Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» Кафедра «Авиа- и ракетостроение» Специальность 24.03.01 Ракетные комплексы и космонавтика Расчетно-графическая работа по дисциплине «Гидропривод летательных аппаратов» на тему: «Динамический расчет пневмопривода, нагруженного постоянной силой» Пояснительная записка РГР – 02068999.45.07.00.00.000 ПЗ Выполнил: ст. гр. РК-191 Мильке Д.А. Дата__________Подпись_____________ Проверил: Ст.пр. Ячменев П.С. Дата__________Подпись_____________ Омск 2022 Оглавление Динамический расчет пневмопривода, нагруженного постоянной силой ............................................. 4 Решение ................................................................................................................................................. 4 Заключение ................................................................................................................................................. 13 Список литературы .................................................................................................................................... 14 Приложения ................................................................................................................................................ 15 Приложение А ............................................................................................................................................ 15 Приложение Б ............................................................................................................................................ 16 2 Введение Цель расчета – определить время срабатывания и все интервалы времени рабочего хода типового пневмопривода двустороннего действия с постоянной нагрузкой и построить его циклограмму в координатах перемещение – время. Динамический расчет привода сводится к определению времени его срабатывания, под которым понимают время t движения поршня исполнительного устройства в одном направлении (только прямой ход или только обратный) в отличие от времени Т ц рабочего цикла, предусматривающего сумму времени перемещения поршня в прямом и обратном направлении. В интервал времени t включается не только время tп перемещения поршня, но и время t I подготовительного периода. Интервалы времени t, t2 и t3 этого периода определяют, как указано выше. В интервал времени срабатывания должно включаться также и время tШ нарастания давления до заданной величины (заключительный период), но так как в некоторых устройствах, например транспортирующих, включающих и др., этот период отсутствует, то время t срабатывания для них будет ограничено двумя первыми интервалами времени. При необходимости интервал времени заключительного периода может быть определен методом, приведенным ранее. Существует несколько методов определения времени срабатывания: по расчетным графикам; по формулам, аппроксимирующим кривые, полученные расчетным путем; по уравнениям предельных режимов движения поршня и др. Основным преимуществом метода определения времени срабатывания по расчетным графикам является повышенная точность расчета. Однако невозможно привести графики или тем более таблицы для всех параметров привода, так как число сочетаний из них велико. Поэтому возникает необходимость в упрощенных инженерных методах расчета, наиболее удобным из которых является метод определения времени срабатывания по формулам, аппроксимирующим кривые, полученные расчетным путем. Погрешность расчета этого метода не превышает 15%. Эти формулы удобно применять в тех случаях, когда нет расчетного графика для исходных данных. Кроме вычислений по переводу физических величин в безразмерные и обратно здесь нужно ещё провести дополнительные расчеты по формулам. 