2.5 Выбор двигателя

Для корректной работы устройства требуется двигатель постоянного тока малой мощности, т.к. в данной схеме он служит для перемещения штока гидропривода.

Требуется определить требуемую мощность двигателя:

P_ТР=P_ВЫХ/η_ОБЩ (28)

где: P_ТР – требуемая мощность двигателя, кВт;

P_ВЫХ – выходная мощность, кВт;

η_ОБЩ – КПД конечного каскада, %.

Выходная мощность определяется необходимой силой для преодоления давления потока жидкости. Давление в гидроприводе составляет 700кПа, площадь поршня составляет 9.64*10^-4 м² (одного из двух), т.е. сила составляет 1.4 кН. Скорость перемещения штока должна составлять 0.05 м/с, т.е. требуемая мощность 70Вт.

Коэффициент полезного действия для шариковой винтовой передачи составляет 60% (редуктор в масле), а для гидропривода 70%. Т.о. P_ТР=167 Вт. Возьмем в качестве исполнительного двигателя, двигатель постоянного тока ДП80-180-4.

2.5.1 Технические характеристики двигателя.

диаметр корпуса, мм 40

номинальная мощность, Вт 180

номинальная частота вращения, мин^-1 1500

номинальное напряжение питания, В 60

номинальный вращающий момент, Н*м 0.16

активное сопротивление обмотки якоря, Ом 1.6

индуктивность якоря, мГн 100

момент инерции двигателя, кг*м³ 0.005

начальный пусковой ток при номинальном напряжении, А 3.3

КПД, % 72

масса двигателя, не более, кг 1.1

Рисунок 6

2.5.2 Расчет передаточной функции двигателя. Для начала найдем электрическую постоянную двигателя

, (29)

тогда коэффициент передачи двигателя k_Д=1/С_е=27.4.

Определим механическую постоянную времени. Найдем механическую постоянную времени:

(30)

(31)

Электрическая постоянная времени:

(32)

Передаточная функция ДПТ примет вид:

(33)

2.6 Выбор датчика давления

Среди микроэлектронных датчиков давления наибольшее распространение получили датчики, основанные на тензорезисторном эффекте, состоящем в изменении сопротивления материала в функции механического напряжения. Для моей САУ подходит толстопленочный датчик давления на керамике. Основным критерием выбора среди таких датчиков становится рабочее давление, которое должно содержать в себе максимальное давление оказываемое на датчик в процессе работы. В качестве такого датчика давления можно взять DSG 200.

2.6.1 Технические характеристики датчика давления.

рабочее давление, кПа 60-550

выходное напряжение при давлении

5 кПа, В 4

400 кПа, В 12

колебание выходного сигнала , % 0.15

эквивалентное сопротивление по цепи питания, кОм 2

2.6.2 Расчет передаточной функции датчика давления. Передаточная функция такого датчика давления имеет вид:

(34)

где: Кд=0.022 - передаточный коэффициент керамической мембраны.

Таким образом передаточная функция датчика давления примет вид:

(35)

2.6.3 Расчет датчика давления. В основе работы тензорезистора лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности k, определяемы как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

(36)

где: - относительное изменение сопротивления;

- относительное изменение длины.

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема, причем изменение объема в зоне упругих деформаций для каждого материала постоянно и характеризуется коэффициентом Пуассона

(37)

где: - относительная поперечная деформация;

b - поперечный размер проводника квадратного сечения.

В этом случае:

(38)

Учитывая , что

, (39)

получаем

, (40)

Коэффициент тензочувствительности в общем случае определяется как

k=(1+2μ)+m, (41)

где изменение удельного сопротивления проводника

(42)

Так как для системы был выбран неметаллический датчик давления, можно считать, что k≈m. Согласно справочным, сданным коэффициент тензочувствительности для кремниевого элемента составляет 100-120.

Геометрические параметры чувствительного элемента определяются несколькими параметрами, среди которых: прочностные характеристики тензоэлемента, ограничение базы решеток пределами от 0.7 до 10 мм, деформируемостью материала.

Исходя из условия ограничения относительного сопротивления тензорестора и относительной деформации материала можно получить

(43)

Выбранный тензорезистор относится с высокоомному, с сопротивлением 2 кОм. Тогда задавая значение деформации для кремниевого материала 2*10^-3 м/м, получим . Т.о. имеем зависимость размера чувствительного элемента от его максимальной деформации (примем =0.02, что вполне достаточно для измерения заложенного в ТЗ давления) из которой b=10 мм. Данное число вполне укладывается в допустимые рамки для кремниевого материала.