P O L I T E C H N I K A G D A C
S K A
Katedra Mechaniki i Mechatroniki
Zakład Hydrauliki i Pneumatyki
HYDROTRONIKA
Andrzej Bieńkowski
p. 414
tel [phone]
Cel wykładu
Zapoznanie słuchaczy z techniką hydraulicznego sterowania proporcjonalnego i serwo.
Tematyka wykładu poświęcona jest zarówno podstawom teoretycznym jak i opisowi
konstrukcyjnemu zaworów i pomp z elektromagnesami proporcjonalnymi, stanowiącymi
ogniwo łączące elektroniczny układ sterowania z elastycznymi urządzeniami wykonawczymi.
Program wykładu
Sterowanie i regulacja, podstawowe pojęcia. Podział elementów sterujących na zawory
proporcjonalne i wzmacniacze. Wprowadzenie do techniki hydraulicznego sterowania
proporcjonalnego. Rodzaje i zastosowanie zaworów proporcjonalnych i wzmacniaczy. Typy
elektromagnesów, budowa i charakterystyka elektromagnesu proporcjonalnego.
Zawór przelewowy ze sterowaniem bezpośrednim i wstępnym: budowa, działanie,
charakterystyka.
Zawór redukcyjny ze sterowaniem bezpośrednim i wstępnym: budowa, działanie,
charakterystyka.
Rozdzielacze proporcjonalne ze sterowaniem bezpośrednim i wstępnym: budowa,
działanie, charakterystyki. Własności dynamiczne rozdzielaczy. Histereza, liniowość.
Wykonania suwaka sterującego rozdzielacza. Kompensacja obciążenia i zawory
kompensujÄ…ce. Kompensacja z zaworem dwudrogowym i trzydrogowym. Wytyczne do
projektowania układów z kompensacją obciążenia.
Program wykładu
Regulatory przepływu proporcjonalne, budowa, charakterystyki.
Wprowadzenie do techniki regulacji: drgania swobodne i wymuszone, częstość drgań
własnych nie tłumionych dla siłownika i silnika hydraulicznego, podstawowe człony układów
regulacji.
Wzmacniacze: jednostopniowy (momentowy silnik sterujący), dwustopniowy, trójstopniowy:
budowa, charakterystyki częstotliwościowe. Charakterystyki przepływowe. Wzmocnienie
ciśnieniowe.
Wpływ dynamiki wzmacniacza elektrohydraulicznego na układ regulacji. Dokładność
regulacji. Kryteria i badanie stabilności.
Elektroniczne układy sterowania: funkcje, schematy. Wzmacniacze proporcjonalne z
elektrycznym sprzężeniem zwrotnym.
Zasady ustalania kryteriów projektowania układów sterowania z zaworami proporcjonalnymi.
Dokładność pozycjonowania. Wpływ lepkości na dokładność sterowania.
Filtrowanie w układach hydraulicznych z zaworami proporcjonalnymi i wzmacniaczami.
Przykłady układów hydraulicznych z zaworami proporcjonalnymi i wzmacniaczami. Przykład
obliczeń projektowych.
Literatura
1. Osiński Zbigniew. Wybrane metody komputerowo wspomaganego konstruowania maszyn. Warszawa: Państ. Wydaw. Naukowe, 1988.
2. Osiński Zbigniew. Tłumienie drgań mechanicznych. Warszawa: Państ. Wydaw. Naukowe, 1979.
3. Cannon Robert H.Jr. Dynamika układów fizycznych, tł. z ang. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech., 1973.
4. Findeisen Władysław. Technika regulacji automatycznej. Warszawa: Państ. Wydaw. Naukowe, 1978.
5. Findeisen Władysław. Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji. Warszawa: Państ. Wydaw. Naukowe, 1980.
6. Parszewski Zdzisław. Drgania i dynamika maszyn. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech., 1982.
7. Parszewski Zdzisław. Podstawy automatyki dla mechaników. Warszawa: Państ. Wydaw. Nauk., 1976.
8. Parszewski Zdzisław. Teoria maszyn i mechanizmów. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech., 1974.
9. Pizoń Andrzej. Hydrauliczne i elektrohydrauliczne układy sterowania i regulacji. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech., 1987.