3 Динамический расчет пневмопривода, нагруженного постоянной силой Исходные данные: Давление воздуха в магистрали pм = 4,9 105 Па, Диаметр поршня D=0,19 м, Рабочий ход поршня s= 0,17 м, Диаметр штока Dш =0,028 м, Начальный объем рабочей полости V01 =7,96 104 м3, Начальный объем выхлопной полости V02 =6,64 104 м3, Длина трубопровода подводящей линии от распределителя до цилиндра l1 = 2,7 м, Длина трубопровода выхлопной линии от распределителя до цилиндра l2 =2,4 м, Диаметр подводящего трубопровода d1 = 0,013 м, Диаметр выхлопного трубопровода d2 =0,016 м, Нагрузка на штоке P =1400 Н, Вес груза и всех поступательно движущихся частей Pт =3800 Н, Коэффициент расхода подводящей линии µ1 =0,18, Коэффициент расхода выхлопной линии µ2 = 0,36, Газ– воздух k =1,4. Решение 1. Определяем время распространения волны давления от распределителя до пневмоцилиндра по подводящему трубопроводу по формуле: l1 0,00674 ,c t2 2,3 a 341 где a 341 скорость распространения звука в воздухе, м/с. 2. Находим начальные объемы рабочей и выхлопной полостей, а также объем выхлопной полости в момент начала рабочего хода поршня: d 2 V0 01 1 l1 10,6 10 10 2,3 1,414 V 4 4 4 0,0142 4 3 м3; V0в V02 d22 l2 8,84 10 0,0122 2,6 4 1,178 10 3 м3; 4 4 (D2 Vв V0в F s2 Dш2 ) V0в s V0в F s2 4 3 3 (0,22 0,034 )2 0,18 6,669 10 м, 3 1,178 10 4 где F2 - площадь правого торца поршня. 3. Определяем безразмерную нагрузку на поршень по формуле: P 4 P pм F1 pм 4 1500 D2 4,7 10 0,22 5 0,102, где F1 - площадь левого торца поршня. 4. Находим значения безразмерных давлений д и дв в момент начала движения поршня, для чего предварительно вычисляем: – коэффициент пропускной способности: f2 21 f1 – параметр: V0 1,41406 10 3 d222 2 1,429 0,35 0,0120,18 0,014 22 1,429; d1 1 0,303; Vв 6,669 10 3 – коэффициент: ПF FF12 D2D Dш2 По номограмме (Приложение А) для н д Учитывая, что pм 4,7 10 д н д 5 0,91 Па и ПF 0,5 1 0,22 0 ,0,034222 2 0,102 и и н вд 0,971. 0,303находим: 0,26. 0,971, вносим соответствующие поправки: ПF 0,91 0,5 1 0,971 5 0,896; pмн н вд вд ПF 0,1 1 5 5 10 pм 0,26 0,1 1 0,971 4,7 10 5 0,274. 5. Определяем время наполнения рабочей полости до начала движения поршня по формуле: V0 3 t3 3,62 10 ( д) ( a) . 1 1 f1 1 – для этого находим проходную площадь подводящего трубопровода: d12 0,0142 1,539 10 f1 4 4 – определяем критический перепад: м2; 4 k k2 1 1,42 1 k 1 0,528; – находим безразмерное атмосферное давление: pa 101325 pм a Определяем значения функций 4,7 10 ( д) и 0,216 . 5 ( а). 1 1 Так как режим для давления в момент начала движения д 0,896 д в рабочей полости докритический , воспользуемся выражением: 0,528 2 k 1 2 1,4 1 k k 0,5281,4 0,528 1,4 Находим 1 ( д ) 2 k k 1 ( ) 1 1, 41 1, 4 21 , 4 0,528 0,259 1, 41 1 0,528 6 k 1 k 1 1 0,896 k 1 k д 1, 41 1, 4 0,949. 0,259. Режим для давления в начале процесса наполнения (давление атмосферное) в рабочей полости сверхкритический 0,216 а , поэтому воспользуемся выражением: 0,528 Находим 1 ( а) 0,216. а По номограмме (приложение Б) делаем проверку ( д) 0,955 и (0,896) 1 1 ( а) (0,216) 1 0,24 1 Значения функций определены верно. Время наполнения рабочей полости до начала движения поршня V0 3 t3 3,62 10 ( a) 1 1 f1 1 3,62 10 ( д) 0,18 1,539 10 3 0,955 0,24 3 4 0,132 .c 1,414 10 6. Время опоражнивания выхлопной полости определяем по формуле: в t3 Vв 2 2,53 10 f 2 ( вд) ( а) k 1 2k 2 а 2 2 Для этого находим f2 d22 4 0,0122 1,131 10 4 Определяем значения функций ( вд) и 2 4 м2 ( а) . 2 Так как режим в конце процесса истечения для давления в момент начала движения выхлопной полости сверхкритический вд 0,274 0,528 вд в , воспользуемся выражением: Находим k 1 ( вд) 2 вд 2 k 0,274 0,831. Режим для давления в начале процесса истечения в выхлопной полости тоже будет сверхкритическим а 0,216 0,528 : 7 k 1 2 k ( ) 2 а 0,274 а 0,803. По номограмме (приложение Б) делаем проверку: ( вд) 2 2 0,82 и (0,274) ( а) 1 (0,216) 1 0,786. Значения функции определены верно. Определяем время истечения воздуха из выхлопной полости: в Vв 2 t3 ( вд) 2,53 10 f 2 k 1 2k 2 а ( а) 2 2 6,669 10 2,53 10 2 0,82 0,786 0,216 1, 41 21 , 4 4 3 0,35 1,131 10 0,18 .c 7. Сравнивая время наполнения и опоражнивания полостей рабочего цилиндра, выбираем большее значение, т.