LABORATORIUM NAPĉDÓW HYDRAULICZNYCH

I PNEUMATYCZNYCH

INSTYTUT MASZYN ROBOCZYCH CIĉĩKICH

WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa

ûwiczenie HP3

DokładnoĞü pozycjonowania tłoczyska cylindra

hydraulicznego

Instrukcja

Opracowanie: dr in

Ī. Jarosław KuĞmierczyk

1. Cel üwiczenia

Analiza dokładno

Ğci pozycjonowania tłoczyska cylindra hydraulicznego za pomocą

układu z zaworem regulacyjnym.

2. Wymagany zakres wiedzy

Podstawowe zale

ĪnoĞci dotyczące: sił, ciĞnieĔ i wydatku w cylindrze hydraulicznym

oraz spr

ĊĪyn. Uwaga!! Na pocz

ątku üwiczenia zostanie przeprowadzony krótki,

5-minutowy sprawdzian mający na celu sprawdzenie wymaganego zakresu
wiedzy. Wynik sprawdzianu decyduje o dopuszczeniu zespołu do wykonywania
üwiczenia.

3. Podstawowe zaleĪnoĞci dotyczące sił i ciĞnieĔ w
cylindrze hydraulicznym oraz sprĊĪyn.

• siła działająca na tłok po stronie beztłoczyskowej

1

1

1

A

p

F

⋅

=

• siła działająca na tłok po stronie tłoczyskowej

2

2

2

A

p

F

⋅

=

• siła działająca wzdłuĪ tłoczyska

2

1 F

F

F

+

=

• W najprostszym przypadku dla sprĊĪyn zakłada siĊ liniową zaleĪnoĞü siły

F od

wychylenia spr

ĊĪyny z połoĪenia równowagi x:

F = - kx

gdzie: k jest współczynnikiem sprĊĪystoĞci (stałą sprĊĪyny), okreĞlającym
przyrost siły spr

ĊĪyny wraz z jej ugiĊciem.

A1

A2

V

F1

F2

F

p1

p2

4. Stanowisko do üwiczeĔ

4.1. Opis ogólny stanowiska

Stanowisko składa si

Ċ z nastĊpujących elementów:

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

Īenia

- Suwak

Rys.1. Stanowisko laboratoryjne

1. Zbiornik oleju

10. Tłumik

2. Szafka

11. Suwak

3. Akumulator hydrauliczny

12. Przetwornik poło

Īenia

4. Zawór bezpiecze

Ĕstwa

13. Cylinder hydrauliczny

5. Pompa

14. Zawór regulacyjny

6. Wzmacniacz

15. Manometr

7. Tylna

Ğciana

16. Osłona zabezpieczaj

ąca

8. Mechanizm napinania spr

ĊĪyny

17. Panel steruj

ący

9. Spr

ĊĪyny

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

zamontowany bezpo

Ğrednio na cylindrze. DziĊki temu skrócono do minimum

odległo

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

50 kg. Suwak jest zamocowany na ło

Īyskach kulkowych, które zmniejszają tarcie o

podło

Īe.

Obci

ąĪenie cylindra hydraulicznego moĪna regulowaü za pomocą dwóch

symetrycznie ustawionych spr

ĊĪyn Ğrubowych (9).

Dzi

Ċki tłumikowi (10) stanowisko pozwala równieĪ prowadziü analizy dotyczące

tłumienia.

Poło

Īenie suwaka jest mierzone za pomocą przetwornika potencjometrycznego (12) i

przekazywane do wzmacniacza (6), który znajduje si

Ċ w oddzielnej obudowie.

Wszystkie sygnały steruj

ące moĪna zmierzyü podłączając urządzenie pomiarowe do

gniazd umieszczonych na czołowej płycie wzmacniacza, który jest równie

Ī

wyposa

Īony w drukarkĊ.

Zasilacz hydrauliczny składa si

Ċ ze zbiornika oleju (1) o pojemnoĞci 10 litrów, pompy

(5), filtra, zaworu bezpiecze

Ĕstwa, manometru, akumulatora hydraulicznego (3) i

znajduje si

Ċ poniĪej na dole stanowiska. Manometry (15) przymocowane do tylnej

Ğciany (7) wskazują ciĞnienie panujące po obu stronach tłoczyska.