10. Pizoń Andrzej. Elektrohydrauliczne analogowe i cyfrowe układy automatyki. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech., 1995.
11. Pizoń Andrzej. Wybrane metody analizy nieliniowych hydraulicznych układów regulacji. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, 1974.
12. Jędrzykiewicz Zenon. Zbiór zadań z elementów i układów hydraulicznych w automatyce. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, 1971.
13. Pizoń Andrzej. Projektowanie hydraulicznych i elektrohydraulicznych układów automatycznego sterowania: skrypt [...]. Cz. 1. Kraków:
Politech. Krakowska, 1983.
14. Pizoń Andrzej. Elementy i układy hydrauliczne w automatyce. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, 1970. Skrypty Uczelniane
(Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica) Nr 190
15. Palczak Edward. Dynamika elementów i układów hydraulicznych. Wrocław: Zakł. Nar. im. Ossolińskich, cop. 1999.
16. Pląskowski Andrzej. Eksperymentalne wyznaczanie własności dynamicznych obiektów regulacji. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Tech.,
1965.
17. Szopliński Zbigniew. Automatyka stosowana. Warszawa: Wydaw. Komunikacji i A
ączności, 1980.
18. Pizoń Andrzej: Hydrauliczne i elektrohydrauliczne układy sterowania i regulacji, WNT W-wa 1987
19. Pizoń Andrzej: Elektrohydrauliczne analogowe i cyfrowe układy automatyki, WNT W-wa 1995
20. Palczak Edward: Dynamika układów i urządzeń hydraulicznych, skrypt Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1983
Wstęp
Istotnym problemem jest wprowadzenie rozróżnienia między pojęciem sterowania a pojęciem
regulacji, ponieważ są one często mylone.
Sterowanie:
Wielkość zadana wymusza w urządzeniu powstanie przyporządkowanej jej wielkości
rzeczywistej, która jednak nie jest nadzorowana, a jej odchyłki od wartości zadanej nie są
wykorzystane do korekcji.
Regulacja:
Zadany sygnał wielkości żądanej powoduje zmianę wielkości rzeczywistej (regulowanej), którą
stale się mierzy, a wyniki pomiaru zamienione na sygnał porównywalny z wielkością zadaną są
wykorzystane do tworzenia sygnału różnicowego (uchybu). W ten sposób realizowane jest ciągłe
przybliżanie wielkości regulowanej do wielkości zadanej pomimo oddziałujących na tę wielkość
zakłóceń.
Technika proporcjonalna  sterowanie
Technika serwo - regulacja
Obecnie produkowanym maszynom technologicznym i roboczym stawia się coraz większe
wymagania w zakresie:
dokładności i wydajności,
zdalnego nastawiania i kontroli parametrów roboczych,
optymalnych obciążeń roboczych (bez przeregulowań),
minimalnych strat energetycznych i minimalnych mocy instalowanych,
minimalnych strat surowcowych przy doborze parametrów technologicznych procesu
produkcyjnego,
uproszczenia w budowie hydraulicznych układów napędowych,
przystosowania hydraulicznych układów napędowych do pracy w systemie sterowania
automatycznego.
Wymagania ze strony procesów technologicznych i roboczych:
ciągłe dopasowywanie sił i prędkości w celu utrzymania optymalnych warunków
technologicznych i technicznych,
utrzymywanie parametrów roboczych zgodnie z cyklogramem procesu,
zdalne elektryczne sterowanie parametrów roboczych,
generowanie sygnałów sterujących metodami numerycznymi.
Wymaganie te spełniają elementy hydrauliczne przystosowane do sterowania proporcjonalnego.