е. t3в 0,18 c. В данном случае небольшая разница во времени объясняется главным образом хорошеё пропускной способностью выхлопной магистрали ( 1,429) и малостью нагрузки ( 0,102), благодаря чему давление в выхлопной полости изменилось меньше, чем в рабочей, а опоражнивание происходило интенсивнее. 8. Время подготовительного периода: tI t1 t2 t3 0 0,00674 0,18 0,187 .c 9. Определяем время нарастания давления воздуха в рабочей полости по формуле: tIII 3,62 10 V0 3 1 1,414 10 3,62 10 3 1 0,18 1,539 10 4 0,00565 0,66 ,c где D2 s F s1 4 ( д) f1 3 0,955 0,24 F s1 0,22 0,18 4 8 0,00565 м3. 1 ( a) Определяем время падения давления воздуха в выхлопной полости по 10. формуле: в V0в 2 ( вдk )1 ( а) 2 tIII 2,53 2k 10 2 f2 2 а 1,178 10 2,53 10 2 1, 41 21 , 4 3 0,35 1,131 10 4 0,82 0,786 0,216 0,032 .c Сравниваем время нарастания давления воздуха в рабочей полости и падения 11. давления воздуха в выхлопной полости рабочего цилиндра, выбираем большее значение, т.е. tIII 0,66 .c Существенная разница во времени объясняется главным образом тем, что благодаря большой разнице после остановки поршня объемов полостей и существенного отличия в пропускной способности магистралей, наполнение рабочей полости происходит медленнее. Находим безразмерный конструктивный параметр N по формуле: 12. N 0,18 275,14 1 D d3 12 p sPмт 275,14 0,18 0,0140 ,23 2 4,7 10 33005 0,24. Определяем начальные безразмерные координаты положения поршня по 13. формулам: 01 V0 02 1,414 10 F sV20 0,18 2 3 0,25; F s1 3 0,031 0, 42 V0Dв ш2 в 18 s 0,4 1,178 102 2 0,034 0,215. D 14. Для определения относительного времени срабатывания двустороннего привода с учетом N 3,05 0,24; 1,16 1,429 a 0,216; 0,25 01 0,3; 1,429 выбираем формулу: 1,16 3,05 4,003. 1 0,9 1,429 1 9 0,9 0,102 15. Действительное время срабатывания двустороннего пневмопривода вычисляем по формуле: s D t 1,31 10 3 0,18 0, 22 2 4,003 1,07 .c рабочий ход: tII 17. 3 Время движения поршня, в течение которого поршень пройдет весь заданный t tI 1,07 0,187 0,883 .c Время прямого хода Tп х. tI tII tIII 18. 1,31 10 0,18 0,014 1 16. d212 0,18674 0,883 0,66 Строим циклограмму привода: 10 1,73 .c 11 Заключение Выполнен расчет по определению времени срабатывания и всех интервалов времени рабочего хода типового пневмопривода двустороннего действия с постоянной нагрузкой. Действительное время срабатывания t 1,07 c , время подготовительного периода tI нарастания давления воздуха в рабочей полости tIII 0,187 c , время 0,66 c, время движения поршня, в течение которого поршень пройдет весь заданный рабочий ход tII 0,883 c, время прямого хода Tп х. 1,73 c. Результатом расчета является построенная циклограмма в координатах перемещение–время. При выполнении расчетно-графической работы были выполнены следующие задачи: 1) закреплены пневмоцилиндра; навыки применения методов расчета силовых параметров 2) были приобретены практические навыки расчета времени наполнения воздухом рабочей полости и времени истечения воздуха из выхлопной полости. 13 Список литературы 1. Башта, Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т.М. Башта. – М.: Машиностроение, 1967.- 496 с. 2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы приводы / Т.М. Башта и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с. 3. Гидравлические машины и приводы / Т.М. Башта и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с. 4. Задачи по курсу «Гидравлический привод автоматических установок» для студентов специальностей 130400, 130600, 131300 / Сост.: В.Н. Блинов, В.Л. Ланшаков, В.Ю. Куденцов, А.Б. Яковлев. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. – 20 с. 5. Яковлев, А.Б. Гидравлические приводы летательных аппаратов: учеб. Пособие / А.Б. Яковлев. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002.- 64 с. 14 Приложения Приложение А Зависимость безразмерных давлений 0,2 ( pмн д и вд от безразмерной нагрузки 5 105Па) и ПF 1 15 и параметра при a Приложение Б Зависимость функций ()и 1 2 16 ( ) от безразмерного давления
