Hydraulika i Pneumatyka

Transkrypt

1 Hydraulika i Pneumatyka ukazuje się od roku 1980 dwumiesięcznik naukowo-techniczny O R G A N S T O WA R Z Y S Z E N I A I N Ż Y N I E R Ó W I T E C H N I KÓ W E C H A N I KÓ W P O L S K I C H ELEENTY I KŁADY PŁYNOWE NR 1 WROCŁAW, STYCZEŃ LTY 2009 Rok wydania XXIX AREK GOZDALIK Agregat z nienastawną omą z regulowanym naędem elektrycznym Wrowadzenie Za kryteria odziału układów hydrostatycznych rzyjmuje się m.in. sosób sterowania rędkością odbiornika hydraulicznego (silnika/siłownika) oraz charakter zasilania, tj. źródła ciśnienia i rzeływu. Według kryterium ierwszego, układy dzielimy na sterowane objętościowo lub dławieniowo, natomiast źródło zasilania układu może racować zgodnie z zasadą wymuszonego rzeływu lub wymuszonego ciśnienia (sadku ciśnienia). Na rysunku 1 rzedstawiono wybrane układy hydrostatyczne, najczęściej stosowane, (rzykład z jednym odbiornikiem) odzielone na gruy zgodnie z wymienionymi kryteriami. Zaroonowany odział nie wyczeruje wszystkich możliwych konfiguracji sosobów sterowania odbiornika oraz źródła ciśnienia i rzeływu. W układach z wymuszeniem strumieniem rzeływu, oma (lub układ oma rozdzielacz) generuje wymagany rzez odbiorniki strumień cieczy (owiększony o rzecieki) niezależnie od oziomu obciążenia. W układach z wymuszeniem ciśnieniem oma (albo układ oma zawór rzelewowy rozdzielacz) utrzymuje wymagany oziom ciśnienia zasilania, niezależnie od oboru strumienia cieczy roboczej rzez odbiorniki. W obu rzyadkach, niezależnie od sosobu sterowania odbiornikiem, stosuje się, jako źródło zasilania, systemy z omą o stałej lub zmiennej wydajności. Korzystniejsza energetycznie jest druga kategoria układów bez strat strukturalnych, będących wynikiem niedostosowania ilości cieczy tłoczonej rzez omę do ojemności odbiorników. Wytwarzanie rzez omę odowiedniego strumienia cieczy może odbywać się zarówno rzez zmianę wydajności jednostkowej omy q, jak również rędkości jej naędu. Dr inż. arek Gozdalik Katedra aszyn Roboczych, Naędów i Sterowania Politechniki Łódzkiej. Wymuszenie rzeływem Wymuszenie ciśnieniem Wymuszenie różnicą ciśnień Sterowanie objętościowe a) b) const ω qs - ω regulator ω zad rędkości + Sterowanie dławieniowe c) d) e) f) g) Rys. 1. Podział układów według sosobu sterowania źródła ciśnienia i rzeływu oraz sterowania odbiornikiem: a układy naędu indywidualnego rzeważnie o obiegu zamkniętym, b układy z omą o stałej wydajności i rozdzielaczami systemu oen-center, c układy z silnikiem m w systemie sterowania wtórnego, d układy z omą o stałej wydajności i rozdzielaczami w systemie closed-center, e układy z omą o zmiennej wydajności z regulatorem ciśnienia (DR), f układy load sensing z omą o stałej wydajności, g układy load sensing z omą o zmiennej wydajności gdzie: Q rzeczywiste objętościowe natężenie rzeływu generowane rzez omę (strumień omy); ręd- R Qs (1) H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