Porównanie techniki proporcjonalnej i
techniki serwo
Zawór proporcjonalny Wzmacniacz elektrohydrauliczny
Typ układu Otwarty Zamknięty
Sprzężenie zwrotne Nie Tak
Dokładność Średnia (błąd ~3%) (błąd <1%)
Częstotliwość Niska: <10 Hz Wysoka: 60  100 Hz
Koszt Åšredni Wysoki
Wyposażenie dodatkowe Średnie Znaczne
Wrażliwość na zanieczyszczenia Mała Wysoka
Historia
Technika serwo znana jest od lat 40-tych XX w.  burzliwy, rewolucyjny wręcz postęp w tej
technice miał miejsce w zastosowaniu do mechanizmów pokładowych samolotów, w
mechanizmach naprowadzania armat, w okrętownictwie. Technika ta obecnie dominuje w
tych zastosowaniach, gdzie wymagana jest bardzo wysoka dokładność realizacji przebiegów
zmian procesów technologicznych i roboczych, np. układy sterowania w pojazdach
kosmicznych.
Technika proporcjonalna pojawiła się w latach 70-tych XX w. wszędzie tam, gdzie dla
określonych rodzajów sterowania konieczne było zwiększenia możliwości kontrolowania
przebiegu sterowania, wprowadzenie sterowania bezstopniowego i zmniejszenie liczby
elementów hydraulicznych koniecznych do realizacji danego procesu.
Sterowanie proporcjonalne w napędach hydraulicznych jest pomostem pomiędzy sterowaniem
konwencjonalnym (ręcznym, mechanicznym, elektromagnetycznym itd.) a sterowaniem z
wykorzystaniem wzmacniaczy elektrohydraulicznych (zaworów serwo), które działają w
układach regulacji automatycznej (w pętli sprzężenia zwrotnego).
1946:
-Tinsley w Anglii patentuje pierwszy zawór 2-
stopniowy.
-Raytheon i Bell Aircraft: zawór 2-stopniowy ze
sprzężeniem zwrotnym.
-MITechnology: Silnik momentowy zamiast
elektromagnesu: mniejsza moc sygnału
sterującego i poprawa liniowości.
-elektryczne sprzężenie zwrotne.
1950
-W. C. Moog: pierwszy 2-stopniowy
Zawór 2-stopniowy z
serwozawór z pojedynczym układem dysza-
pojedynczym układem dysza-
przysłona: niższy próg nieczułości i wyższa
przysłona
Single Nozzle Two-stage
dokładność.
Servovalve (1950)
1953 - 1955
-T. H. Carson: 2-stopniowy zawór serwo z
silnikiem momentowym + mechaniczne
sprzężenie zwrotne.
2-stopniowy zawór serwo z mechanicznym
sprzężeniem zwrotnym (1955)
1957
- R. Atchley: 2-stopniowy zawór z rurką
strumieniowÄ…
1959
- R. Atchley: 3-stopniowy zawór z
elektrycznym sprzężeniem zwrotnym
Zawór z rurką strumieniową
Jet Pipe Servovalve (1957)
Istota sterowania proporcjonalnego
Istotą sterowania proporcjonalnego jest realizowanie liniowej zależności pomiędzy
wejściowym sygnałem sterującym (natężenie lub napięcie prądu) a sygnałem wyjściowym
w postaci ciśnienia lub natężenia przepływu.
p = f (ist)
Q = f (ist)
Sygnał sterujący (wejściowy) ma znacznie mniejszą moc niż hydrauliczny sygnał
odpowiedzi.
Rozdzielacz proporcjonalny
Układy proporcjonalne
Układy proporcjonalne były pierwszą, zastosowaną w przemyśle, próbą połączenia
zalet hydraulicznych układów napędowych z zaletami elektrycznych układów
sterujących. Zastosowanie w jednym systemie elementów o tak różnych zasadach
działania wymagało zastosowania przetwornika elektrohydraulicznego, którym jest
zawór proporcjonalny. Zawór ten jest najważniejszym elementem tego układu.
Człon wykonawczy:
s,v
p,Q p,Q
Zasilacz Zawór
siłownik lub silnik
hydrauliczny proporcjonalny
hydrauliczny
i
Stopień mocy
i
Zadajnik
w
sygnału Regulator
nastawczego
Schemat blokowy układu sterowania z zaworem proporcjonalnym.
