СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ. Курсовая раб. по автом-ке. Правила эксплуатации и технического обслуживания. Технические требования к регуляторам частоты вращения. Расчет динамических характеристик судового двигателя
 Скачать 1 Mb.
|
|
Уравнение динамики усилителя. Изменение выходной сигнал координаты усилителя  определяются движением поршня сервомотора. Движение поршня зависит от двух факторов: от действующих на поршень сил и от гидродинамического процесса перетекания жидкости. За входную координату усилителя  принимается перемещение т. С, т.е. управляющего золотника.При движении поршня сервомотора, на него могут действовать следующие силы: Силы давления масла, равные  , где  - площади поршня сервомотора; силы веса G; силы сухого и жидкостного трения  и  , силы внешнего сопротивления R со стороны передаточного механизма к регулирующим органом, присоединенных элементов обратных связей и элементов, реализующие функции регуляторов, силы инерции масс поршня и всех присоединенных к нему элементов  , которые равны  .Движение поршня сервомотора на основании условия действия сил может быть описано следующим уравнением:  С другой стороны, движение поршня определяется процессом перетеканием жидкости. Объем V, вытесняющий поршнем из нижней полости в ед. времени, в соответствии с сплошности потока определяется:  где  - это скорость истечения жидкости через окна золотника.  -открытия окон золотником, являющиеся функцией входной координаты усилителя , т.е. перемещение золотника;  - коэффициент объема  , вытесняемого поршнем сервомотора, можно представить в виде: В дальнейшем с целью упрощения будем пренебрегать влиянием сил веса, сил сухого и жидкостного трения, а также будем считать, что сила сопротивления  , что протечки отсутствуют, жидкость несжимаема, давление слива и коэффициент истечения  , давление верхней полости (неуправляемой полости) постоянно и равно давлению в источнике питания – аккумуляторе  . С учетом перечисленных условий запишется так:  Если дополнительно к отличительным условиям полагать, что сила инерции несоизмеримо малы по сравнению с силой, развиваемой поршнем сервомотора, то:   А движение поршня сервомотора будет определяться только процессом и условиями перетекания жидкости – уравнение 6, которое в приращениях запишется так:  причем в линейном приближении:  Линеаризованное уравнение движения поршня сервомотора, поскольку  , примет вид: Введя относительные координаты  и  , запишем: Разделив почленно номинальный расход жидкости через окна  , получим: где  - время сервомотора;  ;  - безразмерный коэффициент пропорциональности:  Если ширина окон золотниковой втулки не изменяется по высоте, то  и уравнение усилителя запишется так:  В случае, когда влиянием сил инерции движущихся масс пренебречь нельзя, движение усилителя будет определяться как условие действия сил, как и условиями перетекания жидкости. Рассмотрим этот случай и получим уравнение движения усилителя. Уравнение действия сил в приращениях примет вид:  Линеаризованное уравнение сплошности потока приращениях, учитывая функциональную зависимость для объема, вытесняемого поршнем сервомотора запишем:  Решив совместно оба уравнения, исключив при этом  , в относительных величинах, получим: где  инерциальное время сервомотора. ; - время сервомотора. ; - безразмерный коэффициент пропорциональности, зависящий от формы окон и выбранного начального режима:  Уравнение движения изодромной обратной связи (ИОС) Как видно из схемы представленной на рисунке, связь состоит из двух последовательно соединенных звеньев: механического (рычажного) и гидравлического. Связь охватывает только усилитель и является кинематическим. Только Е рычага 1 получает движение от сервомотора, и ее перемещение служит входной координатой ИОС  .Координаты выхода из механического звена является промежуточным. Она равна входной точки G. Обозначим эту координату через Y без индекса. Гидравлическое звено состоит из задающего поршня 3, дроссельного игольчатого клапана 4 и приемного поршня 5 с пружинами 6. Перемещение приемного поршня служит входной координаты изодромной обратной связи Y и равна перемещению точки Q. Задающий поршень 3 перемещает приемный 5через гидравлическую полость, давление в которой измеряется и зависит от скорости движения задающего и принимающего поршней, а также от расхода через дроссель 4. Избыток давления (или разряжения) в полости стечением времени исчезает из-за перетекания рабочей среды через дроссельный клапан. Поэтому в равновестном состоянии приемный поршень может занимать лишь одно положение, соответствующий равенству нулю сил действия пружин. Выходная координата ИОС в равновестном состоянии равна нулю. Через окна 5 осуществляется слив (или подсос масла) при