LABORATORIUM NAP

Ę

DÓW HYDRAULICZNYCH

I PNEUMATYCZNYCH

INSTYTUT MASZYN ROBOCZYCH CIĘśKICH

WYDZIAŁ SAM OCHODÓW I M ASZYN ROBOCZYCH

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa

Ć

wiczenie HP3

Dokładno

ść

pozycjonowania tłoczyska cylindra

hydraulicznego

Instrukcja

Opracowanie: dr in

ż

. Jarosław Ku

ś

mierczyk

1. Cel

ć

wiczenia

Analiza dokładno

ś

ci pozycjonowania tłoczyska cylindra hydraulicznego za pomoc

ą

układu z zaworem regulacyjnym.

2. Wymagany zakres wiedzy

Podstawowe zagadnienia dotycz

ą

ce układów hydraulicznych ora z układów

automatycznej regulacji (rodzaje wymusze

ń

, typ y regulatorów, itp.).

3. Stanowisko do

ć

wicze

ń

3.1. Opis ogólny stanowiska

Stanowisko składa si

ę

z nast

ę

puj

ą

cych elementów:

- Cylindra hydraulicznego
- Zaworu regulacyjnego
- Zasilacza hydraulicznego
- Wzmacniacza
- Przetwornika poło

ż

enia

- Suwak

Rys.1. Stanowisko laboratoryjne

1. Zbiornik oleju

10. Tłumik

2. Szafka

11. Suwak

3. Akumulator hydrauliczny

12. Przetwornik poło

ż

enia

4. Zawór bezpiecze

ń

stwa

13. Cylinder hydrauliczny

5. Pompa

14. Zawór regulacyjny

6. Wzmacniacz

15. Manometr

7. Tylna

ś

ciana

16. Osłona zabezpieczaj

ą

ca

8. Mechanizm napinania spr

ęż

yny

17. Panel steruj

ą

cy

9. Spr

ęż

yny

Cylinder hydrauliczny (13) ma skok 150 mm. Zawór regulacyjny (14) jest

zamontowany bezpo

ś

rednio na cylindrze. Dzi

ę

ki temu skrócono do minimum

odległo

ś ć

mi

ę

dzy elementami. Do tłoczyska przymocowany jest suwak (11) o masie

50 kg. Suwak jest zamocowany na ło

ż

yskach kulkowych, które zmniejszaj

ą

tarcie o

podło

ż

e.

Obci

ąż

enie cylindra hydraulicznego mo

ż

na regulowa

ć

za pomoc

ą

dwóch

symetrycznie ustawionych spr

ęż

yn

ś

rubowych (9).

Dzi

ę

ki tłumikowi (10) stanowisko pozwala równie

ż

prowadzi

ć

analizy dotycz

ą

ce

tłumienia.

Poło

ż

enie suwaka jest mierzone za pomoc

ą

przetwornika potencjometrycznego (12) i

przekazywane do wzmacniacza (6), który znajduje si

ę

w oddzielnej obudowie.

Wszystkie sygnały steruj

ą

ce mo

ż

na zmierzy

ć

podł

ą

czaj

ą

c urz

ą

dzenie pomiarowe do

gniazd umieszczonych na czołowej płycie wzmacniacza, który jest równie

ż

wyposa

ż

ony w drukark

ę

.

Zasilacz hydrauliczny składa si

ę

ze zbiornika oleju (1) o pojemno

ś

ci 10 litrów, pompy

(5), filtra, zaworu bezpiecze

ń

stwa, manometru, akumulatora hydraulicznego (3) i

znajduje si

ę

poni

ż

ej na dole stanowiska. Manometry (15) przymocowane do tylnej

ś

ciany (7) wskazuj

ą

ci

ś

nienie panuj

ą

ce po obu stronach tłoczyska.

Na panelu steruj

ą

cym (17) znajduje si

ę

wł

ą

cznik pompy, główny wł

ą

cznik zasilania,

wył

ą

cznik awaryjny i gniazdko elektryczne (230V / 50Hz).