Na panelu steruj

ącym (17) znajduje siĊ włącznik pompy, główny włącznik zasilania,

wył

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

Dodatkowe akcesoria mo

Īna przechowywaü w szafce (2).

4.2. Opis układu sterowania

Rys.2. Schemat układu sterowania

1. Suwak

5. Cylinder hydrauliczny

2. Przetwornik poło

Īenia

6. Tłumik

3. Wzmacniacz

7. Spr

ĊĪyna

4. Zawór regulacyjny

Zadaniem układu steruj

ącego zaworem regulacyjnym jest ustawienie suwaka (1) w

zadanym poło

Īeniu z najwiĊkszą moĪliwą dokładnoĞcią i prĊdkoĞcią.

W tym celu dokonywany jest pomiar rzeczywistego poło

Īenia suwaka (1) za pomocą

przetwornika poło

Īenia (2). NastĊpnie wzmacniacz (3) porównuje wartoĞü

rzeczywist

ą z wartoĞcią zadaną (wyznacza uchyb) i na tej podstawie steruje pracą

zaworu.

Warto

Ğü

rzeczywista

Warto

Ğü

zadana

Przewody olejowe

Sygnał
steruj

ący

4.3. Układ hydrauliczny

Rys.3. Schemat układu hydraulicznego.

Olej jest tłoczony przez pomp

Ċ oleju (1) (przez przewód P) do zaworu

bezpiecze

Ĕstwa (3). JeĪeli ciĞnienie w układzie jest za wysokie, zawór (3) otworzy

si

Ċ odprowadzając nadmiar oleju do zbiornika przewód T. CiĞnienie za pompą

mo

Īna odczytaü na manometrze (7). Za zaworem bezpieczeĔstwa znajduje siĊ

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

bar) zawór jest zamkni

Ċty a olej płynie przez zawór jednokierunkowy do akumulatora

hydraulicznego (5). Kiedy ci

Ğnienie w akumulatorze osiągnie wartoĞü 150 bar, zawór

(4) otworzy si

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

zawór jednokierunkowy zapobiega wypływaniu oleju z akumulatora. Zawór

bezpiecze

Ĕstwa (8) steruje ciĞnieniem w obwodzie akumulatora.

Aby zapobiec zanieczyszczeniu zaworu regulacyjnego (9) zastosowano bardzo

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

manometr.

Oprócz tego w układzie znajduje si

Ċ drugi filtr oleju bezpoĞrednio na spływie do

zbiornika. Zawór regulacyjny (9) steruje prac

ą cylindra hydraulicznego (10).

4.4. Zawór regulacyjny - budowa i działanie.

Zawór regulacyjny jest najwa

Īniejszym elementem hydraulicznego układu

sterowania. Przekształca sygnały elektryczne pochodz

ące ze wzmacniacza na

zmian

Ċ ciĞnienia i wydatku.

Zawór charakteryzuje si

Ċ zerowym przekryciem suwaka. Oznacza to brak martwej

strefy w

Ğrodkowej czĊĞci charakterystyki (rys. 4). Ma ponadto liniową

charakterystyk

Ċ, która zapewnia stabilną pracĊ. Zawór regulacyjny znajdujący siĊ na

stanowisku jest wyposa

Īony we własny wzmacniacz umieszczony bezpoĞrednio na

nim. Sygnałem steruj

ącym jest sygnał napiĊciowy a zakresie + 10V.

Rys.4. Wpływ przekrycia suwaka zaworu na jego charakterystyk

Ċ.

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

Ċ suwak

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

ą

si

Ċ

przetwornik

elektryczno-mechaniczny,

który

składa

si

Ċ

z

cewki

elektromagnetycznej (2) i kotwicy (3).

Rys.5. Przekrój zaworu regulacyjnego

Poło

Īenie kotwicy jest niezaleĪne od tarcia i ciĞnienia panującego w zaworze. Jest

ono regulowane za pomoc

ą układu sterującego połoĪeniem. W tym celu dokonywany

jest pomiar rzeczywistego poło

Īenia suwaka za pomocą przetwornika połoĪenia (4),

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

informacji wzmacniacz steruje warto

Ğcią natĊĪenia prądu płynącego przez cewkĊ

elektromagnesu w taki sposób, aby warto

Ğü połoĪenia suwaka odpowiadała wartoĞci

zadanej.