перемещении приемного поршня на величину, превышающую высоту окон 5. Движение изодромной обратной связи опишем уравнением движения ее математические линейные модели. При движении механического звена усилителя со стороны входной координаты значительно превышает инерционные силы и силы сопротивления. Это позволяет не учитывать влияние масс и сил сопротивления на характер движения. Связь между входной координатой и промежуточной Y будет определяться геометрическими соотношениями и описываться статической зависимостью приращениях:  где  - коэффициент пропорциональности, зависящий от положения точки опоры  , то есть от угла  установки рычага 2:  При переходе к относительным координатам, получим:  где  - коэффициент усиления ИОС – безразмерная величина, равна Уравнение движения гидравлического звена может быть получена на основании условия баланса сил, действующих на приемный поршень, с учетом процесса перетекания жидкости через игольчатый клапан. В общем случае на приемный поршень действует: - сила действия рабочей жидкости  ;- сила сжатия и растяжения пружин  (если пружины защемлены, то ); - сила инерции переведенных масс поршня и присоединенных к нему масс жидкости и рычагов  ; - сила жидкостного трения сопряжения приемный поршень-втулка  ;- сила внешнего сопротивления  , действующего на приемный поршень со стороны присоединенный к его штоку деталей, включающая управляющий золотник;- сила сухого трения  .С целью упрощения выводов будем пренебрегать силами сухого трения силами внешнего сопротивления , тогда уравнение баланса сил запишется так: Переходя к приращениям и учитывая, что площадь приемного поршня и жесткость пружины С - const, получаем:  Изменения давления рабочей жидкости  . Определяется условиями перетекания через дроссельный клапан. Объемный расход  через клапан равен  .где  площадь проходного сечения клапана; - скорость истечения жидкости. Получая процесс истечения ламинарным, при котором скорость истечения пропорционально перепаду давления , для объемного расхода через клапан получим  где  - коэффициент расхода.В соответствии сплошности потока расход через дроссельный клапан должен быть равен разности объемов, описываем задающим и приемным поршнями в единицу времени, т.е.:  Это условие позволяет определить изменение давления  . После подстановки в уравнении (15) будет:  При переходе к безразмерной форме записи введем относительные координаты  ,  и учтем уравнение движения механического звена .Получим уравнение, связывающее входную и выходную  координаты изодромной ОС в целом:  Разделив все члены этого уравнения на номинальную величину силы, действующей на приемный поршень, равную  , окончательно получаем: где  инерционное время ИО:  ; - время ИС  которое устанавливает собой отношение рабочей (номинального) объема цилиндра приемного поршня  к номинальному объему расхода через дроссельный клапан: j - безразмерный коэффициент имеющий постоянное значение и равный отношению рабочих (номинальных) объемов цилиндров дающего и приемного поршней  , - коэффициент усиления ИОС (настраиваемая величина, зависящая от соотношения плеч рычага ОС – положение точки опоры  ).Изменения коэффициента усиления по физической сущности соответствует изменению объема жидкости, вытесняемого задающим поршнем при одном и том же значении входной координаты , что равнозначно изменению площади дающего поршня.Кроме коэффициента усиления настроечный параметром изодромной связи является время . Это время имеет определенного значение для каждого открытия дроссельного клапан – для каждой площади . Оно является основным настроечным параметром для изодромной связи, т.к. у большинства их отсутствует элемент, изменяющий коэффициент усиления. Если пренебречь влиянием сил инерции (массами), то уравнение (16) примет вид:  Проанализируем влияние степени открытия дроссельного клапана на движения открытия ИОС, если клапан закроем, то  и уравнение (17) теряет физический смысл.От степени открытия дроссельного клапана зависит скорость дающего поршня  , а значит, и скорость входной координаты  , при которой начинает движение приемный поршень, т.е. начинается действие ИОС. Действительно из условия сплошности  , скорость входной  координаты будет рана нулю, если  или, если перейти к скорости входной координаты изодромной связи, то при условии:  Таким образом, каждому открытию дроссельного клапана соответствует скорость поршня сервомотора, при которой начинает действовать ИОС. С целью ограничения действия ИОС при больших скоростях поршня сервомотора и исключения перерегулирования предусмотрены дополнительные сливные окна, ограничивающие рабочий ход приемного поршня. Высота этих окон на рисунке обозначена S. При открытии сливных окон движение приемного поршня прекращается. |