2 ОСНОВНАЯ РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ – ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ САР, РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМА, РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

2.1 Выбор и обоснование выбора элементной базы системы

Показателем эффективности процесса является плотность моторного масла станочных гидроприводов. Она должна поддерживаться на постоянном значении, максимально возможном для данного сырья. Плотность масла зависит от температуры, давления и расхода. Регулирование плотности будем осуществлять поддержанием постоянного расхода масла изменением проходного сечения дросселирующей щели. На рисунке 1 показана схема системы автоматического регулирования плотности масла.

ГЭПП

V F_H Р Р₁ 5 1 6 МП

Р_н

3

2

7

4

1 – регулятор, 2 – дроссель, 3 – гидроэлектропреобразователь плотности, МП - микропроцессор

Рисунок 1 – Система автоматического регулирования плотности масла

Постоянный объем моторного масла, выходящего из дросселя, и постоянная плотность в нем поддерживаются автоматически. Это обеспечивается подачей масла с заданной плотностью.

Функциональная схема системы приведена на рисунке 2

МП –микропроцессор, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, У – усилитель, Р – регулятор (дроссель), ОУ – объект управления, ГЭПП – гидроэлектропреобразователь плотности

Рисунок 2 – Функциональная схема системы

На рисунке 1 представлена схема простейшего гидропривода с дроссельным регулированием. Масло от нерегулируемого насоса 4, работающего под давлением Р_н, через дроссель 2 и распределитель 6 поступает в рабочую камеру цилиндра 5, а из противоположной камеры сливается в бак. Скорость движения штока цилиндра регулируется с помощью дросселя, который ограничивает расход масла, поступающего от насоса в цилиндр, причем оставшееся масло сливается в бак через предохранительный клапан 7. Последний настроен на давление Р_н, достаточное для преодоления максимально возможной нагрузки на штоке цилиндра. Так как через предохранительный клапан постоянно проходит часть потока масла, насос постоянно работает под максимальным давлением независимо от нагрузки. Плотность ρ масла в дросселе определяется формулой:

ρ = (Q/μ∙f)²/ (2∆р)

где μ – коэффициент расхода, f – площадь проходного сечения дросселирующей щели, ∆р – перепад давления на дросселирующей щели, Q – расход масла.

Для масла, применяемого в станочном гидроприводе, расход (л/мин):

Q ≈ 1,9f√∆р

где f – в мм², ∆р – в Мпа.

А нализ формулы показывает, что при постоянной настройке дросселя (f = =const) расход масла зависит от ∆р.

Схема с дросселем на выходе обеспечивает более плавное движение paбочего органа и может использоваться в гидроприводах с изменяющими процессе работы направлением действия нагрузки Р.

---

2.2 Выбор и расчет гидроэлектрического преобразователя плотности

Конструкция гидроэлектро преобразователя плотности. Гидроэлектрический преобразователь плотности (ГЭПП) относится к поплавковым датчикам плотности и предназначен для измерения плотности жидких нефтепродуктов, в частности, технологических жидкостей, протекающих по горизонтальному трубопроводу.

Основными элементами ГЭПП являются две трубки из оргстекла 3 (измерительная камера), чувствительный элемент (поплавок), дифференциальный индуктивный датчик. Конструкция ГЭПП изображена на рисунке 2.

Измерительная камера представляет собой две скрепленные болтами трубки из оргстекла. Наружный диаметр трубок 10мм, внутренний – 5мм. Длина каждой трубки составляет 50мм. Размеры измерительной камеры выбраны такими с целью уменьшения динамического воздействия потока на поплавок.

Измерительная камера помещена внутрь катушек 5 дифференциального индуктивного датчика перемещения. Использования двух измерительных катушек позволяет увеличить чувствительность датчика вдвое. Помимо этого в дифференциальном датчике значительно уменьшается влияние нестабильного питающего напряжения на точность его работы. Для включения датчика используется мостовая схема.

Каркас измерительных катушек выполнен из диэлектрика (полистирола), размеры которого составляют: D_вн = 11мм, D_н = 20мм, толщина каркаса 2мм. Для намотки использован медный провод марки ПЭВ-1, толщиной 0,18мм. Размеры катушки составляют:

высота намотки h = 4мм,

длина обмотки l = 20мм.

Роль якоря дифференциального индуктивного датчика выполняет чувствительный элемент (поплавок) ГЭПП. Поплавок 1 представляет собой сферическую оболочку из эластичной резины (мембрана) с модулем. Оболочка заполнена магнитной жидкостью.

1 – трубопровод, 2 – капилляр,d = 5 мм, 3 – проточная часть ГЭПП, d =45мм, 4 – катушки индуктивного датчика, d₀ = 35 мм, 5 – магнитожидкостный сенсор, Т= = 40.