Sygnał odpowiadaj

ący rzeczywistemu połoĪeniu suwaka jest dostarczany do

wzmacniacza steruj

ącego (złącze zaworu).

Zawór poł

ączony jest ze wzmacniaczem sterującym za pomocą przewodu

podł

ączanego do złącza (6)

6. Opis i sposób wykonania üwiczenia

Wa

Īnym kryterium oceny jakoĞci układu sterowania wykorzystującego zawór

regulacyjny jest dokładno

Ğü pozycjonowania pod zmiennym obciąĪeniem.

Wzrost obci

ąĪenia musi zostaü zrównowaĪony przez wzrost ciĞnienia po

odpowiedniej stronie tłoczyska cylindra hydraulicznego.

Sygnał steruj

ący zaworem regulacyjnym jest generowany przez wzmacniacz

steruj

ący na podstawie róĪnicy miĊdzy połoĪeniem rzeczywistym a zadanym.

Dla dwóch nastaw parametrów wzmacniacza (współczynnik wzmocnienia Kp=0,2 i

Kp=0,8), trzech ró

Īnych wartoĞci ugiĊcia wstĊpnego sprĊĪyn (0 mm - 30 mm - 60

mm) (ró

Īne obciąĪenia) okreĞliü dokładnoĞü pozycjonowania tłoczyska cylindra,

obliczy

ü siłĊ działającą wzdłuĪ tłoczyska cylindra oraz na tej podstawie obliczyü

ugi

Ċcie sprĊĪyny (stała sprĊĪyny 72 N/mm). Uzyskany wynik porównaü z wartoĞciami

ugi

Ċcia wstĊpnego.

Procedura wykonania praktycznej cz

ĊĞci üwiczenia:

1. Ustawi

ü zadaną wartoĞü współczynnika wzmocnienia Kp=0,8 i wartoĞci zadanej

W2=2,0
2. Tłoczysko cylindra wysunie si

Ċ o ok. 30 mm.

3. Za pomoc

ą pokrĊtła poluzowaü sprĊĪyny stanowiące obciąĪenie tłoczyska.

4. Odczyta

ü rzeczywistą wartoĞü połoĪenia xL oraz ciĞnienie po stronie

beztłoczyskowej PA (manometr lewy) i tłoczyskowej PB (manometr prawy).
5. Zwi

Ċkszyü ugiĊcie sprĊĪyny do 30 mm.

6. Odczyta

ü rzeczywistą wartoĞü połoĪenia xL oraz ciĞnienie po stronie

beztłoczyskowej PA (manometr lewy) i tłoczyskowej PB (manometr prawy).
7. Zwi

Ċkszyü ugiĊcie sprĊĪyny do 60 mm.

8. Odczyta

ü rzeczywistą wartoĞü połoĪenia xL oraz ciĞnienie po stronie

beztłoczyskowej PA (manometr lewy) i tłoczyskowej PB (manometr prawy).
9. Zmniejszy

ü do minimum ugiĊcie sprĊĪyny.

Powy

Īsze czynnoĞci powtórzyü dla współczynnika wzmocnienia Kp=0,2 i W2=2,0

7. Wykonanie sprawozdania

Sprawozdanie powinno zawiera

ü:

1. Stron

Ċ tytułową (załącznik do instrukcji).

2. Schemat stanowiska i układu sterowania i pomiarowego.
3. Tabel

Ċ zawierającą zmierzone wartoĞci.

4. Obliczenia.
5. Uwagi i spostrze

Īenia.

8. Zasady bezpieczeĔstwa

UWAGA! W układzie hydraulicznym znajduje siĊ akumulator. Oznacza to, Īe w
układzie hydraulicznym zgromadzona jest energia, nawet po wyłączeniu pompy.

Tłoczysko cylindra moĪe siĊ niespodziewanie wysunąü lub wsunąü.

