Методические рекомендации преподавателю

Методические рекомендации по подготовке к учебному занятию

Целесообразно после окончания лекционного курса по темам 1, 2, 3 провести инструкторско-методическое занятие для преподавательского и инженерно-технического состава, задействованного в проведении группового занятия. На инструкторско-методическом занятии необходимо рассмотреть вопросы методики проведения занятия и использования средств материального обеспечения занятия.

Методические рекомендации по проведению учебного занятия

В ходе изложения учебного материала преподаватель использует учебные плакаты и стенды, размещенные в специализированной аудитории, а также макеты агрегатов. При изучении измерительных устройств давления и перепада давлений необходимо обратить внимание курсантов на влияние неисправностей на статические и динамические характеристики ИУ. Для привития навыков работы со специальной литературой изучение радиационного пирометра рекомендуется провести в виде самостоятельной работы.

Методические рекомендации по использовании ТСО

На занятии целесообразно использовать макеты измерительных устройств, плакат «механические центробежные измерительные устройства», плакат "Датчики температуры воздуха, газа".

Макеты обязательно используются при рассмотрении конструкции и принципа работы измерительных устройств.

Качество занятия повышает использование мультимедиа приложения.

Методические рекомендации по привитию военно-профессиональных и командно-методических навыков

На занятии прививаются навыки «Работа с учебно-методической литературой» и «Проведение фрагмента занятия».

Согласно плану привития военно-профессиональных и командно-методических навыков проводится подготовка курсантов к занятию по навыку «Работа с учебно-методической литературой» путем реферирования учебного материала.

Оценивается глубина проработки вопроса и полнота использования учебно-методической литературы.

Для отработки навыка «Проведение фрагмента занятия» согласно плану привития военно-профессиональных и командно-методических навыков проводится подготовка курсантов к занятию. При этом курсант составляет план проведения занятия, который утверждается преподавателем, и проходит консультацию у преподавателя. На занятии курсант проводит подготовленный фрагмент. При этом пользуется правами преподавателя.

Оценивается методическая подготовка и степень владения учебным материалом при взаимодействии с обучаемыми.

Задание курсантам для самостоятельной работы

Литература для подготовки к следующему занятию: [ 1 ], с.71…80; [ 2 ], с.81…107;

Методическую разработку составил

Начальник 13 кафедры

п/п-к Черкасов А.Н.

___ мая 2008 г.

Методическая разработка обсуждена

на заседании 13 кафедры

протокол №___ от __________2008 г.

Приложение 1

4.1. Назначение и типы измерительных устройств. Требования к измерительным устройствам.

ИУ предназначены для выработки первичного сигнала управления в форме, удобной для дальнейшего использования в автоматической системе.

ИУ и датчики

		Угловых скоростей

Перемещений Температуры Давления ...

а)

ИУ и датчики

Электрические

Механические

Гидромеханические

Электромагнитные

б)

Рис. 4.1

Основу измерительных устройств составляют датчики первичной информации, или просто датчики.

Датчиками называются устройства, предназначенные для получения информации о значениях параметров, характеризующих состояние ОУ или воздействия и сигналы АС.

ИУ и датчики АС классифицируются по назначению, рис. 4.1, а, а также по виду выходного сигнала и методам измерения, рис. 4.1, б. ИУ состоит из ЗУ, ЧЭ, ЭС и ПрУ. Функциональная схема ИУ показана на рис. 4.2.

Измерительное устройство автоматической системы, работающей по принципу отклонения, замеряет действительное значение управляемой величины, сравнивает его с заданным значением и вырабатывает первичный сигнал управления.

Измерительное устройство автоматической системы, работающей по принципу компенсации возмущений, измеряет возмущения, приводящие к отклонению управляемой величины от заданного значения. На основе этих измерений вырабатывается сигнал заданного значения косвенного параметра, определяющего задачу управления. Первичный сигнал управления, обеспечивающий компенсацию нежелательного изменения управляемой величины, формируется путем сравнения заданного и действительного значений косвенного параметра.

x(t)

ЗУу_З(t)

e (t) z(t)

ПрУ

y(t)

ЧЭy(t)

ИУ

Рис. 4.2

4.1.1. Требования к измерительным устройствам

Основными техническими требованиями, предъявляемыми к датчикам первичной информации и ИУ, являются:

- высокое быстродействие;

- высокое статическая и динамическая точность при низком уровне помех;

- линейность статической характеристики;

- стабильность характеристик, т.е. надежная работа как в нормальных условиях, так и при повышенной (пониженной) температуре, повышенной влажности, пыльности, при воздействии вибрации, радиации и т.д.;

- высокая чувствительность. Чувствительность - это минимальное значение входного сигнала, при котором появляется выходной сигнал.