Dodatkowe akcesoria mo

ż

na przechowywa

ć

w szafce (2).

3.2. Opis układu sterowania

Rys.2. Schemat układu sterowania

1. Suwak

5. Cylinder hydrauliczny

2. Przetwornik poło

ż

enia

6. Tłumik

3. Wzmacniacz

7. Spr

ęż

yna

4. Zawór regulacyjny

Zadaniem układu steruj

ą

cego zaworem regulacyjnym jest ustawienie suwaka (1) w

zadanym poło

ż

eniu z najwi

ę

ksz

ą

mo

ż

liw

ą

dokładno

ś

ci

ą

i pr

ę

dko

ś

ci

ą

.

W tym celu dokonywany jest pomiar rzeczywistego poło

ż

enia suwaka (1) za pomoc

ą

przetwornika poło

ż

enia (2). Nast

ę

pnie wzmacniacz (3) porównuje warto

ś ć

rzeczywist

ą

z warto

ś

ci

ą

zadan

ą

(wyznacza uchyb) i na tej podstawie steruje prac

ą

zaworu.

Wa

ż

n ym kryterium oceny jako

ś

ci układu sterowania wykorzystuj

ą

cego zawór

regulacyjny jest dokładno

ś ć

pozycjonowania pod zmiennym obci

ąż

eniem, na któr

ą

decyduj

ą

cy wpływ ma jego sztywno

ś ć

.

Warto

ść

rzeczywista

Warto

ść

zadana

Przewody olejowe

Sygnał
steruj

ą

cy

Wzrost obci

ąż

enia musi zosta

ć

zrównowa

ż

ony prze z w zrost ci

ś

nienia po

odpowiedniej stronie tłoczyska cylindra hydraulicznego, który zale

ż

y od napi

ę

cia

steruj

ą

cego zaworem regulacyjnym. Warto

ś ć

napi

ę

cia jest okre

ś

lana przez sterownik

na podstawie uchybu poło

ż

enia tłoczyska siłownika.

Sztywno

ś ć

układu jest okre

ś

lana jako iloraz obci

ąż

enia (zewn

ę

trznej siły działaj

ą

cej

na tłoczysko) i bł

ę

du poło

ż

enia tłoczyska.

3.3. Układ hydrauliczny

Rys.3. Schemat układu hydraulicznego.

Olej jest tłoczony przez pomp

ę

oleju (1) (przez przewód P) do zaworu

bezpiecze

ń

stwa (3). Je

ż

eli ci

ś

nienie w układzie jest za wysokie, zawór (3) otworzy

si

ę

odprowadzaj

ą

c nadmiar oleju do zbiornika przewód T. Ci

ś

nienie za pomp

ą

mo

ż

na odczyta

ć

na manometrze (7). Za zaworem bezpiecze

ń

stwa znajduje si

ę

zawór akumulatora hydraulicznego (4). W trybie napełniania akumulatora (p<130

bar) zawór jest zamkni

ę

ty a olej płynie prze z zawór jednokierunkowy do akumulatora

hydraulicznego (5). Kiedy ci

ś

nienie w akumulatorze osi

ą

gnie warto

ś ć

150 bar, zawór

(4) otworzy si

ę

i olej zamiast do akumulatora popłynie do zbiornika. W takiej sytuacji

zawór jednokierunkowy zapobiega wypływaniu oleju z akumulatora. Zawór

bezpiecze

ń

stwa (8) steruje ci

ś

nieniem w obwodzie akumulatora.

Ab y zapobiec zanieczyszczeniu zaworu regulacyjnego (9) zastosowano bardzo

dokładny filtr (6) po stronie zasilania. Poziom zanieczyszczenia filtra wskazuje

manometr.