2 kość kątowa naędu omy, v srawność volumetryczna omy. Sosób wytwarzania zmiennego strumienia cieczy rzez zmianę rędkości obrotowej omy nie należy do nowych, jest bowiem stosowany owszechnie w tzw. hydraulice mobilnej z ierwotnym naędem salinowym (mechanizmy jazdy) [7]. W hydraulice stacjonarnej nie rozwijano tego tyu sterowania ze względu na niezadowalające właściwości oraz możliwości układów sterowania rędkością naędu elektrycznego, ich złożoność i oczywiście wysoką cenę. Tymczasem, rozwój falownikowych naędów elektrycznych i stosowanej w nich techniki cyfrowej, a także sadające ceny tych urządzeń srzyjają stosowaniu hydrostatycznych układów naędowych, w których wykorzystuje się zasadę zmiennego strumienia cieczy z nienastawnej omy. W największym skrócie można ostawić nastęującą tezę: zastosowanie w układzie m omy o stałej wydajności, naędzanej ze zmienną rędkością obrotową za omocą regulowanego naędu elektrycznego (silnika asynchronicznego rądu rzemiennego lub serwomotoru asynchronicznego czy synchronicznego zasilanego z rzemiennika częstotliwości), w miejsce klasycznego rozwiązania z omą nastawną naędzaną ze stałą rędkością obrotową, zaewni [4]: wystarczającą, a nawet duża dynamikę zmian strumienia cieczy, dobrą jakość regulacji naędu hydrostatycznego, energooszczędność (mniejszy obór mocy, zwłaszcza rzy obciążeniu częściowym i w trybie stand-by), niski oziom emisji hałasu. Nienastawną omę z regulowanym naędem elektrycznym można stosować jako źródło o wymuszonym rzeływie w sterowanym objętościowo naędzie indywidualnym (układy gruy a ). Ponadto tego tyu rozwiązanie można zastosować w wielodbiornikowych naędach z wymuszeniem ciśnienia albo różnicą ciśnień o sterowaniu dławieniowym, czyli w miejsce omy z regulatorem ciśnienia (DR) lub omy LS (układy z gru e i g ). Niewykluczone jest także wykorzystanie systemu zasilania jako generatora stałego ciśnienia dla sieci stałociśnieniowych (grua c ). ożliwość zastosowania w danym naędzie hydrostatycznym omy o stałej wydajności jednostkowej, naędzanej ze zmiennymi obrotami uwarunkowana jest min. rzez wymagane własności dynamiczne w odowiednich układach sterowania i regulacji. Pod ojęciem dynamiki należy rozumieć szybkość zmiany strumienia generowanego rzez omę dq /dt, która rzy założeniu stałej srawności objętościowej roorcjonalna jest do rzysieszenia kątowego silnika (2), a więc jest tożsama z dynamiką wirnika silnika elektrycznego. (2) Stanowisko ekserymentalne W Katedrze aszyn Roboczych, Naędów i Sterowania Politechniki Łódzkiej secjalizującej się w naędach elektrycznych i hydrostatycznych trwają race badawcze dotyczące m.in. oisywanej koncecji źródła zasilania układów hydrostatycznych. Zbudowano ekserymentalny agregat (rys. 2) składający się z omy zębatej o zazębieniu zewnętrznym PGP505A0050 o wydajności jednostkowej 5 cm 3 /obr, naędzanej serwomotorem synchronicznym rądu rzemiennego z magnesami trwałymi CF90S (11 N m, 3000 obr/min) zasilanym z rzetwornicy naędowej DS 0055 (5,5 kw) [8], [9]. Do obciążenia układu zastosowano zawór dławiący lub rzelewowy, natomiast sterowany elektromagnesem zawór odcinający umożliwia wrowadzanie skokowych zmian wymuszeń. Komuter rzemysłowy osłużył jako nadrzędny, względem falownika, układ sterowania i regulacji w obwodzie m (rys. 3). Do omiarów wykorzystano tensometryczny czujnik ciśnienia, turbinkowy miernik rzeływu oraz stację akwizycji danych złożoną z wielokanałowego wzmacniacza Sider8 i komutera omiarowego z orogramowaniem Catman. Do omiaru i rejestracji rzebiegów rędkości