Na przedstawionym powyżej schemacie można wyróżnić człony i sygnały
elektryczne oraz hydrauliczne. Do elementów hydraulicznych należą:
hydrauliczna stacja zasilająca i odbiornik, czyli silnik lub siłownik
hydrauliczny. Człony elektryczne reprezentują: zadajnik sygnału sterującego,
regulator i stopień mocy. W praktyce regulator i stopień mocy umieszczone są
w jednym układzie elektronicznym, tzw. wzmacniaczu. Zawór proporcjonalny
łączy część elektryczną i hydrauliczną. Podstawową rolą sygnałów
elektrycznych jest przenoszenie informacji, a hydraulicznych przenoszenie
mocy. Sygnał sterujący zaworem proporcjonalnym posiada moc od kilku- do
kilkudziesięciu watów, a sterowany sygnał hydrauliczny rzędu kilowatów
(nawet setek kW).
y
ródłem sygnału nastawczego jest zadajnik, w którym operator może nastawić
żądaną wartość lub przebieg wielkości wyjściowej, którą może być np.
położenie, prędkość lub siła. W wyniku działania napięciowego najczęściej
sygnału zadającego regulator wystawia na wyjściu sygnał sterujący, który musi
być jeszcze odpowiednio wzmocniony, by osiągnąć moc użyteczną dla zaworu
proporcjonalnego. Zawór ten steruje ciśnieniem lub przepływem dostarczonego
oleju tak, aby był proporcjonalny do wartości prądu sterującego. Hydrauliczny
sygnał wyjściowy zaworu proporcjonalnego wymusza odpowiednie działanie
silnika lub siłownika, który bezpośrednio lub za pomocą przekładni steruje
wielkością wyjściową. W układzie sterowania zrealizowanym w technice
proporcjonalnej nie ma sprzężenia zwrotnego od wartości wielkości wyjściowej,
czyli regulator nie ma możliwości korekcji sygnału sterującego pod wpływem
zmian parametru sterowanego. Konsekwencją tego jest niska jakość procesu
sterowania, co ogranicza zastosowania techniki proporcjonalnej do prostych
zastosowań.
Przedstawiony schemat sterowania można rozbudować o układ pomiarowy i pętlę
sprzężenia zwrotnego, otrzymując w wyniku układ regulacji. W praktyce jednak
słabe własności dynamiczne (częstotliwość graniczna rzędu 10-30 herców)
konwencjonalnych zaworów proporcjonalnych nie pozwalają na zastosowanie ich w
układach automatycznej regulacji. Taka możliwość pojawiła się stosunkowo
niedawno, kilkanaście lat temu, wraz ze skonstruowaniem tzw. zaworów
proporcjonalnych regulacyjnych, które przy bardzo podobnej do zaworów
konwencjonalnych budowie posiadają znacznie lepsze własności dynamiczne
(typowe górne częstotliwości graniczne to 20...50 Hz). Układy zrealizowane z
użyciem tych zaworów są pomostem pomiędzy techniką proporcjonalną i serwo. Z
techniki proporcjonalnej zostało wzięte rozwiązanie budowy zaworu regulacyjnego,
a z techniki serwo zastosowanie zewnętrznego sprzężenia zwrotnego.
Serwonapędy elektrohydrauliczne
Serwonapędy elektrohydrauliczne w przeciwieństwie do układów
zrealizowanych w technice proporcjonalnej stanowią układy regulacji. W
serwonapędach tych jeszcze większe znaczenie ma połączenie elektroniki i
hydrauliki, gdyż bardzo ważnym elementem napędu jest układ pomiarowy
oraz regulator realizujący bardzo złożone niekiedy algorytmy regulacji.