Oprócz tego w układzie znajduje si

ę

drugi filtr oleju bezpo

ś

rednio na spływie do

zbiornika. Zawór regulacyjny (9) steruje prac

ą

cylindra hydraulicznego (10).

3.4. Zawór regulacyjny - budowa i działanie.

Zawór regulacyjny jest najwa

ż

niejszym elementem hydraulicznego układu

sterowania. Przekształca sygnały elektryczne pochodz

ą

ce ze wzmacniacza na

zmian

ę

ci

ś

nienia i wydatku.

Zawór charakteryzuje si

ę

zerowym przekryciem suwaka. Oznacza to brak martwej

strefy w

ś

rodkowej cz

ęś

ci charakterystyki (rys. 4). Ma ponadto liniow

ą

charakterystyk

ę

, która zapewnia stabiln

ą

prac

ę

. Zawór regulacyjny znajduj

ą

cy si

ę

na

stanowisku jest wyposa

ż

ony we własny wzmacniacz umieszczon y be zpo

ś

rednio na

nim. Sygnałem steruj

ą

cym jest sygnał napi

ę

ciowy a zakresie + 10V.

Rys.4. Wpływ przekrycia suwaka zaworu na jego charakterystyk

ę

.

Rysunek nr 5 przedstawia przekrój zaworu. Po lewej stronie znajduje si

ę

suwak

zaworu (1) - przetwornik mechaniczno-hydrauliczny. Po jego prawej stronie znajduj

ą

si

ę

przetwornik

elektryczno-mechaniczny,

który

składa

si

ę

z

cewki

elektromagnetycznej (2) i kotwicy (3).

Rys.5. Przekrój zaworu regulacyjnego

Poło

ż

enie kotwicy jest niezale

ż

ne od tarcia i ci

ś

nienia panuj

ą

cego w zaworze. Jest

ono regulowane za pomoc

ą

układu steruj

ą

cego poło

ż

eniem. W tym celu dokonywany

jest pomiar rzeczywistego poło

ż

enia suwaka za pomoc

ą

przetwornika poło

ż

enia (4),

którego wynik przekazywany jest do wzmacniacza zaworu (5). Na podstawie tej

informacji wzmacniacz steruje warto

ś

ci

ą

nat

ęż

enia pr

ą

du płyn

ą

cego przez cewk

ę

elektromagnesu w taki sposób, aby warto

ś ć

poło

ż

enia suwaka odpowiadała warto

ś

ci

zadanej.

Sygnał odpowiadaj

ą

cy rzeczywistemu poło

ż

eniu suwaka jest dostarczany do

wzmacniacza steruj

ą

cego (zł

ą

cze zaworu).

Zawór poł

ą

czony jest ze wzmacniaczem steruj

ą

cym za pomoc

ą

przewodu

podł

ą

czanego do zł

ą

cza (6).

3.5. Charakterystyki zaworu regulacyjnego

Zawór regulacyjny jest opisany za pomoc

ą

trzech charakterystyk.

Poni

ż

ej przedstawiono dwie z nich, które opisuj

ą

działanie zaworu w warunkach

statyczn ych.

1. Zale

ż

no

ś ć

wydatku (Q) od sygnału steruj

ą

cego (U

D-E

).

2. Krzyw

ą

w zmocnienia ci

ś

nienia, która opisuje zale

ż

no

ś ć

ró

ż

nicy ci

ś

nie

ń

∆

p

a-b

, która

pojawia si

ę

przy okre

ś

lonym napi

ę

ciu steruj

ą

cym.

4. Opis sposobu wykonania

ć

wiczenia

Zespół zostaje podzielony na trzy grupy. Zadaniem ka

ż

dej z grup jest wykonanie

oblicze

ń

dla jednej z trzech nastaw parametrów wzmacniacza (współczynnik

wzmocnienia Kp=0,2, Kp=1 i Kp=2), przy trzech ró

ż

nych warto

ś

ci ugi

ę

cia wst

ę

pnego

spr

ęż

yn (0 mm - 30 mm - 60 mm) (ró

ż

ne obci

ąż

enia).

