Cw3l.doc

1.      Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawo­wych hydraulicznych elementów sterujących oraz możliwościami ich praktycznego wykorzystania w sterowaniu sekwencyjnym układów hydraulicznych

2.      Wprowadzenie

        Sterowanie napędów hydrostatycznych sprowadza się do zmiany jego parame­trów wyjściowych. Parametrami tymi są: prędkość, siła, moment i kierunek ruchu. W zależności od rodzaju elementu roboczego napędu (silnik obrotowy lub liniowy) parametrami tymi są: prędkość obrotowa n2 lub liniowa v, siła F lub moment M, moc N=Mn lub N=Fv.

Parametry te są funkcjami następujących czynników:

                                     [Obr/min]                  

                                    [m/s]                          

                   [Nm]                           

                     [N]                              

gdzie:

Q - natężenie przepływu cieczy doprowadzonej do odbiornika qs- chłonność jednostkowa silnika S - powierzchnia czynna tłoka siłownika

p- ciśnienie cieczy na wejściu do silnika ( pominięto ciśnienie na wyjściu z silnika)

Z tych zależności wynikają ogólne zasady sterowania parametrów wyjściowych napędów hydrostatycznych, które możemy wyrazić następującymi funkcjami:

Prędkość wyjściowa n = f (Q, Vgs) lub v =f(Q, S)

Moment M = f(p, Vgs) lub siła F = f(p, S)

          Z zależności tych wynika, iż sterowanie prędkości wyjściowej silnika może być realizowane przez zmianę wydajności pompy, zmianę oporów przepływu cieczy w instalacji lub zmianę parametrów silnika (zmiana qs lub S).

        Sterowanie momentu lub siły może być realizowane przez zmianę ciśnienia na wyjściu z pompy, zmianę ciśnienia w instalacji lub zmianę parametrów silnika lub siłownika (zmiana qs lub S).

W celu realizacji sterowania ww. parametrów hydrauliczny układ napędowy musi być wyposażony w odpowiedni układ sterujący usytuowany miedzy pompą a elementem wykonawczym (silnikiem lub siłownikiem). Zadaniem układu sterujące­go jest doprowadzenie strumienia cieczy roboczej do odbiornika zgodnie z wymaga­nym do realizacji danego ruchu kierunkiem oraz natężeniem przepływu i ciśnieniem.

Układ sterujący składa się z elementów wytwarzających sygnały, do których na­leżą dźwignie, przyciski, wyłączniki, czujniki członów sterujących (od prostych prze­kaźników do mikroprocesorów) oraz człony wykonawcze, czyli zawory służące do sterowania wartością i kierunkiem przepływu cieczy roboczej.

Zawory stanowią najbardziej rozbudowaną grupę elementów hydrostatycznych układów napędowych. Wynika to z bardzo zróżnicowanych funkcji, jakie mają do spełnienia w układzie. Najogólniej mówiąc, zawory powinny umożliwiać uruchomie­nie, zatrzymanie i zmianę kierunku ruchu silnika. Od wyboru tych elementów zależy funkcjonalność układu. Wybór typu i wielkości zaworu jest zdeterminowany wyma­ganiami napędzanej maszyny lub urządzenia, a także wartościami natężeń przepły­wu i ciśnienia czynnika roboczego.

      Zawory dzielimy na zawory natężeniowe, ciśnieniowe, kierunkowe i specjalne.

Zawory kierunkowe służą do zmiany kierunku przepływu czynnika roboczego, co wywołuje zmianę kierunku ruchu siłownika lub obrotu silnika.

Zawory natężeniowe służą do regulacji natężenia przepływu czynnika robo­czego dostarczanego do odbiornika w celu sterowania prędkością silnika lub ustale­nia jej na zadanym poziomie. Pierwszy cel można osiągnąć za pomocą zaworów dławiących, umożliwiających zmianę prędkości roboczej silnika zasilanego przez pompę o stałej wydajności. W drugim przypadku stosowane będą regulatory przepływu, pozwalające stabilizować prędkość silnika, niezależnie od zakłóceń w postaci zmian obciążenia silnika lub wydajności pompy, wywołanych np. zmianą prędkości obrotowej silnika napędowego.

Zawory dławiące są najprostszymi zaworami natężeniowymi. Służą do regula­cji prędkości ruchu hydraulicznych urządzeń roboczych przez zmianę natężenia do­pływu cieczy poprzez zmianę przekroju poprzecznego przepływu.

Istnieją dwa sposoby zabudowy zaworów dławiących:

w odgałęzieniu ciśnieniowym (zasilającym) - regulacja na dopływie

w odgałęzieniu odpływowym (przelewowym) - regulacja na odpływie

Najczęściej zawory nastawcze wbudowywane są w odgałęzieniach odpływo­wych co zapewnia odpowiednią sztywność układu i tłumienie drgań.

    Synchronizatory należą do grupy zaworów sterujących natężeniem przepływu a ich zadaniem jest podział strumienia zasilającego w określonym stosunku. Jeżeli stosunek podziału natężeń strumieni będzie równy 1, silniki będą mogły pracować z jednakową prędkością niezależnie od ich obciążeń zewnętrznych.

    Regulatory przepływu służą do utrzymania stałego, nastawionego natężenia przepływu czynnika roboczego, niezależnie od zmian ciśnienia w układzie wynikają­cego ze zmian obciążenia mechanizmu wykonawczego.

    Rozróżniamy regulatory dwu i trzydrogowe. Są to konstrukcje powstałe z połączenia zaworu dławiącego i zaworu różnicowego. Na natężenie strumienia re­gulowanego w decydującym stopniu wpływa zawór dławiący, na którym utrzymana jest stała wartość spadku ciśnienia za pomocą zaworu różnicowego.