4.2 Принцип действия, особенности конструктивного выполнения, алгоритмы функционирования элементов САУ и САР: измерительных устройств.

4.2.1. Измерительные устройства частоты вращения.

Измерение угловой скорости (частоты вращения) необходимо для работы многих авиационных АС. Датчики угловой скорости (тахометры) устанавливаются в автопилотах, САУ частотой вращения ротора ГТД, в приводах генератора переменного тока и т.д.

Для измерения частоты вращения ротора ГТД принимаются механические, гидравлические, электромагнитные тахометры.

В гидромеханических САУ частотой вращения ГТД наибольшее распространение получили механические центробежные ИУ (МЦИУ) частоты вращения.

4.2.1.1. Принцип действия, особенности конструктивного выполнения.

МЦИУ предназначено для измерения действительной частоты вращения ротора, сравнения ее с заданным значением и выработке первичного сигнала управления. Принцип действия таких МЦИУ основан на сравнении центробежной силы от грузиков, пропорциональной действительному значению частоты вращения, с усилием затяжки пружины, пропорциональным заданному значению частоты вращения. По конструктивному исполнению МЦИУ подразделяются на золотниковые и маятниковые.

МЦИУ золотникового типа (рис. 4.3) состоит из ЧЭ - центробежных грузиков 1, ЗУ - пружины 2, втулки 3 и ЭС - золотника 4.

4.2.1.2. Алгоритм функционирования.

При вращении грузиков 1 возникает центробежная сила С, действующая на золотник 4 слева. Справа на золотник 4 действует сила упругости F пружины 2. Если действительное значение частоты вращения равно заданному, тогда С = F, и золотник 4 находится в нейтральном положении, ПСУ (перемещение золотника «у») равен нулю.

1

2 3

+ - y

FF

С 4

+ - h

Рис. 4.3

В случае возникновения рассогласования, когда Dn = n - n_З ¹ 0, т.е. С ¹ F, разность сил, действующая на золотник 4, приводит к его перемещению (y ¹ 0). Пр У является золотник 4, преобразующий разность действующих на него сил в ПСУ - перемещение золотника 4.

4.2.1.3. Статические и динамические характеристики.

Статическую характеристику МЦИУ можно получить из равенства сил С = F. Центробежная сила, действующая на золотник:

C = 2 B P_Ц.Б., ( 4.1 )

где В - постоянная, определяемая отношением плеч и геометрией рычагов.

Сила упругости пружины зависит от перемещения золотника:

F = F₀ + к_ПР (h - y), ( 4.2 )

где к_ПР - коэффициент жесткости пружины;

h - изменение затяжки пружины за счет перемещения втулки 3;

y - изменение затяжки пружины за счет перемещения золотника 4.

Приравнивая выражения (4.1) и (4.2), получаем статическую характеристику MЦИУ

y = . ( 4.3 )

Как видно из формулы (4.3), y является нелинейной функцией двух переменных: y = ¦(n, h), рис. 5.4. При n = n_КР = , где n_КР - критическая частота вращения центробежных грузиков, выходной сигнал у бесконечно возрастает. Для обеспечения требования линейности характеристик конструктивно ограничивают перемещение золотника 4 и втулки 3. Ограничение рабочего поля позволяет обеспечить линейность характеристики МЦИУ ( рис. 4.4).

Для получения динамических характеристик необходимо рассмотреть работу МЦИУ на неустановившихся режимах, когда кроме сил С и F, действуют еще сила инерции Р_И и сила трения Р_ТР. На основании принципа Даламбера сумма всех этих сил равна нулю:

Р_И + Р_ТР + С - F = 0. ( 4.4 )

У

у_МАХ

у_MIN

0 n_KP n

Рис. 4.4

Сила инерции: Р_И = , где - приведенная масса движущихся элементов (штока и центробежных грузиков).

Сила трения: Р_ТР = t ,

где t - коэффициент трения (считаем, что сухое трение отсутствует).