Człon wykonawczy:
s,v,F
p,Q p,Q
Zasilacz
silnik lub siłownik
Serwozawór
hydrauliczny
hydrauliczny
Czujnik sygnału
Regulator
wyjściowego
e=w-y
Zadajnik
y
Schemat blokowy serwonapędu elektrohydraulicznego
Podobnie jak układ proporcjonalny, serwonapęd hydrauliczny składa się z
części elektronicznej i części hydraulicznej. Elementem hydraulicznym jest
zasilacz oraz człon wykonawczy, czyli siłownik lub silnik. Elektronikę
reprezentuje układ pomiarowy, człon sumacyjny, zadajnik wartości zadanej
oraz regulator. Regulator i człon sumacyjny stanowią najczęściej jeden
układ elektroniczny. Najważniejszym elementem systemu jest serwozawór,
który łączy część elektroniczną z hydrauliczną. Sygnałem sterującym tego
zaworu jest natężenie prądu elektrycznego, natomiast wyjściowym
natężenie lub ciśnienie oleju hydraulicznego. Serwozawór bywa nazywany
wzmacniaczem elektrohydraulicznym, gdyż moc wejściowego sygnału
elektrycznego jest rzędu ułamka wata, natomiast moc regulowanego
sygnału hydraulicznego może osiągać setek kilowatów, a wzmocnienie
nawet miliona.
y
ródłem sygnału wartości zadanej jest zadajnik, w którym operator może
nastawić żądaną wartość lub przebieg wielkości wyjściowej. Może nią być np.
położenie, prędkość lub siła. W wyniku porównania wartości nastawionej z
aktualną wartością wielkości wyjściowej powstaje sygnał uchybu, który
powoduje określone według programu działanie regulatora. Regulator
wystawia sygnał sterujący, będący wymuszeniem dla serwozaworu, który może
regulować ciśnienie lub natężenie przepływu oleju hydraulicznego. Powstający
we wzmacniaczu elektrohydraulicznym sygnał jest w członie wykonawczym,
siłowniku lub silniku hydraulicznym przekształcany na wielkość wyjściową.
Jednocześnie następuje pomiar sygnału wyjściowego, co dzięki istnieniu
ujemnego sprzężenia zwrotnego służy do kontroli jakości regulacji i
modyfikowaniu działania regulatora.
Serwonapęd elektrohydrauliczny stanowi przykład układu regulacji
automatycznej. Dzięki zastosowaniu wzmacniacza elektrohydraulicznego o
bardzo dobrych w porównaniu do zaworu proporcjonalnego własnościach
dynamicznych (przemysłowe serwozawory posiadają górne częstotliwości
przenoszenia na poziomie 100...300 Hz) serwonapędy te nadają się nawet do
najbardziej wymagających zastosowań.
Właściwości serwonapędów
elektrohydraulicznych
Serwonapędy elektrohydrauliczne łączą w sobie cechy układów elektrycznych i
hydraulicznych, i każdy z wielu przedstawionych w poprzednim rozdziale elementów
wpływa na właściwości całego napędu. Jednak najbardziej na właściwości całego
układu wpływają cechy serwozaworu. Ocena własności serwonapędu
elektrohydraulicznego może zmieniać się w zależności od jego zastosowania. Zaleta
napędu będąca nią w przemyśle ciężkim może być wadą w lotnictwie i zupełnie nie
mieć znaczenia w innej dziedzinie. Także waga konkretnych właściwości zmienia się
w zależności od zastosowania. Na co innego może zwracać uwagę konstruktor
obrabiarki i konstruktor maszyn budowlanych.
Zalety serwonapędów elektrohydraulicznych
Serwonapędy elektrohydrauliczne posiadają następujące zalety:
a) Bardzo duże wzmocnienie mocy. Zastosowanie wzmacniaczy
elektrohydraulicznych o dużym wzmocnieniu sięgającym nawet 1000 000 pozwala
na użycie elektrycznych sygnałów sterujących o mocy rzędu miliwatów, a
sterowanych sygnałów hydraulicznych rzędu kilowatów. Umożliwiło to
zastosowanie elektroniki do sterowania układu.