Procedura wykonania praktycznej cz

ęś

ci

ć

wiczenia:

1. Ustawi

ć

zadan

ą

warto

ś ć

współczynnika wzmocnienia Kp = 0,2 i warto

ś

ci zadanej

W2 = 2,0 V (zadane poło

ż

enie tłoczyska)

2. Tłoczysko cylindra wysunie si

ę

o ok. 30 mm.

3. Za pomoc

ą

pokr

ę

tła poluzowa

ć

spr

ęż

yn y stanowi

ą

ce obci

ąż

enie tłoczyska.

4. Odczyta

ć

poło

ż

enie płyty oporowej pokr

ę

tła.

5. Za pomoc

ą

woltomierza odczyta

ć

napi

ę

cie odpowiadaj

ą

ce rzeczywistej warto

ś

ci

poło

ż

enia tłoczyska xL1.

6. Zwi

ę

kszy

ć

ugi

ę

cie spr

ęż

yny do 30 mm.

7. Za pomoc

ą

woltomierza odczyta

ć

napi

ę

cie odpowiadaj

ą

ce rzeczywistej warto

ś

ci

poło

ż

enia tłoczyska xL2.

8. Zwi

ę

kszy

ć

ugi

ę

cie spr

ęż

yny do 60 mm.

9. Za pomoc

ą

woltomierza odczyta

ć

napi

ę

cie odpowiadaj

ą

ce rzeczywistej warto

ś

ci

poło

ż

enia tłoczyska xL3.

10. Zmniejszy

ć

do minimum ugi

ę

cie spr

ęż

yny.

Powy

ż

sze czynno

ś

ci powtórzy

ć

dla współczynnika wzmocnienia Kp=1 i Kp=2

5. Wykonanie sprawozdania

Sprawozdanie powinno zawiera

ć

:

1. Stron

ę

tytułow

ą

(zał

ą

cznik do instrukcji) ze składem grupy.

2. Tabel

ę

zawieraj

ą

c

ą

zmierzone warto

ś

ci.

3. Obliczenia.

6. Zasady bezpiecze

ń

stwa

UWAGA! W układzie hydraulicznym znajduje si

ę

akumulator. Oznacza to,

ż

e w

układzie hydraulicznym zgromadzona jest energia, nawet po wył

ą

czeniu pompy.

Tłoczysko c ylindra mo

ż

e si

ę

niespodziewanie wysun

ąć

lub wsun

ąć

.

W układach hydrauliczny powstaj

ą

du

ż

e siły i pr

ę

dko

ś

ci ruchu.

W celu zapewnienia bezpiecznego u

ż

ytkowania stanowiska nale

ż

y

bezwzgl

ę

dnie przestrzega

ć

poni

ż

szych wskazówek.

Wszystkie osoby przyst

ę

puj

ą

ce do

ć

wiczenia musz

ą

zapozna

ć

si

ę

z instrukcj

ą

do

ć

wiczenia i wskazówkami dotycz

ą

cymi bezpiecze

ń

stwa.

RYZYKO PORA

ś

ENIA PR

Ą

DEM ELEKTRYCZNYM!

- Przed ro zpocz

ę

ciem prac przy układzie elektrycznym nale

ż

y obróci

ć

główny

wył

ą

cznik w poło

ż

enie OFF i odł

ą

czy

ć

przewód zasilaj

ą

cy z gniazdka

elektrycznego.
- Prace przy układzie elektrycznym powinny by

ć

przeprowadzane wył

ą

cznie przez

osoby posiadaj

ą

ce odpowiednie uprawnienia.

- Nie dopuszcza

ć

do zachlapania lub wstrz

ą

sów elementów układu elektrycznego.

RYZYKO OBRA

ś

E

Ń

CIAŁA!