obrotowej, także momentu serwomotoru użyto falownika i narzędzia SCOPE orogramowania SEW-OVITOOLS. sterowania OVIDRIVE DS ,5 kw Rys. 2. Stanowisko ekserymentalne z agregatem Q ~ CF90S 11 Nm obr/min Q z PGP 505 A 5 cm 3 /obr Rys. 3. Schemat stanowiska ekserymentalnego Zastosowanie dodatkowego, zewnętrznego układu sterowania komutera rzemysłowego lub sterownika PLC umożliwia zestawienie czterech odstawowych układów sterowania i regulacji (rys. 4): 6 H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

3 a) Sterowanie wydatkiem Q Regulacja rędkości Charakterystyka Q-n n zad n Komuter rzemysłowy (ocja) Q Q zad c) Regulacja wydatku Q Regulacja rędkości n zad n Komuter rzemysłowy Regulator wydatku Q Q Q zad b) Qasi-regulacja ciśnienia Komuter rzemysłowy (ocja) d) Regulacja ciśnienia =*/η mh zad Komuter rzemysłowy Regulator ciśnienia zad Regulacja momentu zad n γ Regulacja rędkości n zad n Rys. 4. Schematy układów sterowania i regulacji a) sterowanie objętościowym natężeniem rzeływu Q, b) qasi-regulacja ciśnienia rzez regulację momentu silnika c) regulacja objętościowego natężenia rzeływu Q, d) regulacja ciśnienia. Sterowanie strumieniem natężenia rzeływu (rys. 4a) i quasi-regulacja ciśnienia (rys. 4b) nie wymagają instalowania sensorów w układzie m, możliwa jest ich raca bez zewnętrznego sterownika. W ierwszym rzyadku silnik racuje w układzie regulacji rędkości (albo sterowania rędkością, jeśli użyty zostanie silnik bez enkodera), z możliwością wykorzystania charakterystyki Q-n omy do orawy dokładności statycznej (ocja z komuterem rzemysłowym). Informacja z falownika (jeżeli jest dostęna) o bieżącej wartości momentu silnika elektrycznego (roorcjonalnego do ciśnienia na omie) ozwala na komensację zmian srawności volumetrycznej w funkcji obciążenia. Wykorzystanie zależności między sadkiem ciśnienia a momentem omy umożliwia sterowanie ciśnieniem na jej wyjściu rzez kontrolę momentu na wale silnika elektrycznego. Praca rzemiennika częstotliwości w trybie regulacji momentu ozwala zatem na quasi-regulację ciśnienia zasilania układu hydrostatycznego, a wrowadzenie komensacji zmian srawności mechaniczno-hydraulicznej omy w funkcji obciążenia a na orawę dokładności statycznej nastawionego ciśnienia. Pozostałe dwa układy wymagają srzężenia zwrotnego od rzeływu lub ciśnienia. Wykorzystując właściwości naędu falownikowego w łatwy sosób można zrealizować funkcję ogranicznika mocy albo regulacji według zasady stałej mocy. Do określenia odstawowych cech dynamicznych naędu zbadano jego racę w dwu ierwszych układach bezośredniego sterowania wydajnością i ciśnieniem, bez użycia dodatkowego sterownika zewnętrznego. Wyeliminowano w ten sosób wływ stałych czasowych zewnętrznego układu regulacji i dodatkowych sensorów w układzie m na otrzymywane wyniki, ale kosztem mniejszej dokładności statycznej. Właściwości dynamiczne agregatu źródła rzeływu i ciśnienia Jedną z ierwszych czynności o uruchomieniu naędu było określenie charakterystyk srawnościowych fabrycznie nowej jednostki hydrostatycznej. Charakterystyki te, łącznie z óźniejszymi wynikami omiarów odczas eksloatacji naędu, osłużą do oceny stonia i intensywności zużycia omy racującej w warunkach nierzewidzianych rzez roducenta, czyli z niskimi