CC BY
69
УДК 621.312
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ В ПРИВОДЕ
ДОСТАБИЛИЗАЦИИ
А. А. Фролов, В. С. Фимушкин, О.В. Горячев, Н.С. Илюхина, А. В. Овчинников
Проведен энергетический анализ привода в соответствии с заданными требованиями и выбраны два вида исполнительных двигателей. Проведено сравнение характеристик двигателей, приведены рекомендации по их применению.
Ключевые слова: пьезоэлектрический двигатель, привод достабилизации, абсолютный энкодер.
Основными требованиями, предъявляемыми к высокоточному приводу, являются минимальные значения статической и динамической погрешностей, устойчивость работы, малые габаритные размеры и масса,
высокое быстродействие (15,6 г • см ).
На начальном этапе проектирования был проведен энергетический анализ:
£вх = 4х smC/вх/), (1)
где Авх - амплитуда сигнала; /вх - частота.
Изменение скорости
^ = Авх /вх cos /1) (2)
dt
Изменение ускорения
d2gвх =_a f2 sin( f t) dt
Авх /вх = °max; (3)
A f2 = F
вх вх max
Исходя из уравнений (1) - (3) можно определить входной сигнал,
О ЛПЛ рад -2А о рад
который составляет Оmax =1,74-, Fmax = 34,6—.
c с
Момент сопротивления нагрузки Mc = 0,003 Н • м.
Момент инерции нагрузки Jn = 1.56-10_6 кг• м2 = 1.56-10_5Н• м2.
Предварительный выбор типа исполнительного двигателя (ИД) осуществляем по требуемой мощности, согласно заданным характеристикам объекта управления и задающего воздействия:
ГМ Т Л
—с + J р
~ unGмах
(4)
NTp = (1,5..2,5) Qм.....
тр V V
По формуле (4) можно расчитать требуемую мощность двигателя: Nw = (1,5..2,5)• 1,74 -(0.003+1,56 -10_5 • 34,8) = (0,0082.. 0,014) Вт.
Предварительный выбор двигателя по требуемому моменту можно
М _3
определить из условия Мп > —с + JH£Max > 3.054 -10 Н - м.
77
На первом этапе проектирования привода достабилизации в качестве исполнительного элемента был использован микродвигатель ЕС-20 flat (5 W) фирмы Maxon motors (Швейцария). В качестве датчика угла выбран абсолютный энкодер DS-25 фирмы Netser (Израиль).
Основные технические характеристики исполнительного двигателя и датчика угла представлены в табл. 1.
Альтернативным вариантом исполнительного двигателя привода достабилизации был выбран пьезоэлектрический реверсивный двигатель PM-22R (Украина) в связи с недостаточной точностью позиционирования ротора двигателя ЕС-20 flat (5W).
Двигатель PM-22R является высокомоментным, старт-стопным, низкоскоростным, реверсивного вращения с высоким угловым разрешением. Предназначен для формирования как непрерывного, так и импульсного режимов вращения. Когда двигатель обесточен, он работает как хранитель положения. Выполнен на основе кольцевого пьезоэлектрического резонатора.
По сравнению с традиционными двигателями имеет малые габарит и массу, большой диапазон регулировки по скорости, возможность формирования сверхмалых угловых микроперемещений, практически мгновенный разгон и торможение, самоторможение при отключенном питании.
Таблица 1
Технические характеристики микродвигателя ЕС-20
№ п/п Наименование параметра Значение
1 Номинальный момент двигателя, Н • м 8,4-10 _3
2 Номинальная скорость двигателя, рад/с 765
3 Механическая постоянная времени, с 2 -10_2
4 Момент инерции ротора, Н • м • с 5 -10_8
На рисунке приведна нагрузочная характеристика пьезоэлектрического двигателя РМ-22Я.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Нагрузочный момент, Н*м
Нагрузочная характеристика РМ-22Я
В табл. 2 представлены характеристики пьезоэлектрического двигателя РМ-22Я.
Таблица 2
Технические характеристики пьезоэлектрического двигателя РМ-22Я
Характеристика Значение
Максимальный момент, Н • м 0,5
Момент самоторможения, Н • м 0,51
Максимальная скорость, рад/с 3,14
Мин. угловой шаг, мрад 4,8 • 10_3
Мин. время отклика, с 5•10_5
Время разгона, с 3•10_4
Время реверсирования, с 5•10_4
Напряжение питания, В 12
Минимальный угловой шаг пьезоэлектрического двигателя
_3
составляет 4,8 • 10 мрад, что удовлетворяет техническим требованиям к
приводу достабилизации.
По результатам расчетов были выбраны два вида исполнительных двигателей привода достабилизации. Приоритет отдан пьезоэлектрическому двигателю, так как он обладает рядом преимуществ, главные из которых:
- высокая точность позиционирования ротора;
- возможность утановки нагрузки на вал двигателя напрямую, т. е. без использования редуктора (в соответствии с нагрузочной
характеристикой, см. рисунок), что уменьшает габариты и упрощает конструкцию привода;
- высокий момент самоторможения.
Результаты энергетического расчета подтвердили возможность использования пьезоэлектрического двигателя PM-22R в качестве исполнительного двигателя привода достабилизации оптической пластины в дальномерном канале управления.
Список литературы
1. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
2. Лавриненко В.В., Карташев И.А., Вишневский В.С. Пьезоэлектрические двигатели. М.: Энергия, 1980. 110 с.
3. Пьезопривод на основе тонкопленочного пакетного пьезоактюатора. / Бойков В.И. [и др.]. // Изв.вузов. Приборостроение. 2009. Т.52. №11. С.72 - 77.
Фролов Александр Александрович, инженер-исследователь 3-й кат., аспирант, [email protected], Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова»,
Фимушки Валерий Сергеевич, начальник отделения, [email protected], Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»,
Горячев Олег Владимирович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Илюхина Наталья Сергеевна, канд. техн. наук, проф., kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Овчинников Александр Викторович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
SUBSTANTIATION OF POSSIBILITY OF APPLICATION OF THE PIEZOELECTRIC ENGINE IN THE STABILIZATION DRIVE
A.A. Frolov, V.S. Fimushkin, O.V. Goriachev, N.S. Iluhina, A.V. Ovchinnikov
The power analysis of a drive according to the set requirements is carried out, 2 kinds of executive engines according to the spent analysis have been chosen. Comparison of characteristics of engines is spent, recommendations about their application are resulted. Key words: the piezoelectric engine, a stabilization drive, absolute encoder.
Frolov Alexander Alexandrovich, 3rd category research engineer, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Fimushkin Valeriy Sergeevich, head of department, [email protected], Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Goryachev Oleg Vladimirovich, doctor of engineering, professor, head of department, kbkedr@,tula.net, Russia, Tula, Tula State University,
Ilyukhina Natalya Sergeevna, candidate of engineering, professor, kbkedr@,tula.net, Russia, Tula, Tula State University,
Ovchinnikov Alexander Viktorovich, postgraduate, kbkedr@,tula.net, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.51
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОРАБЕЛЬНЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ УСТАНОВОК ПРИ ОТРАЖЕНИИ ПРОТИВОКОРАБЕЛЬНЫХ
РАКЕТ
А.В. Жуков
Выполнен сравнительный анализ корабельных артиллерийских комплексов ПВО. Проанализировано влияние на эффективность стрельбы поражающего действия артиллерийских снарядов, точности стрельбы и общего числа выстрелов за стрельбу. Обосновано использование однопостовой схемы корабельного артиллерийского комплекса ПВО с использованием: 30-мм скорострельных зенитных автоматов, всепогодных радиолокационной и оптико-электронной систем управления.
Ключевые слова: калибр, стрельба, установка, корабль, снаряд, точность, расход, темп.
Периодически в печати проводится дискуссия по поводу оптимального калибра корабельных малокалиберных установок, предназначенных в первую очередь для отражения ударов противокорабельных ракет (ПКР) [1].
Дискуссия вызвана озабоченностью по поводу низкой эффективности 30-мм корабельной установки АК - 630 на учебных стрельбах. Малокалиберное артиллерийское вооружение на корабле призвано обеспечивать поражение всех типов ПКР в непосредственной близости от корабля. Располагаемое время на поражение ПКР-минимальное. Например, при скорости ПКР около 1000 м/с, ее время нахождения в зоне эффективной стрельбы артиллерийской установки не превышает 2-3 с, а это значит, что за время стрельбы артиллерией 1-2 с ПКР должна быть уничтожена. Пропуск ПКР на