   Zawory ciśnieniowe możemy podzielić na zawory ograniczające ciśnienie i regulatory ciśnienia.

Zawory ograniczające ciśnienie reagują na zmiany ciśnienia przed zaworem. Jeżeli ciśnienie, przed zaworem podwyższy się tak, że iloczyn ciśnienia oraz czynnej powierzchni przekroju zaworu stanie się większy niż nacisk sprężyny wynikający z jej wstępnego napięcia, element zamykający zaworu zostaje odepchnięty od gniazda, otwierając wolny przelot, którym ciecz robocza przepływa do zbiornika.

   Zawór bezpieczeństwa, zabezpiecza układ przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość, głównie w przypadku przeciążenia lub awarii. W czasie nor­malnej pracy układu zawór ten jest zamknięty. Przy wzroście ciśnienia powyżej war­tości ustalonej na zaworze łączy linię ciśnieniową ze zbiornikiem. Zawór bezpie­czeństwa powinien otworzyć się natychmiast w przypadku nagłego wzrostu ciśnie­nia, ponieważ tylko wówczas skutecznie zapobiega chwilowemu choćby podwyższe­niu się ciśnienia w układzie powyżej wartości dopuszczalnej.

    Zawór przelewowy służy do utrzymania stałej wartość ciśnienia przed zawo­rem poprzez odprowadzenie nadmiaru cieczy z odgałęzienia roboczego. Przeważnie zawór przelewowy spełnia jednocześnie zadania zaworu bezpieczeństwa.

Do zaworów regulujących ciśnienie zaliczamy zawory redukcyjne, różnicowe i proporcjonalne

    Zawór redukcyjny służy do utrzymywania określonego obniżonego ciśnienia roboczego w jednym z odgałęzień lub w części układu hydraulicznego.

Zawór różnicowy utrzymuje stałą różnicę ciśnień przed i za zaworem.

Zawór ciśnieniowy proporcjonalny utrzymuje stały stosunek ciśnień przed i za zaworem.

    Zawory odcinające służą do zamykania i otwierania przepływu cieczy do po­szczególnych odgałęzień lub zespołów układu hydraulicznego. W zależności od przeznaczenia oraz sposobu, w jaki się tego dokonuje, zawory te można podzielić na zawory odcinające proste i zawory zwrotne.

    Zawór zwrotny zapewnia swobodny przepływ czynnika roboczego w jednym kierunku i uniemożliwia jej przepływ w kierunku przeciwnym (zapobiega wstecznemu przepływowi, cofaniu się cieczy). Zawory zwrotne powinny szybko zamykać się i otwierać. Sprężyna obciążająca zawór zwrotny jest na ogół słaba, zapewnia jednak natychmiastowe zamknięcie się zaworu z chwilą ustania przepływu cieczy. W sytuacjach, kiedy chcemy maksymalnie zminimalizować opory przepływu stoso­wane są zawory zwrotne bez sprężyn dociskowych, zamykające się dzięki opadaniu kulki lub płytki pod własnym ciężarem. Zawory te muszą być montowane w pozycji zapewniającej docisk elementu zamykającego do gniazda siłą ciężkości.

    Jeżeli wymaga się szczególnie szybkiego zamykania zaworu zwrotnego, to je­go ruchomy element roboczy powinien mieć możliwie małą bezwładność i wykony­wać jak najkrótszy skok. Wymagania te najlepiej spełnia zawór zwrotny płytkowy.

3.      Stanowisko laboratoryjne

  Stanowisko składa się z typowych elementów hydrauliki siłowej zamocowanych na płycie montażowej w sposób umożliwiający łączenie ich przewodami elastycznymi w dowolne układy sterujące. Na rys. 5.7 przedstawiono układ sterowania sekwencyj­nego, zależnego od drogi, dwóch siłowników dwustronnego działania realizujący cykl roboczy zgodnie z cyklogramem przedstawionym na rys. 5.8 zapewniający pracę siłowników w cyklu automatycznym i pojedynczym.

W położeniu wyjściowym siłowników M1 i M2 tłoki znajdują się w wewnętrznym skrajnym położeniu. Przyciskiem elektrycznym d wzbudzenia doznaje elektromagnes s, przesterowujący lewy rozdzielacz w położenie, przy którym siłownik M1 wykonuje wysuwowy ruch roboczy. W końcowej fazie ruchu zderzak związany z tłoczyskiem

Elektromagnes przesterowuje rozdzielacz uruchamiający siłownik M2, który wy­kona ruch wysuwowy. Tłoczysko siłownika, w skrajnym zewnętrznym położeniu, od­działuje na wyłącznik w2 i powoduje przesterowanie rozdzielacza lewego w położe­nie, przy którym tłoczysko siłownika M1 wykonuje ruch powrotny. W skrajnym we­wnętrznym położeniu wyłącznik w4 wzbudzi elektromagnes s4, a więc przesteruje rozdzielacz prawy i uruchamia siłownik M2, który wykona ruch wsuwowy. Wyłącznik krańcowy w4 wyłącza układ, który osiągnął w ten sposób stan wyjściowy.

1

Rys.5. 7. Schemat hydrauliczny układu sterowania sekwencyjnego położeniowego: 1- stacja zasilają­ca, 2 - zawór rozdzielający 4-drogowy 3-położeniowy sterowany elektrycznie, 3 - zawory dławiąco-zwrotne, M1, M2 - siłownik hydrauliczny dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem,

Rys.5. 8. Cyklogram pracy układu

w1, w2, w3, w4 - wyłączniki krańcowe.