obrotami od obciążeniem [4]. Najbardziej interesujący, ze względu na badany system, jest rzebieg wydajności omy i srawności volumetrycznej w funkcji rędkości obrotowej (rys. 5). inimalna rędkość no otrzebna do tłoczenia cieczy do układu rzez omę mieści się w granicach obr/ min, w zależności od oziomu obciążenia oraz lekości (olej HL-46, temeratura oleju C) i jest w rzybliżeniu dwukrotnie niższa odawanej w katalogach rędkości minimalnej wynoszącej 500 obr/min. inimalna rędkość no, rzy której oma zaczyna tłoczyć mierzalną ilość cieczy do układu mieści się w granicach obr/min, w zależności od oziomu obciążenia i lekości cieczy (olej HL-46, temeratura oleju C) i jest w rzybliżeniu dwukrotnie niższa od rędkości minimalnej nmin= 500 obr/ min odawanej w katalogach. Charakterystyka n-q jest bardzo zbliżona do charakterystyki liniowej dla całego zakresu ciśnień roboczych, co jest bardzo korzystne dla sterowania wydajnością omy w układzie otwartym. Jeżeli do zaakcetowania, ze względu na właściwości energetyczne, uzna się srawność volumetryczną owyżej 50%, to użyteczny zakres obrotów rozoczyna się od rędkości ok. 300 obr/min (rys. 5). aksymalnej rędkości zainstalowanej omy nmax= 4000 obr/ min nie można osiągać w układzie, ze względu na ograni- H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

4 n o ,1 1 0,9 0,8 0,7 Q [l/min] η v =5 Pa =10 Pa =16 Pa =0 Pa n [obr/min] czenie nominalnej rędkości serwomotoru, wynoszącej 3000 obr/min. Obecnie są dostęne serwonaędy osiągające rędkości 4500 obr/min i wyższe, ale w raktyce nie zaleca się stosowania odawanych w katalogach rędkości maksymalnych om, ze względu na wysoką emisję hałasu, a także trudności zasysania cieczy (sadek srawności objętościowej, niebezieczeństwo owstania kawitacji) i zmniejszoną trwałość jednostki. Podstawowym wskaźnikiem dynamiki źródła zmiennego rzeływu jest szybkość zmiany wydajności od zera do wartości maksymalnej, mierzona n. jako czas odowiedzi na wymuszenie wartości w układzie sterowania/ regulacji strumienia. W układzie otwartym sterowania objętościowym natężeniem rzeływu Q (rys. 4a) bezośrednią ą zadaną naędu są obroty silnika elektrycznego. Wykonano wiele badań na stanowisku ekserymentalnym, wrowadzając skokowe zmiany zadanych obrotów silnika dla różnych oziomów obciążenia naędu i dodatkowe zakłócenia w ostaci zmiany wartości ciśnienia. Aby wykorzystać maksymalny moment naędowy układu silnik falownik, czasy ram rzetwornicy naędowej ustawiono na wartość minimalną. Przykład odowiedzi układu na skokowe zmiany wartości rędkości w zakresie obr/min dla ciśnienia ok. 12 Pa, obciążającego silnik elektryczny momentem równym w rzybliżeniu nominalnemu momentowi trzymającemu o= 11 N m, okazano na rys. 6. Na wykresie zamieszczono rzebiegi czasowe rędkości obrotowej serwomotoru: zadaną i rzeczywistą, rzebieg momentu silnika, ciśnienia na wyjściu z omy oraz objętościowego natężenia rzeływu Q. Ze względu na dużą wartość stałej czasowej użytego rzeływomierza turbinkowego, zarejestrowany i zamieszczony na rysunkach rzebieg strumienia nie oddaje stanu rzeczywistego w stanach rzejściowych, lecz dostarcza tylko informacji o wartości średniego rzeływu w stanie ustalonym. Rzeczywisty charakter zmian strumienia omy w czasie jest zgodny z rzebiegiem rędkości obrotowej silnika, z dokładnością odnoszącą się do zmiany objętości wynikającej ze ściśliwości cieczy. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Rys. 5. Przebieg charakterystyki n-q i odowiadającej jej srawności volumetrycznej w funkcji obrotów dla omy PGP505A0050 Rys. 6. sterowania wydajnością. Odowiedź na skok wartości obr/min Dla nominalnego obciążenia silnika ierwotnego skok rędkości od wartości minimalnej dla omy (no) do oziomu nominalnych obrotów serwomotoru czemu odowiada skok wydajności od zera do wartości maksymalnej wynosił odczas rozruchu 42 ms i rzy hamowaniu 22 ms. Krótszy czas zmniejszania wydajności do zera jest związany z czynnym oddziaływaniem momentu od ciśnienia na dynamikę ruchu wirnika silnika. Na rzebiegu momentu silnika odczas rozruchu wyraźnie widać działanie ograniczenia maksymalnego momentu ok. 28 N m, realizowane rzez układ elektroniczny falownika. Prędkość zmiany wydajności w określonych warunkach bilansu rzeływu determinuje cechy dynamiczne układu, jako źródła ciśnienia. Aby uzyskać zadaną zmianę oziomu ciś- 8 H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

5 nienia, oma musi odać do układu (lub odebrać z układu) dokładnie taką ilość cieczy V, jaka wynika z jej ściśliwości (zastęczego modułu ściśliwości układu) Vc i dodatkowo zmieniającego się zaotrzebowania na ciecz odbiornika Vodb, n. zmiana rzeływu rzez dławik od wływem zmiany ciśnienia (3): gdzie: c ojemność hydrauliczna (kaacytancja) obwodu tłocznego omy, m 5 /N, Dynamika układu regulacji ciśnienia jest owiązana bezośrednio z dynamiką zmiany wydajności omy i ojemnością hydrauliczną układu według zależności (4): ierzalnym arametrem dynamiki omy, jako regulowanego źródła ciśnienia, jest czas odowiedzi na wymuszenie skokowe wartości w układzie sterowania/ regulacji ciśnienia. W otwartym układzie sterowania ciśnieniem (rys. 4b) bezośrednią ą zadaną jest moment silnika elektrycznego, w warunkach ustalonych, roorcjonalny do sadku ciśnienia na omie. Podczas licznych badań wrowadzano skokowe zmiany zadanego momentu silnika (odowiadające zadanemu ciśnieniu w układzie) dla różnych oziomów wydajności omy w stanie ustalonym. Badano także reakcję układu na zakłócenie mające ostać zmiany strumienia odbiornika. (3) (4) Rys. 7. sterowania ciśnieniem; odowiedź na skok wartości 1,5 13 Pa i zakłócenie w ostaci nagłego odcięcia odływu Przykładową odowiedź układu qasi-regulacji ciśnienia na skok wartości 1,5 13 Pa i zakłócenie nagłym odcięciem odływu okazano na rys. 7. Na wykresie zamieszczono rzebiegi czasowe: zadanego i rzeczywistego ciśnienia na wyjściu z omy, obrotów oraz wydajności omy. Podobnie jak na rys. 6, zarezentowane rzebiegi wydajności omy nie oddają rzeczywistego charakteru zmian w stanach dynamicznych, gdyż obarczone są wływem stałej czasowej rzeływomierza. Jako obciążenie osłużył nastawny dławik, stąd zmiana zaotrzebowania odbiornika na ciecz rzy zmianie ciśnienia. Przedstawiona sytuacja jest najmniej korzystna dla racy generatora, bowiem oma orócz objętości Vc (roorcjonalnej do zadanego rzyrostu ciśnienia i ojemności hydraulicznej układu) musi okryć dodatkowo wzrost natężenia rzeływu odbiornika od małej wartości do wydajności maksymalnej (3). Dla tak ekstremalnego rzyadku czasy wyregulowania ciśnienia w górę i w dół wynoszą odowiednio 140 i 180 ms, co należy uznać za wartości bardzo dobre. Przy skokowym odcięciu odływu, symulującym nagłe zatrzymanie odbiorników i rzejście w tryb trzymania obciążenia, wzrost ciśnienia (wywołany zakłóceniem bilansu rzeływu) był na tyle szybki, że zdążył zadziałać zawór maksymalny ustawiony na 20 Pa. Podobnie dzieje się w układach z omą o zmiennej wydajności wyosażoną w regulator skoku zerowego (z niem. Nullhubregler) [5], [7]. Przy gwałtownym wzroście ciśnienia, serwonastawnik zmiany wydajności nie jest w stanie na tyle szybko wysterować omy w kierunku zera, aby na krótko nie zadziałał klasyczny układ zabezieczenia zaworem rzelewowym. Taka reakcja układu nie zaskakuje, gdyż rędkość zmian wydajności uzyskiwana rzez zmianę obrotów obciążonej omy nie rzewyższa wyraźnie dynamiki układów z omą nastawną o orównywalnej. Widoczny uchyb statyczny ciśnienia (odchyłka rzeczywistego ciśnienia od wartości w stanach ustalonych) wynika głównie z nieuwzględnienia srawności mechaniczno-hydraulicznej omy i strat momentu silnika elektrycznego rzy zadawaniu momentu w układzie quasiregulacji ciśnienia. Oscylacje ciśnienia wokół wartości, gdy brak zaotrzebowania odbiorników na ciecz, wynikają z tego, że układ załącza się cyklicznie (z częstotliwością ok. 5Hz), uzuełniając tylko bardzo niewielkie rzecieki. Wał omy wykonuje wówczas ruchy wahadłowe maksymalnie do kilkudziesięciu stoni z rędkością szczytową nierzekraczającą 100 obr/min. Jedynym słyszanym dźwiękiem eksloatowanego w tym trybie naędu jest szum wentylatora rzetwornicy naędowej, a widoczną oznaką racy układu hydraulicznego wskazówka manometru, drgająca w obliżu wartości ciśnienia. Ponownemu włączeniu ełnego strumienia odływu cieczy towarzyszył chwilowy sadek wartości ciśnienia do oziomu ok. 3 Pa. Skokowe odcięcie odływu (chwilowy nadmiar generowanego strumienia w stosunku do zaotrzebowania) daje krótkotrwałą zmianę kierunku wirowania omy (ok. 200 obr/ min), która stara się wówczas odebrać z układu nadmiar cieczy, rzysieszając fazę ograniczania iku ciśnienia. W razie otrzeby, można w falowniku ograniczyć oziom obrotów ruchu nawrotnego omy lub całkowicie wyeliminować to zjawisko. Dynamika układu regulacji ciśnienia zależy w dużej mierze od ojemności hydraulicznej, jakiekolwiek orównania omiędzy różnymi układami bez znajomości stosunku wydajności omy do kaacytancji układu nie są miarodajne. H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

6 Badania dynamiki w układach sterowania wydajnością (regulacji rędkości silnika) i sterowania ciśnieniem (regulacja momentu) wykonano z tzw. ierwotnymi arametrami regulatorów falownika, określonymi rzez jego własny algorytm odczas ierwszego uruchomienia. ożliwość zmian w szerokim zakresie licznych arametrów rzemiennika częstotliwości, w tym nastaw jego regulatorów, stwarza ewne rezerwy wływające na orawę dynamiki i możliwości dostrojenia właściwości naędu do konkretnych alikacji. Bardzo istotną cechą generatora o zmiennych obrotach jest bardzo duży wływ oziomu obciążenia naędu oraz arametrów konfiguracji silnik falownik na dynamikę zmiany wydajności. Jeśli obciążenie jest częściowe, to