Рисунок 3 – Конструкция ГЭПП

Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор магнитных

ч астиц, подверженных броуновскому движению. Магнитные моменты частиц взаимодействуют друг с другом. Чтобы частицы не слипались, в жидкую основу вводят поверхностно-активные вещества, образующие на частицах защитные адсорбционные слои.

В стационарном неоднородном магнитном поле частицы втягиваются в область более сильного поля. Это перемещение с помощью броуновского движения передается жидкой основе и таким образом происходит силовое взаимодействие магнитной жидкости и поля, которое используется во многих технических устройствах. В зависимости от требований, предъявляемых к техническим устройствам, в них могут применяться магнитные жидкости на различных основах. В качестве жидких основ магнитных жидкостей используются углеводородные основы (керосин, вазелиновые, вакуумные, нефтяные масла), кремнийорганические основы (полиметилсилоксановые, полиэтилсилоксановые, олифенилметилсилоксановые), фторорганические основы, вода.

---

Концентрация твердых частиц в жидкой основе определяет магнитные свойства магнитной жидкости, определяя главную отличительную характеристику магнитной жидкости – намагниченность. От соотношения твердой и жидкой фаз зависят теплофизические свойства магнитной жидкости.

В ГЭПП используется магнитная жидкость марки Т40 с повышенным содержанием дисперсной фазы. Благодаря своему составу и свойствам магнитной жидкости выполняет роль якоря дифференциально-индуктивного датчика.

Объем поплавка (объем сферической оболочки), V_сф = 4∙10^-7 м³. Количество магнитной жидкости в объеме поплавка, m = 6,8 ∙10^-13.

Поплавок жестко закреплен по периметру в месте крепления измерительной камеры. При нулевом расходе поплавок расположен симметрично относительно обеих катушек и магнитные сопротивления для потоков, создаваемых обеими катушками, одинаковы. При подаче контролируемого потока в измерительную камеру происходит деформация поплавка, вследствие чего магнитные сопротивления получают противоположные знаки. Индуктивность одной катушки возрастает, другой – на туже величину убывает. Вследствие изменений взаимоиндуктивности

и змерительных катушек, вызванных деформацией поплавка при изменении плотности потока, изменяются показания амперметра, отградуированного в единицах плотности.

Статическая характеристика I = f (f) ГЭПП была получена из экспериментальных исследований.

Рисунок 4 – Статическая характеристика ГЭПП

Из статической характеристики видно, что зависимость линейная. Данная характеристика рассмотрена при температуре, f = 120⁰. Передаточная функция ГЭПП имеет вид:

W_ГЭПП (р) = k_ГЭПП/(Т_ГЭПП р + 1)

Коэффициент гидроэлектрического преобразователя находится как отношение величины I_ρ к величине ρ₂ по графику статической характеристики:

k_ГЭПП = I_ρ/ρ₂ = 4,2/ 877 = 4,7∙10^-3,

Постоянная времени на преобразование Т_ГЭПП = 5 с.

W_ГЭПП (р) = ( 4,7∙10^-3)/(5р+1).

2 .3 Выбор и расчет дросселя

На рисунке 5 показана кон­струкция дросселя. При вращении винт 3 перемещается вдоль своей оси в кор­пусе 1. Рабочая щель 2 образуется между каналом А корпуса и пазом на конце винта 3.

2 А 1

Р

3

Рисунок 5 – Конструкция дросселя

Для регулирования расходов от сотых долей до сотен лит­ров в минуту применяют дроссели типа ПГ77, в которых для образования рабочей щели с острыми кромками используют стальные закаленные детали: втулка и стакан. Пружина поджимает стакан к винту. При вращении винта, стакан перемещается и своей скошенной кромкой перекрывает окно во втулке выполненное в форме капли.

Дроссели этой конструкции позволяют проводить тонкую регулировку и обеспечивают высокую стабильность расхода при изменении температуры рабочей жидкости.

---

Для проектируемой системы выберем дроссель типа ПГ77-1. Регулирование расхода масла осуществляется изменением проходного сечения дросселирующей щели путем осевого перемещения втулки-дросселя, винтом в одну сторону и пружиной в противоположную. Винт проворачивается от лимба через валик. Полному осевому перемещению втулки-дросселя соответствуют четыре оборота лимба, что позволяет плавно регулировать расход масла. После каждого полного оборота лимб с помощью штифта поворачивает на 1/4 оборота указатель оборотов, на торце которого имеются цифры 1 – 4. Указатель оборотов удерживается от самопроизвольного поворота шариковым пружинным фиксатором. Наличие острых кро-

м ок по всему периметру дросселирующей щели практически исключает зависимость установленного расхода от температуры масла, а треугольная форма проходного сечения при малых открытиях способствует уменьшению опасности засорения.

