Politechnika Śląska

w Gliwicach

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Automatyka i Robotyka

LABORATORIUM Z

„Napędów i sterowań hydraulicznych i pneumatycznych”

TEMAT:

CHARAKTERYSTYKA STATYCZNA ZAWORU PRZELEWOWEGO

GRUPA AC4

17 październik 2000r

semestr VII

- GLIWICE 2000 -

Wstęp teoretyczny:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi własnościami zaworów hydraulicznych, ich budową, zasadą działania, oraz zastosowaniem w przemyśle. W dobie automatyzacji wszelkich procesów przemysłowych i produkcyjnych, konieczna jest duża niezawodność budowanych układów oraz możliwość zapobiegania skutkom sytuacji awaryjnych.

Zawory mają na celu regulacje ciśnienia, ustalenie kierunku przepływu oraz ustalenie wartości natężenie przepływu.

Ogólnie zawory można podzielić na:

• ciśnieniowe:

• bezpieczeństwa (ograniczają ciśnienie)

• podporowe (podtrzymują ciśnienie)

• przelewowe (odprowadzają nadmiar medium roboczego)

• kolejności działania

• redukcyjne (redukują ciśnienie do żądanej wartości)

• różnicowe (utrzymują określoną różnicę ciśnień)

• proporcjonalne

• kierunkowe:

• odcinające

• zwrotne

• rozdzielające

• natężeniowe:

• dławiące

• regulatory przepływu (dwudrogowe i trójdrogowe)

Zawory można również podzielić na:

• konwencjonalne

• proporcjonalne

• typu serwo

Zawory konwencjonalne są z reguły zaworami, które mają ustawioną jedną wartość wielkości regulowanej i nie mają zdolności płynnej regulacji automatycznej ze sprzężeniem zwrotnym. Są za to zaworami najtańszymi i najłatwiejszymi do wykonania.

Zawory proporcjonalne są najczęściej zaworami jednostopniowymi, zamieniającymi sygnał sterujący wejściowy (np. prąd) na odpowiedni mu (proporcjonalny) sygnał wyjściowy (np. ciśnienie). Ze względu na ich stosunkowo niską cenę, a także na możliwość zdalnego regulowania procesem, są nieodzownymi elementami większości układów regulacji.

Ich liniowy charakter zapewnia najczęściej elektromagnes połączony z układem przesłony i dyszy. Jako element wykonawczy regulatora stosuje się również elektryczne silniki liniowe oraz rzadziej silniki momentowe.

Stosuje się zawory proporcjonalne z regulatorami siły (regulacja ciśnienia - sprzężenie prądowe) oraz regulatorami położenia (regulacja natężenia przepływu - dodatkowy czujnik położenia).

Każdy taki zawór składa się zasadniczo z dwóch układów: układu przetwornika elektromechanicznego i układu wykonawczego ze wzmacniaczem.

Schemat ideowy zaworu proporcjonalnego:

I F P_z

Q_st p_s

Zawory typu serwo mają znacznie lepsze parametry niż zawory proporcjonalne, lecz ich główną wadą jest jednak wysoka cena związana z użytymi w nich materiałami i jakością wykonania (3 do 5 razy droższy od proporcjonalnych) oraz konieczność zachowania rygoru technicznego związanego z obsługą i filtracją medium roboczego (oleju).

zawór przelewowy

zawór maksymalny gdy ciśnienie jest większe od nastawionego

zawór bezpieczeństwa

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki statycznej zaworu przelewowego dwustopniowego typu DBD 6 302/315, na podstawie relacji pomiędzy zadawaną wartością ciśnienia a odczytywanym na częstotliwościomierzu i przeliczanym przepływie. Można wyznaczać kilka rodzai charakterystyk statycznych (badamy pracę zaworu w stanie ustalonym tzn. w momencie gdy zawór osiągnął równowagę statyczną): otwarcia elementu ruchomego w funkcji natężenia przepływu, strat przepływu, przelewowe i obciążeniowe.

Charakterystyka statyczna obciążeniowa Δp_z=f(Q_i) wynika z badania zachowania się danego elementu układu przy uwzględnieniu ciśnienia za danym elementem. W celu uproszczenia pomija się to ciśnienie uzyskując charakterystykę statyczną przepływową p_z=f(Q_i).

Do prawidłowego wyznaczenia charakterystyki badanego zaworu należy mierzyć:

• ciśnienie - manometrem tensometrycznym,

• netężenie przepływu - turbinką przepływową (podłączoną do częstotliwościomierza),

• temperaturę - czujnikiem termistorowym

Szkic układu pomiarowego:

Przykłady zaworów przelewowych:

Jak widać uzyskana charakterystyka, załączona na dodatkowym arkuszu, przedstawia zmianę ciśnienia w układzie na skutek regulacji ilości doprowadzonego medium roboczego. Uzyskana charakterystyka jest charakterystyką układu rzeczywistego i dlatego nie przedstawia jednej idealnie poziomej prostej a dwie krzywe uwzględniające histerezę.

Nierównomierność ciśnienia ustalonego zaworem przelewowym przy danym jego nastawieniu określa się stosunkiem:

• p_max - ciśnienie przy maksymalnym natężeniu przepływu, na jakie

przewidziany jest zawór (w naszym przypadku ciśnienie to było

mniejsze z uwagi na zbyt małą moc silnika),

• p_o - ciśnienie początku otwierania zaworu.

Powyższe wartości obliczono na podstawie danych uzyskanych z załączonych wykresów. Widać, że przekraczają one wartość 3%, co świadczy niekorzystnie o jakości zaworu gdyż wartość ta powinna być jak najmniejsza.

Uzyskana charakterystyka odbiega nieco od idealnej na skutek braku uwzględnienia zmian temperatury medium roboczego, błędów związanych z samym odczytem danych z czujników.

Na wykresie widoczna jest również pętla histerezy powstała na skutek tarcia elementów ruchomych oraz powstawania mikroprzecieków pomiędzy tymi elementami jak i samą histerezą obciążania sprężyny.

2

Stopień sterujący

Stopień główny

Magnes proporcjonalny

Zawór czterodrogowy trójpołożeniowy dwóstopniowy

Siłownik

Filtr mechaniczny

Pompa hydrauliczna

Zawór przelewowy

---