układ reaguje wyraźnie szybciej niż wówczas, gdy ciśnienie ma wartość nominalną. Zastosowany w naędzie serwomotor dysonuje fizycznie możliwością 3,6-krotnego rzeciążenia (stosunek maksymalnego, douszczalnego rzez krótki czas momentu do momentu trzymającego o). Ze względu na ograniczenie maksymalnego rądu falownika (150% wartości nominalnej, możliwe było uzyskanie tylko 2,5-krotnego rzeciążenia silnika. Pełne wykorzystanie dynamiki użytego serwomotoru jest możliwe doiero dla konfiguracji z rzemiennikiem częstotliwości o rądzie znamionowym 2,4-krotnie większym od rądu znamionowego silnika (użyty na stanowisku falownik ma krotność 1,7), co wiąże się ze znacznym zwiększeniem kosztów zestawu. Właściwości eksloatacyjne naędu Eksloatacyjnym roblemem, wymagającym odrębnych badań, jest trwałość obciążonej omy racującej w zakresie niskich i bliskich zeru rędkości obrotowych [4]. Wystęować może wtedy chwilowy lub nawet ciągły zanik filmu smarnego i hydrodynamicznej siły nośnej omiędzy ruchomymi elementami, co wywołuje rzysieszone zużycie cierne. Dotyczy to rzyadku, gdy cykl racy maszyny zasilanej rzez agregat zawiera stosunkowo długie okresy racy z małym lub zerowym zaotrzebowaniem na ciecz rzy jednocześnie wysokim ciśnieniu. Dodatkowo wynikają trudności chłodzenia omy na skutek niedostatecznego lub zuełnego braku rzełukania jej własnym strumieniem. Doraźnie można temu zaradzić, jeśli zmniejszone zostanie ciśnienie robocze układu, w orównaniu z wartością ciśnienia omy odawaną w katalogach, z ełnymi tego konsekwencjami dla ozostałych elementów układu hydraulicznego (gorszy masowy wskaźnik gęstości mocy) lub wrowadzi się uust ewnej minimalnej ilości cieczy od ciśnieniem, co obarczone jest z kolei stratami strukturalnymi. Trudności z odrowadzaniem cieła mogą dotyczyć również zasilanego z falownika silnika asynchronicznego w wersji bez chłodzenia obcego. W doborze takiego silnika owinno się uwzględniać ograniczone działanie wentylatora rzy niskich obrotach [8]. Nie dotyczy to zastosowanego w agregacie laboratoryjnym naędu, gdyż synchroniczne silniki rądu rzemiennego z magnesami trwałymi nie mają wentylatorów ze względu na inną charakterystykę strat. Przestrzegając zaleceń roducenta omy odnośnie minimalnej katalogowej rędkości (n min= 500 obr/min), uzyskuje się szeroki zakres zmiany wydajności, który dla oisywanego naędu wynosi ok. 1:8 (1,5 14 l/min). W średnich i większych omach zębatych rędkość nominalna rzadko osiąga oziom 3000 obr/min. Ze względów technicznych i ekonomicznych najleiej zatem zastosować do ich naędu silniki indukcyjne czterobiegunowe (1500 obr/ min), a w razie otrzeby rozszerzyć zakres obrotów w górę stosując częstotliwości wyjściowe falownika owyżej 50/87 Hz (Y/ ), jeśli oziom obciążenia ozwoli na racę w obszarze osłabionego strumienia magnetycznego i zredukowanego momentu. Podsumowanie Na odstawie odstawowych badań właściwości dynamicznych i użytkowych można stwierdzić, że laboratoryjny generator w ostaci omy hydrostatycznej o stałej wydajności jednostkowej naędzanej synchronicznym serwomotorem rądu rzemiennego sełnia swoje funkcje, jako źródło zmiennego strumienia zasilającego układ. Dynamika zmian wydajności i ciśnienia w układzie sterowania wydajnością i