Передаточная функция дросселя имеет вид:

W_д(р) = (2μ)/(π∙ρ)

где μ – коэффициент расхода, равный 0,7

ρ – плотность моторного масла, равная 900 кг/м³

W_д(р) = (2∙0,7)/(3,14∙900) = 4,9∙10^-4

2.4 Выбор и расчет микропроцессора

Микропроцессор является контролирующим органом системы. В его функции входит формирование управляющего сигнала ∆ρ вычисляемого по значению, поступающего на вход микропроцессора с АЦП (аналого-цифрового преобразователя).

Параметры регулируемой системы:

- температура окружающей среды,⁰C 40…+40;

- относительная влажность воздуха при 25⁰С, % 60;

- рабочее напряжение в системе, В 380;

- КПД всей системы,% 36;

При выборе МП, обратим внимание на те присущие признаки, которые должны входить в МП устройство: допустимое время обработки информации, высокая производительность МП, малое энергопотребление, достаточно высокий уровень выходного сигнала ЦАП, наличие встроенных ЦАП и АЦП.

На основании вышеперечисленных критериев выбор был остановлен на МП серии КР1801: КР1801ВМА1 [3, c.202].

Микропроцессорный комплект серии КР1801 является комплектом среднего быстродействия и средней потребляемой мощности. Его основу составляет однокристальный 16-разрядный МП, имеющий фиксированную систему команд. Комп-

л ект предназначен для работы в диапазоне температур: -10…+70⁰С, и имеют напряжение питания 5В5%.

Основные параметры микросхемы КР1801:

а) однокристальный МП КР1801ВМА1:

- разрядность обработки данных 16

- число выполняемых команд 68

- максимальный объем адресной памяти, Кбайт 64

- число каналов передачи информации 1

- число уровней прерываний 4

- быстродействие при выполнении операций, тыс.оп/с 500

- тактовая частота, Гц 100

- потребляемая мощность, мВт 1200;

б) ЦАП и АЦП:

- нелинейность ЦАП и АЦП, % 0.1

- время преобразования ЦАП, мкс 30

- опорное напряжение, В 2

---

- общая потребляемая мощность, Вт 0,2012

- тактовая частота АЦП, МГц 10^-3

- выходное напряжение АЦП, В 2,4

- входное напряжение АЦП, В 5

- время установления ЦАП, мкс 0,4

- входное напряжение ЦАП, В 2,4

- выходное напряжение ЦАП, В 5.

Выбранный микропроцессор обладает необходимой производительностью, мощной и гибкой системой команд и управления обработкой информации, имеет возможность обработки аналогового сигнала в режиме реального времени, благодаря встроенным АЦП и ЦАП. Схема микропроцессора К1801ВМ1 представлена на рисунке 6.

Передаточную функцию микропроцессора принимаем равной единице:

W_МП(p)=1 ()

Рисунок 6 – Схема однокристального микропроцессора К1801ВМ1-30

Совокупность выводов микросхемы включает в себя набор сигналов системной магистрали МД и определяет возможности процессора. Таким образом, К1801ВМ1-30 – двоичный 16-разрядный процессор с внутренним блоком микрокомандного управления (БМПУ), имеющий восемь регистров общего назначения, четыре уровня запроса прерывания (причем обработка внешних и внутренних прерываний осуществляется с помощью памяти магазинного типа), объем адресуемой памяти 64 Кбайт, виды адресации: регистровая, косвенно-регистровая, автоикрементная, автодекрементная, косвенно-автоинкрементная, косвенно-индексная. Условное обозначение микропроцессора показано на рисунке 7.

Рисунок 7 – Условное обозначение К1801ВМ1

2 .3 Выбор и расчет передаточной функции усилителя

Исходя из представленных требований, выбираем полупроводниковый усилитель, обладающий следующими свойствами:

- возможность работы устройства на переменном токе;

- достаточный диапазон коэффициента усиления;

- простота конструкции;

- низкий уровень помех

Так как на выходе усилителя требуется напряжение 380В, то выберем усилитель с передаточной функцией:

W_у(р) = k_У

Коэффициент k_У определим как отношения выходного сигнала устройства к входному:

k_У = I_вых/I_вх ()

где I_вых – ток, необходимый для работы регулятора: I_вых =; I_вх – уровень сигнала (ток) поступающего на усилитель с выхода ЦАП: I_вх = 6 В.

Таким образом, получили:

W_у(р) = /6 = ()

Данному усилителю соответствуют следующие условия эксплуатации:

- температура окружающей среды, ⁰С -40…+40;

- относительная влажность при 25⁰С,% 80;

- рабочее напряжение, В 380.

Так как с выхода МП выходит сигнал , а на вход пускателя нужно подать , то необходимо промежуточное звено усиления этого сигнала с МП. Данный усилитель удовлетворяет требованиям по усилению этого сигнала.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

УИТС.423311.086.ПЗ

Лист

---

Смотрите также файлы

• РАЗДЕЛ 1.doc

• ВВЕДЕНИЕ.doc

• doc3.doc

• БЖД .doc

• Бжд.doc