- Tłoczysko cylindra hydraulicznego mo

ż

e wysuwa

ć

si

ę

lub wsuwa

ć

z du

żą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

i sił

ą

.

- Pokrywa ochronna zawsze powinna by

ć

zamkni

ę

ta.

- Przed ro zpocz

ę

ciem prac przy cylindrze hydraulicznym (zmiana wst

ę

pnego ugi

ę

cia

spr

ęż

yn, podł

ą

czanie i regulacja tłumika) nale

ż

y obni

ż

y

ć

ci

ś

nienie w układzie do

poziomu ci

ś

nienia atmosferycznego.

- Nie nale

ż

y kła

ś ć

r

ą

k na drodze suwaka.

Na drodze suwaka nie mog

ą

znajdowa

ć

si

ę

ż

adne przedmioty, przewody elektryczne

lub hydrauliczne.
UWAGA! Akumulator hydrauliczny
- Przed ro zpocz

ę

ciem prac nale

ż

y obni

ż

y

ć

ci

ś

nienie w układzie do poziomu

ci

ś

nienia atmosferycznego. W tym celu nale

ż

y wył

ą

czy

ć

pomp

ę

i za pomoc

ą

wzmacniacza sterowa

ć

ruchem tłoczyska cylindra (wysuwaj

ą

c i wsuwaj

ą

c) do

momentu, w którym ci

ś

nienie w układzie osi

ą

gnie warto

ś ć

ci

ś

nienia atmosferycznego.

- Uwaga! Manometr zasilacza hydraulicznego nie pokazuje ci

ś

nienia oleju w

akumulatorze tylko za pomp

ą

.

- Prace przy układzie hydraulicznym powinny by

ć

wykon ywane wył

ą

cznie prze z

wykwalifikowanych pracowników.
UWAGA! Poł

ą

czenia elektryczne

- Wi

ą

zk

ę

ł

ą

cz

ą

c

ą

w zmacniacz i zawór regulacyjny mo

ż

na odł

ą

cza

ć

tylko kiedy

stanowisko jest wył

ą

czone a ci

ś

nienie w układzie jest równe atmosferycznemu. W

przeciwnym razie układ hydrauliczny mo

ż

e niespodziewanie zadziała

ć

.

- Zł

ą

cza nale

ż

y odpowiednio dokr

ę

ci

ć

, aby zapobiec jego poluzowaniu.

UWAGA!
- Nie wolno zostawia

ć

ż

adnych przedmiotów ani narz

ę

dzi na drodze suwaka. W

przypadku kolizji, stanowisko mo

ż

e zosta

ć

powa

ż

nie uszkodzone w w yniku

działania znacznych sił i pr

ę

dko

ś

ci.

- U

ż

ytkowanie stanowiska z uszkodzonymi elementami grozi OBRA

ś

ENIAMI CIAŁA!

7. Literatura

1. "Experiment Instructions RT 710 Hydraulic Servo System" G.U.N.T. Gerätebau
GmbH
2. Polska norma PN-ISO 1219-2:1998.
3. Szydelski Z.: Podstawy nap

ę

dów hydraulicznych. Oficyna Wydawnicza PW,

Warszawa 1995.

INSTYTUT MASZYN ROBOCZYCH CI

Ęś

KICH

LABORATORIUM

NAP

Ę

DÓW

HYDRAULICZNYCH

I PNEUMATYCZNYCH

Nr

ć

wiczenia:

HP3

Temat:

Dokładno

ść

pozycjonowania tłoczyska cylindra hydraulicznego

Zespół:

Grupa:

D/W/Z

Data:

Lista osób wykonuj

ą

cych

ć

wiczenie:

1.

.....................................................................................

2.

.....................................................................................

3.

.....................................................................................

4.

.....................................................................................

5.

.....................................................................................

6.

.....................................................................................

7.

.....................................................................................

8.

.....................................................................................

9.

.....................................................................................

10. .....................................................................................

11. .....................................................................................

12. .....................................................................................