С учетом (4.1) и (4.2) уравнение (4.4) можно записать в виде

Т² + 2 x Т + = к_n + к_h , ( 4.5 )

где Т = - постоянная времени, с;

x = - относительный коэффициент затухания;

к_n = - - коэффициент усиления МЦИУ по величине частоты вращения;

к_h = - коэффициент усиления МЦИУ по величине затяжки пружины.

= ; = ; = - безразмерные (относительные) переменные;

, , - базовые значения соответствующих параметров.

Передаточная функция ИУ по частоте вращения имеет вид:

= .

Таким образом, в соответствии с ранее принятой классификацией, рассматриваемое ИУ является звеном второго порядка.

График переходного процесса при 0 < x < 1 приведен на рис. 4.5. Постоянная времени Т измерительного устройства влияет только на частоту колебаний переходного процесса и не оказывает воздействие на быстродействие ИУ.

у(t)

у_¥

0 t_Р t

Рис. 4.5

Время регулирования (т.е. быстродействие ИУ) зависит от величины x. При малых x (малое трение, большие массы грузиков m и жесткость пружины к_ПР) время регулирования t_Р увеличивается за счет медленного затухания колебаний (рис. 4.5,а). При больших x ³ 1 (большое трение, малые массы грузиков и жесткость пружины) время регулирования увеличивается за счет медленного протекания переходного процесса (рис. 4.5,б).

у(t) у(t )

0 < x < 1 x > 1

у_¥ у_¥

0 t_Р t 0 t_Р t

а) б)

Рис. 4.5

Оптимальное значение x, при котором время регулирования минимально, равно приблизительно 0,7 (рис. 5.6).

Время регулирования выполненных ИУ составляет t_Р = 0,001...0,01 с.

Если силы трения и инерции малы по сравнению с центробежными силами силой жесткости пружины, первыми двумя членами в уравнении (4.9) можно пренебречь, и тогда с достаточной точностью МЦИУ описывается усилительным звеном

y = к_n + к_h .

4.2.1.4. Эксплуатационная надежность и стабильность характеристик. Возможные неисправности.

Механическое центробежное измерительное устройство золотникового типа применяется в системе автоматического управления частотой вращения ротора высокого давления двигателей Д-30(Ту-134), Д-30КУ (Ил-62М, Ту-154М), Д-30КП (Ил-76, Ил-78, А-50, А-40«Альбатрос»)

Их достоинства: надежность работы, высокие статическая точность и быстродействие, стабильность характеристик.

Статическая точность ИУ определяется его чувствительностью и стабильностью настройки. Для повышения чувствительности ИУ силы сухого трения в подвижных деталях по возможности уменьшаются. С этой целью оси 7 грузиков 1 установлены в подшипниках, сила С на золотник 2 передается через качающиеся штифты 6. Сила затяжки пружины F_ПР приложена через шток к центру золотника, что исключает перекос золотника. Поверхности поясков золотника и втулки тщательно обработаны, золотнику 2 придается вращательное движение, при этом образуется жидкостная пленка, предотвращающая сухое трение в паре «золотник-гильза».

Нестабильность настройки механического центробежного ИУ связана главным образом с изменением температуры. Температурные деформации деталей и изменение жесткости пружины влияют на настройку ИУ. Для устранения влияния температуры под пружину 3 устанавливают пакет из нескольких биметаллических пластин. При изменении температуры пластины деформируются и нужным образом меняют затяжку пружины ЗЭ. Этим достигается стабильность настройки ИУ.

К недостаткам МЦИУ относится зависимость статической и динамической характеристик (чувствительности, быстродействия) от уровня заданной частоты вращения n_З = n₀.

t_P

t_{P min}

0 x_OPT = 0,7 x

Рис. 4.6

В эксплуатации работоспособность таких ИУ зависит от чистоты рабочей жидкости. Попадание посторонних примесей в трущуюся пару «золотник-гильза» может приводить к появлению зоны нечувствительности и даже к схватыванию. Поэтому необходим тщательный контроль за чистотой рабочей жидкости, особенно при эксплуатации авиационной техники на пыльных аэродромах горно-пустынной местности. При длительном хранении авиационной техники из авиационных топлив выпадают смолообразующие вещества, которые, осаждаясь на элементах ИУ, ухудшают его характеристики и даже могут привести к потере работоспособности. Для устранения выпадения смол в топливо добавляют специальные присадки, препятствующие выпадению смол.

Приложение разработал

начальник 13 кафедры

подполковник А. Черкасов