W układach hydrauliczny powstają duĪe siły i prĊdkoĞci ruchu.

W celu zapewnienia bezpiecznego uĪytkowania stanowiska naleĪy

bezwzglĊdnie przestrzegaü poniĪszych wskazówek.

Wszystkie osoby przystĊpujące do üwiczenia muszą zapoznaü siĊ z instrukcją

do üwiczenia i wskazówkami dotyczącymi bezpieczeĔstwa.

RYZYKO PORAĩENIA PRĄDEM ELEKTRYCZNYM!
- Przed rozpocz

Ċciem prac przy układzie elektrycznym naleĪy obróci

ü główny

wyłącznik w połoĪenie OFF i odłączyü przewód zasilający z gniazdka
elektrycznego.
- Prace przy układzie elektrycznym powinny by

ü przeprowadzane wyłącznie przez

osoby posiadaj

ące odpowiednie uprawnienia.

- Nie dopuszcza

ü do zachlapania lub wstrz

ąsów elementów układu elektrycznego.

RYZYKO OBRAĩEē CIAŁA!
- Tłoczysko cylindra hydraulicznego mo

Īe wysuwaü siĊ lub wsuwaü z du

Īą

prĊdkoĞcią i siłą.
- Pokrywa ochronna zawsze powinna by

ü zamkniĊta.

- Przed rozpocz

Ċciem prac przy cylindrze hydraulicznym (zmiana wstĊpnego ugiĊcia

spr

ĊĪyn, podłączanie i regulacja tłumika) naleĪy obniĪyü ciĞnienie w układzie do

poziomu ci

Ğnienia atmosferycznego.

- Nie nale

Īy kłaĞü rąk na drodze suwaka.

Na drodze suwaka nie mog

ą znajdowaü siĊ Īadne przedmioty, przewody elektryczne

lub hydrauliczne.
UWAGA! Akumulator hydrauliczny
- Przed rozpocz

Ċciem prac nale

Īy obniĪyü ciĞnienie w układzie do poziomu

ciĞnienia atmosferycznego. W tym celu naleĪy wyłączyü pompĊ i za pomocą
wzmacniacza sterowa

ü ruchem tłoczyska cylindra (wysuwając i wsuwając) do

momentu, w którym ci

Ğnienie w układzie osiągnie wartoĞü ciĞnienia atmosferycznego.

- Uwaga! Manometr zasilacza hydraulicznego nie pokazuje ci

Ğnienia oleju w

akumulatorze tylko za pomp

ą.

- Prace przy układzie hydraulicznym powinny by

ü wykonywane wyłącznie przez

wykwalifikowanych pracowników.
UWAGA! Połączenia elektryczne
- Wi

ązkĊ łączącą wzmacniacz i zawór regulacyjny moĪna odłączaü tylko kiedy

stanowisko jest wył

ączone a ciĞnienie w układzie jest równe atmosferycznemu. W

przeciwnym razie układ hydrauliczny mo

Īe niespodziewanie zadziałaü.

- Zł

ącza naleĪy odpowiednio dokrĊciü, aby zapobiec jego poluzowaniu.

UWAGA!
- Nie wolno zostawia

ü Īadnych przedmiotów ani narzĊdzi na drodze suwaka. W

przypadku kolizji, stanowisko mo

Īe zostaü powa

Īnie uszkodzone w wyniku

działania znacznych sił i pr

ĊdkoĞci.

- U

Īytkowanie stanowiska z uszkodzonymi elementami grozi OBRA

ĩENIAMI CIAŁA!

9. 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

Ċdów hydraulicznych. Oficyna Wydawnicza PW,

Warszawa 1995.

INSTYTUT MASZYN ROBOCZYCH CIĉĩKICH

LABORATORIUM

NAPĉDÓW

HYDRAULICZNYCH

I PNEUMATYCZNYCH

Nr

üwiczenia:

HP3

Temat:

DokładnoĞü pozycjonowania tłoczyska cylindra hydraulicznego

Zespół:

Grupa:

D/W/Z

Data:

Lista osób wykonuj

ących üwiczenie:

1.

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

2.

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

3.

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

4.

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

5.

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

6.

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

7.

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

8.

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

9.

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

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

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

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