wachel, materiały PWr, W5- elektryczny

Sterowanie dławieniowe-szeregowe prędkością ruchu odbiornika hydraulicznego

Wykonali:

1.      Wstęp

Celem ćwiczenia jest zbadanie właściwości sterowania prędkością silnika hydrostatycznego lub siłownika poprzez zmianę natężenia przepływu specjalnymi zaworami dławieniowymi pochodzącego od pompy o stałej wydajności. Przy zastosowaniu tego typu zaworów nadmiar natężenia jest odprowadzany jest bezpośrednio do zbiornika, co powoduje znaczne straty energii, gdyż jest ona marnowana wraz z odpływającą cieczą do zbiornika. Taki sposób sterowania nazywany jest sterowaniem dławieniowym i jest on wykorzystywany w sytuacji, gdy przenoszone siły są małe a ruch elementów wykonawczych odbywa się rzadko i jest to ruch przerywany. Sterowanie dławieniowe może być szeregowe lub równoległe. W tym ćwiczeniu badane będą właściwości sterowania dławieniowego szeregowego w zależności od wybranego sposobu budowanego schematu połączeń

2.      Przebieg ćwiczenia

W ćwiczeniu zostały wykonane 4 schematy obrazujące sterowanie dławieniowe szeregowe. Schemat elektryczny dla pierwszych 3 układów został przedstawiony na rysunku nr 1.

Rys 1 – Schemat elektryczny dla układów sterowania dławieniowego-szeregowego na dopływie i odpływie.

a) układ z zaworem dławiącym na dopływie sterujący prędkością siłownika

Rys. 2 – Sterowanie z zaworem dławiącym na dopływie

b) układ z zaworami dławiąco-zwrotnymi na dopływie sterujący prędkością siłownika

Rys. 3 – Sterowanie z zaworami dławiąco-zwrotnymi na dopływie

Zasada działania układów a) i b) jest podobna z tą różnicą, że w przypadku pierwszym zastosowano zawór dławiący przed rozdzielaczem, a w drugim 2 zawory dławiąco-zwrotne za rozdzielaczem. Jest to schemat sterowania dławieniowego szeregowego prędkością tłoczyska na dopływie. W takim układzie, zarówno jak i układzie na odpływie zawór przelewowy musi być podłączony tuż za pompą. Jeżeli aktywna jest cewka Y1, wtedy olej płynie przez zawór dławiący z lewej strony i blokowany jest przez zawór zwrotny z lewej strony. Zawór dławiący reguluje natężenie przepływu, które z kolei wysuwa tłok z prędkością , która zależna jest od wielkości tego natężenia działającego na powierzchnię tłoczyska:

gdzie:

– prędkość siłownika [m/s],

- natężenie przepływu skierowane do siłownika [m3/s],

– pole powierzchni pod którą wpływa ciecz (przy wysuwie jest to powierzchnia tłoka).

Zmniejszanie średnicy przepływu na zaworze dławieniowym powoduje zwiększenie przed nim ciśnienia, w wyniku czego otwiera się zawór przelewowy. Powoduje to rozdzielenie natężenia przepływu na przepływ  w kierunku tłoczyska i do zbiornika. W wyniku tego natężenie przepływu do tłoczyska zmniejsza się i tym samym prędkość przesuwu tłoczyska zmniejsza się. Ciśnienie na tłoczysku również maleje, gdyż działa na niego mniejsza siła.

gdzie:

- ciśnienie przed siłownikiem [Pa],

- siła obciążająca siłownik [N],

- pole powierzchni pod którą wpływa ciecz [m2].

c) układ z zaworami dławiąco-zwrotnymi na odpływie sterujący obrotami silnika hydrostatycznego

Rys. 3 – Sterowanie z zaworami dławiąco-zwrotnymi na odpływie

Jest to schemat sterowania dławieniowego szeregowego prędkością silnika hydrostatycznego na odpływie. Jeżeli aktywna jest cewka Y1, wtedy olej płynie przez otwarty zawór zwrotny            z lewej strony, który następnie napędza silnik i dopiero za silnikiem następuje dławienie natężenia przepływu. Wielkość obrotów silnika zależna jest od natężenia przepływu do chłonności jednostkowej silnika:

gdzie:

- prędkość obrotowa silnika [obr/s], 

- natężenie przepływu skierowane do silnika [m3/s],

- chłonność jednostkowa silnika [m3/obr].

Rozkład ciśnienia i natężenia przepływu przez odbiornik, którym w tym przypadku jest silnik jest podobny jak w przypadku sterowania na dopływie, z tą różnicą że przy tym samym ustawieniu zaworu dławieniowego ciśnienie na odbiorniku dla sterowania na odpływie będzie większe. Dla silnika hydrostatycznego ciśnienie to można przedstawić za pomocą wzoru:

gdzie:

- ciśnienie przed silnikiem hydrostatycznym [Pa],

- moment obciążenia silnika hydrostatycznego [Nm],

- wydajność jednostkowa silnika hydrostatycznego [m3/obr].

Zarówno sterowanie na dopływie jak i na odpływie ma swoje wady i zalety. Sterowanie na dopływie ma tę zaletę, że ciśnienie panujące przed siłownikiem lub silnikiem jest mniejsze w stosunku do sterowania na odpływie i zależy tylko od obciążenia elementu wykonawczego. Ma więc to tę zaletę, że pracuje on z większą sprawnością, gdyż mniejsze są opory tarcia w węzłach uszczelniających. Kolejną zaletą sterowania na dopływie w stosunku do sterowania na odpływie jest mniejsza objętość cieczy poddanej działaniu ciśnienia, a więc mniejsza jest podatność układu (kapacytancja). Sterowanie na dopływie ma jednak pewną wadę. Ciśnienie na wyjściu z odbiornika hydraulicznego jest bliskie zeru. Tak więc niekontrolowane zmiany obciążenia zewnętrznego mogą powodować drgania elementu wykonawczego, jego niekontrolowane ruchy lub nawet wytwarzanie się podciśnienia w jednej z komór elementu wykonawczego.