b) Możliwość uzyskania bardzo dużych sił i prędkości przy jednoczesnym
zachowaniu wysokiej dokładności. Duże siły i prędkości osiągane w elementach
wykonawczych wynikają z zastosowanych w systemie ciśnień i wydajności pomp,
a także z parametrów siłowników i silników hydraulicznych. Dokładność tego
napędu zależy w dużej mierze od rozdzielczości układu pomiarowego, dzięki
któremu można uzyskać dokładność pozycjonowania siłownika do 0,1 źm.
c) Niewielkie wymiary i masa w stosunku do osiÄ…ganej mocy. TÄ™ korzystnÄ…
właściwość serwonapędy elektrohydrauliczne osiągają dzięki podziałowi układu
wykonawczego i sterującego pomiędzy dwa odmienne systemy. Zastosowanie
wysokociśnieniowego układu hydraulicznego ogranicza masę i wymiary
elementów wykonawczych, a użycie elektronicznego układu sterowania umożliwia
wyeliminowane dużego wymiarami i masą oraz znacznie mniej efektywnego
sterowania hydraulicznego.
d) Duża szybkość działania. Zwiększenie szybkości działania w stosunku do
konwencjonalnych układów hydraulicznych jest możliwe dzięki zastosowaniu
serwozaworu o dobrych jak na element hydrauliczny własnościach dynamicznych i
elektronicznego systemu sterowania.
e) Możliwość przenoszenia względnie wysokich częstotliwości. Dzięki zastosowaniu
wzmacniaczy elektrohydraulicznych o szerokości pasma przenoszenia dochodzącym do
300...400 Hz układ może przenosić ok. 20 razy większe częstotliwości niż napędy
elektrohydrauliczne wykorzystujÄ…ce zawory proporcjonalne.
f) A
atwość sterowania. Wynika ona z niemal liniowej zależności pomiędzy prądem
sterującym a momentem wytwarzanym przez silnik momentowy. Dzięki temu
sterowanie natężeniem przepływu lub ciśnieniem ogranicza się do regulacji natężenia
prądu, co jest łatwe przy pomocy układów elektronicznych.
g) Niezawodność. Zastosowanie hydraulicznych elementów wykonawczych upraszcza
konstrukcję napędu, czyniąc ją bardziej niezawodną. Podobnie rozwój elektroniki
doprowadził do powstania regulatorów i układów pomiarowych o minimalnej
awaryjności. Serwonapędy elektrohydrauliczne są mało wrażliwe na wpływ
niekorzystnych warunków zewnętrznych.
h) Odporność na przeciążenia. Hydrauliczny układ napędowy zapewnia zabezpieczenia
układu przed przeciążeniami, także można go obciążać długotrwale dużymi siłami i
momentami.
Wady serwonapędów elektrohydraulicznych
Serwonapędy elektrohydrauliczne posiadają także wady:
a) Wysoka cena urządzeń hydraulicznych (zwłaszcza serwozaworu). Cena ta wynika
ze stosunkowo trudnej technologii produkcji, która musi spełnić surowe
wymagania dotyczące niezbędnej dokładności wykonania. Dotyczy to szczególnie
serwozaworu, którego ruchome części mogą mieć luz zaledwie ok. 10 źm. Wysoki
może być też koszt regulatora, gdyż wzmacniacz elektrohydrauliczny jest
elementem o transmitancji wysokiego rzędu. Może to powodować znaczne
trudności w zaprojektowaniu regulatora, w pewnych zastosowaniach regulator PID
nie jest w stanie zapewnić wymaganych parametrów jakości regulacji.
b) Konieczność zapewnienia wysokiej kultury technicznej obsługi. Oznacza to, że
eksploatacja serwonapędu wymaga spełnienia określonych warunków pracy i
konserwacji, wykonywania ściśle sprecyzowanych czynności obsługowych.
Chodzi tu przede wszystkim o wymagania dotyczące czystości oleju
hydraulicznego, ponieważ serwozawór jest bardzo wrażliwy na zanieczyszczenia.
