3 · 0,054 · 0,7 = 0,1134

Рабочий объем цилиндра:

, м³

= 0,000382 м³

Давление в цилиндре гидропресса:

,

где Q_мн = 0,15·10^-3 М³/с – секундная производительность насоса;

n – число оборотов вала в секунду.

м³

Значение относительного момента двигателя в функции угла перекладки:

- при положительных моментах на баллере.

- при отрицательных моментах на баллере,

т.к. отрицательное значение принимаем равным 0.

Коэффициент мощности:

.

где

= 0,762

КПД электродвигателя:

.

Относительная частота вращения определяется как отношение рабочих частот к частоте Х.Х. Рабочие частоты можно определить по рабочей части механической характеристики двигателя, в соответствии с его паспортными данными:

v=n/n₀.

На основании данных расчетной таблицы строим графики зависимости основных параметров привода от хода скалки гидроцилиндра.

Таблица 2

α,град	Mб,Н/м	tg α	cos α	h*	P*ц	P*нас
35	8893,5	0,699746	0,81933	1	0,967264	1,167264
30	7608,883	0,576996	0,866158	0,82458	0,924848	1,124848
25	5336,1	0,466038	0,906401	0,666011	0,710264	0,910264
20	1086,983	0,36377	0,939753	0,51986	0,155527	0,355527
15	-2549,47	0,267807	0,96596	0,38272	-0,38541	-0,18541
10	-3409,18	0,176236	0,984823	0,251857	-0,5357	-0,3357
5	-2766,87	0,087444	0,996199	0,124965	-0,44487	-0,24487
0	0	0	1	0	0	0,2
-5	2766,867	-0,08744	0,996199	-0,12497	0,444872	0,644872
-10	3409,175	-0,17624	0,984823	-0,25186	0,535699	0,735699
-15	2549,47	-0,26781	0,96596	-0,38272	0,38541	0,58541
-20	-1086,98	-0,36377	0,939753	-0,51986	0	0,2
-25	-5336,1	-0,46604	0,906401	-0,66601	0	0,2
-30	-7608,88	-0,577	0,866158	-0,82458	0	0,2
-35	-8893,5	-0,69975	0,81933	-1	0	0,2

Таблица3

α,град	ηмех	m*дв	cos φ	ηдв	ν*	M,Н/м	ω,рад/с	n,об/мин
35	0,91	1,236403	0,777521	0,675117464	0,878981	7,91298	138	1318,471
30	0,92	1,176426	0,761927	0,677133488	0,859873	7,529125	135	1289,809
25	0,915	0,946132	0,687271	0,679666471	0,917197	6,055242	144	1375,796
20	0,8	0	0	0	0,942675	0	148	1414,013
15	0,74	0	0	0	1	0	157	1500
10	0,81	0	0	0	1	0	157	1500
5	0,825	0	0	0	1	0	157	1500
0	0,8	0,185959	0,182825	0,43307756	0,987261	1,190138	155	1480,892
-5	0,925	0,646295	0,542799	0,659571585	0,993631	4,136286	156	1490,446
-10	0,92	0,74946	0,599724	0,671008091	0,987261	4,796546	155	1480,892
-15	0,9	0,597558	0,512953	0,651736871	0,955414	3,824368	150	1433,121
-20	0,8	0,262073	0,253511	0,510338454	0,942675	1,677266	148	1414,013
-25	0,8	0	0	0	1	0	157	1500
-30	0,8	0	0	0	1	0	157	1500
-35	0,8	0	0	0	1	0	157	1500

Рис. 3. Графики основных параметров ЭГ привода.

3. Проверка электродвигателя на нагрев

Для построения нагрузочной характеристики электродвигателя i=f(t) рассчитываем продолжительность перекладки пера руля в установившемся режиме, располагая текущими значениями расчетных параметров и задавая ∆h_i: