Układy hydrauliczne do napędu siłowników przy zmiennym ... ?· Układy hydrauliczne do napędu siłowników…

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

H Y D R A U L I K A I P N E U M AT Y K A 1 / 2 0 1 1 17

m/s. rednica toka tumika wynosia d = 16 mm, a wstpne ci-nienie w komorze tumika p = 0,6MPa. Szczeglnie wane dla konstruktora s dwie zmienne stanu: prdko toka v1 obrazuj-ca proces hamowania i cinienie p1, zwaszcza maksymalna war-to cinienia podczas hamowania (rys. 4).

Proces hamowania przebiega w czasie 0,2 s na odcinku 8 mm (rys. 4c). Na rysunku 4b linia 1 opisuje proces hamowania ze sta-ym ujemnym przyspieszeniem. Najkorzystniej wwczas prze-noszone s przecienia na hamowany ukad mechaniczny. W badanym tumiku proces hamowania jest zbliony do hamo-wania ze staym ujemnym przyspieszeniem. Uzyskano to dziki zastosowaniu w budowie tumika zaworu dawicego z przepy-wem laminarnym.

Podsumowanie

Budowa, nawet zoonych modeli dynamicznych elementw i ukadw hydraulicznych, moe zosta w znacznym stopniu zal-gorytmizowana. W tym celu ukad hydrauliczny dzieli si na mi-ni-ukady, dla ktrych generuje si rwnania w przestrzeni sta-nw. Wykorzystujc model dynamiczny, na etapie projektowa-nia, mona dokona doboru optymalnych parametrw konstruk-cyjnych zaworw hydraulicznych i caych ukadw. Taki sposb postpowania znacznie zawa pole moliwych rozwiza kon-strukcyjnych. Proces weryfi kacji dowiadczalnej jest wwczas bardziej skuteczny.

LITERATURA[1] Osiecki A.: Hydrostatyczny napd maszyn. WNT, Warszawa 1998.[2] Stryczek S.: Napd hydrostatyczny. WNT, Warszawa 1990.[3] Ogata K.: Metody przestrzeni stanw w teorii sterowania. WNT, Warszawa 1974.[4] Szydelski Z.: Napd i sterowanie hydrauliczne. WKi, Warszawa 1999.[5] Zastempowski B., Musia J., Styp-Rekowski M.: Ukady oraz ele-menty hydrauliczne i pneumatyczne w budowie maszyn. Wydawnictwo Uczelniane UTP, Bydgoszcz 2008.

a)

b)

c)

Rys. 4. Charakterystyki czasowe procesu hamowania: a cinienie,

b prdko, c przemieszczenie

UKASZ STAWISKI

Ukady hydrauliczne do napdu siownikw przy zmiennym kierunku obcienia toczyska

Wprowadzenie

Siowniki hydrauliczne s rodzajem silnikw liniowych wyporo-wych, gdzie nastpuje przekazanie i zamiana mocy ciekego czynnika roboczego pod cinieniem na moc mechaniczn siy w toczysku ruchomym. W odrnieniu od silnikw obroto-wych, siowniki wykonuj najczciej ruchy posuwisto-zwrotne o ograniczonym skoku, rzadziej ruchy obrotowe. Ze wzgldu na ograniczony skok (kt obrotu) wane jest, rzadziej w silnikach obrotowych, zapewnienie ruchu powrotnego, pod dziaaniem si-y cikoci lub siy w sprynie (w siownikach jednostronnego dziaania), albo za porednictwem rozdzielacza sterujcego do-pywem cieczy do odpowiednich komr siownika i z komr si-

ownika (w siowniku dwustronnego dziaania i wahliwego). Si-owniki hydrauliczne o posuwisto-zwrotnym ruchu toczyska s stosowane jako elementy wykonawcze w: maszynach robo-czych, wtryskarkach, obrabiarkach, robotach, ukadach hydrau-licznych samolotw i wielu innych zoonych systemach tech-nicznych z napdem i sterowaniem hydraulicznym. Ze wzgldu na charakter i specyfi k pracy tych elementw wykonawczych naley je zasila i sterowa w odpowiedni sposb, aby ruch to-czyska by rwnomierny i niepodatny na zakcenia, w peni kontrolowany. Jest to zwizane z precyzj sterowania przy zmie-niajcych si warunkach obcienia i kierunku dziaania siy. Idzie tu o zapewnienie bezpieczestwa pracy caego urzdzenia, cznie z bezpiecznym sterowaniem i obsug.

Ze wzgldu na potrzeb precyzji dziaania elementw wyko-nawczych ukadw hydraulicznych, konieczne s badania nad

Mgr in. ukasz Stawiski Wydzia Mechaniczny, Katedra Maszyn Roboczych, Napdw i Sterowania, Politechnika dzka.

H Y D R A U L I K A I P N E U M AT Y K A 1 / 2 0 1 118

ukadami sterowania ruchem toczyska, jego hamowaniem i roz-ruchem, gdy zmieniaj si warunki pracy.

Ukady hydrauliczne hamowania siownika

Kady siownik hydrauliczny jest projektowany na odpowiednie obcienie znamionowe, ktremu bdzie podlegao jego toczy-sko. Sia dziaajca na toczysko decyduje o przekroju toka i ci-nieniu zasilajcym siownik. Sia ta jest iloczynem cinienia za-silania i powierzchni roboczej toka:

(1)

gdzie: p1 cinienie zasilania siownika, A1 pole przekroju ro-boczego toka.

Maksymalna warto cinienia zasilania zaley od parame-trw pompy hydraulicznej lub ukadu sucych do napdu si-ownika. Dla siownikw dwustronnego dziaania, gdzie cinie-nie zasilania moe by podawane z dwch kierunkw, zaleno ma posta:

(2)

w ktrej: p2 cinienie zasilania siownika podczas ruchu po-wrotnego toka, A2 pole przekroju roboczego toka od strony toczyska.

Znak przed S (obcienie), zaley od kierunku dziaania obcienia podczas zadanego kierunku posuwu toczyska. W rzeczywistych ukadach hydraulicznych stosuje si trzy gw-ne sposoby hamowania siownika obcionego adunkiem lub si czynn, czyli hamowanie: dawieniowe za pomoc zaworu dawico-zwrotnego o regu-

lowanej wielkoci szczeliny. za pomoc sterowanego zaworu zwrotnego. za pomoc zaworu hamujcego (counterbalance valve).

Hamowanie dawieniowe. Zawr dawico-zwrotny (rys. 1) jest czsto stosowany podczas hamowania lub sterowania prd-koci opuszczanego adunku. Odpowiednio nastawiajc dawik mona ustabilizowa przepyw cieczy przez zawr, a co za tym idzie, nada ruchowi toczyska odpowiedni prdko. Zawory mona regulowa w czasie rzeczywistym, czyli przez cay ruch toka, a szeroko szczeliny stopniowo zmniejsza, a do zatrzy-mania przepywu.

Ukad hamowania adunku z wykorzystaniem zaworu da-wico-zwrotnego (rys. 2) ma zasadnicz wad: funkcjonuje prawidowo tylko wwczas, gdy sia obciajca toczysko dziaa w tylko w jednym kie-

runku. Dobr cinie w komorze lewej i prawej cylindra pozwa-la na ruch toczyska w obie strony przy jednym, okrelonym kie-runku siy, zatem:

(3)

Uwzgldniajc ukad odwrotny, gdy kierunek dziaania siy jest przeciwny do kierunku ruchu toczyska, to:

(4)

Rys. 1. Zawr dawico-zwrotny

Jeeli S1 jest rwna S2 (3) i (4), to wida nieciso w warto-ci cinienia p2 podczas obcienia czynnego i biernego. Ukad (rys. 2) po przesterowaniu rozdzielacza w pooenie skrajne le-we powoduje przepyw cieczy roboczej z pompy do lewej komo-ry siownika. Cinienie to ronie a do pokonania siy biernej S, aby toczysko wprawi w ruch. Ponadto, cinienie musi osign wysoki poziom, ci jest konieczne do przetoczenia cieczy robo-czej, wypywajcej z prawej komory siownika przez szczelin dawic w zaworze dawico-zwrotnym. Po przesterowaniu rozdzielacza w jego skrajne, prawe pooenie sia S dziaa w tym samym kierunku, jak prdko toczyska, czyli napdza tok, a jednoczenie ciecz robocza jest toczona z pompy do prawej komory siownika. Jeli prdko toczyska jest zbyt dua i wy-dajno pompy niedostateczna, moe pojawi si podcinienie w prawej komorze siownika. Podcinienie w siowniku powodu-je kawitacje i jest zjawiskiem niepodanym. Naley wytworzy bardzo due cinienie do pokonania oporw ruchu toczyska i dawienia cieczy na zaworze, ale mona te wywoa podci-nienie. To dyskwalifi kuje ukad, gdy dziaajca sia odciajca ma charakter zmienny.

Rys. 2. Ukad hamowania z zaworem dawico-zwrotnym

Ukad hamowania z zaworem zwrot-

nym sterowanym cinieniowo (rys. 3) to najprostsze rozwizanie. Zaworu tego typu uywa si czciej w prostych uka-dach od bardziej skomplikowanego za-woru hamujcego, ze wzgldu na znacz-nie atwiejsze sterowanie i moliwo zapobiegania niekontrolowanym ru-chom toczyska. Zawr zwrotny jest kon-trolowany cinieniem otwarcia, ktre uatwia pynne jego otwieranie si w zmiennych warunkach za-silania.

Do poprawnego dziaania ukadu (rys. 4) i pozostawienia za-woru w pozycji otwartej, konieczne jest odpowiednio wysokie cinienie otwarcia. W zalenoci od budowy zaworu zwrotnego, stosunek cinienia otwarcia do cinienia na wejciu do zaworu nie moe by niszy od:

(5)

Rys. 3. Zawr zwrotny sterowany cinieniowo

H Y D R A U L I K A I P N E U M AT Y K A 1 / 2 0 1 1 19

Takie zaoenia oznaczaj ograniczenia w wykorzystaniu tego zaworu w warunkach zmiennego obcienia. Przesterowanie rozdzielacza w skrajne lewe pooenie sprawia, e z pompy do lewej komory siownika dociera strumie cieczy. Cinienie w li-nii pompalewa komora siownika zaczyna wzrasta a do war-toci, ktra pokona warto siy biernej S. Wzrost cinienia po-woduje jednoczenie otwarcie zaworu zwrotnego, dziki czemu ciecz robocza moe wypywa z prawej komory siownika i przepywa przez otwarty zawr zwrotny. Jeeli nastawa ci-nienia otwarcia zaworu zwrotnego jest dobra, to mona uzyska sta prdko ruchu toczyska przy zmiennym obcieniu. Gdy rozdzielacz zostaje przesterowany w jego skrajne prawe pooe-nie, to pompa generuje cinienie, ktre otwiera zawr zwrotny i toczysko zaczyna przesuwa si w lewo, wspomagane si czynn S. Niedostateczna wydajno pompy i zbyt dua prdko-ci toczyska wpywaj na obnienie cinienia w linii pompasi-ownik, przez co zawr zwrotny zamyka si i spowalnia prze-pyw cieczy roboczej, a w konsekwencji ruch toczyska. Pompa ponownie podnosi cinienie cieczy w tej linii do otwarcia zawo-ru zwrotnego. Cykl powtarza si, a toczysko dojedzie do kra-cowego pooenia. Taki sposb napdu wywouje e niekontrolo-wane ruchy toka i brak pynnoci w jego przemieszczaniu. Za-wr sprawdza si w zaoonych, niezmiennych warunkach zasi-lania i obcienia.

Rys. 4. Ukad hamujcy z zaworem zwrotnym sterowanym cinieniowo

Zawory hamujce

Z zaworw wymienionych wczeniej zawory hamujce (counter-balance valves) zalicza si do najbardziej skomplikowanych, Wykorzystuje si je do kontrolowanego ruchu toczyska przy do-wolnym rodzaju obcienia czynnego lub biernego. Jest to naj-skuteczniejszy sposb kontrolowania ruchu toczyska, jeli nie liczy ukadw sterowanych elektronicznie. Podstawowy zawr hamujcy (rys. 5a) funkcjonuje przy cinieniach sterowania, kt-rych suma daje odpowiedni sygna otwarcia zaworu. Zaworami hamujcymi (rys. 5b i rys. 5c) nazywa si rwnie zawory zdol-ne do pracy z jednym cinieniem sterowania (wewntrznym lub zewntr