Wymaga to stosowania i utrzymywania w należytym stanie dokładnych filtrów
hydraulicznych
c) Konieczność zapewnienia fachowego serwisu. Wszelkie naprawy czy modyfikacje
serwonapędu muszą być przeprowadzane przez pracowników o znacznych
kwalifikacjach, gdyż w wyniku niewłaściwej obsługi łatwo można taki układ
uszkodzić lub rozregulować. Dotyczy to zwłaszcza serwozaworu, którego naprawy
podjąć się może praktycznie tylko jego producent.
d) Konieczność instalowania zasilacza hydraulicznego. Jest to układ stosunkowo
kosztowny, zajmujący cenne miejsce i wytwarzający znaczny hałas.
e) Przecieki. Zastosowanie hydraulicznych elementów wykonawczych powoduje
ryzyko przecieków zewnętrznych cieczy roboczej. Może to ograniczyć
zastosowanie serwonapędu elektrohydraulicznego w pewnych dziedzinach.
f) Niska sprawność energetyczna. Hydrauliczna część serwonapędu stanowi układ
dławieniowy, co powoduje znaczne straty mocy. Maksymalna sprawność
strukturalna hydraulicznych ukÅ‚adów dÅ‚awieniowych wynosi zaledwie ·=0,385
(dla określonej konfiguracji parametrów roboczych, jak nastawa zaworu
przelewowego, wydajność pompy). W praktyce ponad 70 % energii jest tracona na
ciepło.
Zastosowanie serwonapędów
elektrohydraulicznych
Serwonapędy elektrohydrauliczne są przykładem urządzeń skonstruowanych do celów
militarnych, które po latach znalazło zastosowanie w technice cywilnej. Po raz
pierwszy szersze zastosowanie znalazły podczas II wojny światowej w Wielkiej
Brytanii do napędu platform anten radarowych, oraz w Niemczech do sterowania
rakietami V-2. Przez pierwsze lata istnienia serwonapędów elektrohydraulicznych nie
wychodziły one poza zakres zastosowań militarnych, znajdując się na wyposażeniu
samolotów, rakiet, broni pancernej, okrętów wojennych, platform radarowych i nie
tylko. Stan taki wynikał z jednej strony z ich niezwykłych zalet, czyniących je bardzo
przydatnymi w trudnych warunkach wojennych, a z drugiej strony z ich wysokiej ceny,
zwłaszcza serwozaworów i regulatorów, przez co stać na nie było tylko armie
najbogatszych państw. Powojenny rozwój automatyki, elektroniki i hydrauliki
spowodował spadek cen serwonapędów na tyle duży, że znalazły zastosowanie także w
przemyśle.
Dzisiaj serwonapędy elektrohydrauliczne używane są zarówno w technice wojskowej,
jak i cywilnej. Ich rozwój spowodował, że znajdują zastosowanie w bardzo różnych
dziedzinach przemysłu, komunikacji i nie tylko. Mimo niezwykle szybkiego ostatnio
rozwoju i silnej konkurencji ze strony serwonapędów elektrycznych ich pozycja w
układach automatycznej regulacji różnych maszyn jest bardzo istotna.
Przykłady zastosowań serwonapędów elektrohydraulicznych to:
1. Urządzenia dla badań wytrzymałościowych materiałów, zespołów konstrukcyjnych i
kompletnych maszyn. Serwonapęd elektrohydrauliczny znajduje zastosowanie np. w
maszynie wytrzymałościowej do przeprowadzania statycznej próby rozciągania metali.
2. Urządzenia wibracyjne dla badań sejsmicznych powierzchni ziemi.
3. UrzÄ…dzenia symulujÄ…ce warunki ruchu (w powietrzu, na ziemi, na wodzie). SÄ… to np.
symulatory samolotów, zarówno cywilnych pasażerskich jak i wojskowych, lub
lokomotyw. Dzięki serwonapędom personel szkolący się na symulatorach odczuwa
podobne zachowanie maszyny, jak rzeczywistego samolotu, statku lub lokomotywy.
4. Regulacja parametrów w tunelach aerodynamicznych.
5. Elektrohydrauliczny napęd różnych rodzajów robotów i manipulatorów
(technologiczne montażowe, lakiernicze, dla prac podwodnych). Dotyczy to zwłaszcza
maszyn obciążonych obiektami o dużej masie oraz o dużej prędkości ruchów.
6. Elektrohydrauliczna regulacja turbin gazowych.
7. Elektrohydrauliczny napęd i sterowanie maszyn do układania gazowych rurociągów o
dużych średnicach.
8. Elektrohydrauliczny napęd różnych ciężkich maszyn budowlanych.
9. Regulacja i pozycjonowania hydraulicznych scen obrotowych.
10. Elektrohydrauliczne zdalne kierowanie różnymi elektrohydraulicznymi obiektami w
kinematografii. Dotyczy to głównie dużych obiektów.
11. Regulacja szerokości szczeliny między walcami przy walcowaniu blach i produkcji
papieru. Rozmiar walcarek, siły występujące przy walcowaniu oraz wymagana
precyzja regulacji sprawia, że serwonapęd elektrohydrauliczny jest tu
bezkonkurencyjny.
12. Napęd nożyc (piły) w urządzeniach do programowalnego dokładnego cięcia rur,
blach, desek itp. Sytuacja podobna, jak w poprzednim przypadku.
m) Prasy do tłoczenia, wycinania, wyciskania, kuz
nicze, do płyt wiórowych, do
spiekania proszków. Serwonapęd umożliwia dokładną regulację grubości płyt,
prędkości tłoczenia czy sił wyciskania.
13. Obrabiarki dla różnorodnych sposobów obróbki mechanicznej metali i drewna. Są
to przede wszystkim obrabiarki z wieloma osiami sterowanymi numeryczne o
wysokich wymaganiach dynamicznych, centra obróbkowe i elastyczne linie
obróbkowe. Serwonapęd elektrohydrauliczny znajduje zastosowanie przede
wszystkim jako napęd posuwu.
14. Napęd anten radarowych.
15. Urządzenia zabezpieczające stateczność statków morskich (przeciwdziałanie
bocznej fali).
16. Sterowanie elektrohydraulicznymi windami i wyciągami, także okrętowymi.
17. Sterowanie napędem holowników portowych.
18. Maszyny do wyrównywania torów kolejowych. Serwonapęd służy do regulacji
podnoszenia i przesunięcia szyn.
19. Maszyny do układania dróg asfaltowych i zapewnienia ich czystości (usuwanie
śniegu, zbieranie śmieci).
20. Maszyny wyrównujące teren, sterowane laserem.
21. Regulacja położenia elektrody w piecu do wytapiania metali.
22. Elektrohydrauliczna regulacja stopnia otwarcia otworu spustowego przy ciągłym
odlewaniu stali.
23. Wtryskarki do tworzyw sztucznych. Regulacji serwonapędami
elektrohydraulicznymi podlega ciśnienie wtrysku tworzywa do formy.
Elektrownie wiatrowe
1. Wał główny
2. A
ożysko główne
3. Rama gondoli
4. Mechanizm skręcający
5. Skrzynia biegów
Turbina wiatrowa Nordex 600 kW
6. Hamulec
7. Wał generatora
8. Generator
9. Stacja hydrauliczna
10. Stacja meteo
1) sterownik
2) siłownik mechanizmu przestawiania łopat
3) główny wał
4) chłodnica oleju
5) skrzynia przekładniowa
6) wieloprocesorowy układ sterowania
7) hamulec postojowy
8) dz
wig dla obsługi
9) transformator
10) piasta Å‚opaty
11) łożysko łopaty
12) Å‚opata
13) układ hamowania wirnika
14) układ hydrauliczny
15) tarcza hydraulicznego układu hamowania wirnika
16) pierścień układu kierunkowania
17) fundament
18) koła zębate układu kierunkowania
19) generator
20) chłodnica generatora
Elektrownia wiatrowa (model V80-2.0MW firmy Vestas)
Sterowanie skoku
Wirnik
Å‚opat poprzez
zawory serwo