quasi regulacji ciśnienia może osiągać oziom sotykany we wsółczesnych nastawnych omach wielotłoczkowych osiowych o wychylnej tarczy [4]. W hydrostatycznych naędach stacjonarnych, gdzie z wielu względów stosuje się omy o zmiennej wydajności jednostkowej, można warunkowo zastosować zasilanie agregatem z regulowanym naędem elektrycznym. Coraz niższe koszty zakuu elementów elektroniki naędowej dorowadziły do sytuacji, w której różnica cen omiędzy nastawnymi i nienastawnymi jednostkami mi jest w stanie skomensować koszt rzemiennika częstotliwości do zasilania silnika elektrycznego. Przestaje więc istnieć ekonomiczna bariera dla nowego rozwiązania. zyskuje się w ten sosób bardziej energooszczędny i cichy naęd [1], [2], [3], [4], [6] oraz większe możliwości automatyzacji maszyny i wykorzystania n. już istniejącego sterownika PLC. W naędzie hydrostatycznym z regulowanym naędem elektrycznym omy dochodzi do ołączenia zalet obu rodzajów naędu w systemie wyosażonym najczęściej w cyfrowy interfejs, z możliwością komunikacji o standardowej magistrali rzemysłowej, jak n. CANBus lub PROFIBus (dostęnych jako ocja falownika). Szczególnego znaczenia nabiera ta zaleta w rzyadku integracji naędu w nadrzędną strategię sterowania maszyny. Wdrażaniu każdej nowej koncecji do zastosowań rzemysłowych towarzyszą liczne roblemy natury eksloatacyjnej. W systemie nienastawnej omy z regulowanym naędem elektrycznym rozwiązanie części tych trudności wymaga wyracowania odowiedniego sosobu sterowania w ołączeniu z ewentualnym zastosowaniem w układzie m, n. dodatkowych zaworów. Pozostałe 10 H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /

7 mogą natomiast wymagać ingerencji w konstrukcję elementów, tj. odowiedniego rzystosowania jednostek hydrostatycznych do racy w zakresie niskich obrotów docelowo oracowanie om secjalnej konstrukcji do naędów tego tyu. Zastosowanie kosztownego serwomotoru synchronicznego z magnesami trwałymi wymaga wyższej klasy rzemiennika częstotliwości, co razem znacznie odnosi cenę całkowitą naędu. W alikacjach o standardowych i niskich wymaganiach dotyczących dynamiki omy, wystarczy użycie tyowego silnika asynchronicznego klatkowego, racującego bez srzężenia od rędkości ze zwykłym falownikiem wektorowym. Obecnie nawet odstawowe modele rzemienników częstotliwości są standardowo wyosażone w wewnętrzny regulator PID do budowy układu regulacji dowolnej zewnętrznej owiązanej z rędkością lub momentem silnika. Porównawcze badanie dynamiki takiego zestawu będzie rzedmiotem kolejnych rac. LITERATRA [1] Dahmann P., Hagemeister W., Nagel G., Exner P.: Geregelte Innenzahnradume im ehrquadrantenbetrieb. Ölhydraulik und Pneumatik, Nr. 1/2006. [2] Helbig A.: Elektrisch-hydrostatisch Sritzgießen. Ölhydraulik und Pneumatik, Nr. 6/2003. [3] Helduder S.: Elektrisch-hydraulische Systemtechnik. Ölhydraulik und Pneumatik, Nr. 1/2006. [4] Gozdalik.: Poma o stałej wydajności jednostkowej z falownikowym naędem jako źródło zmiennego strumienia cieczy roboczej. Hydraulika i Pneumatyka, z. 2/2006. [5] Ivantysyn J., Ivantysyn.: Hydrostatische Pumen und otoren. Vogel Fachbuch, Würzburg [6] Neubert Th.: Drehzahlveränderbarer Verstellumenantrieb in Kunststoff-Sritzgiessmaschinen. Ölhydraulik und Pneumatik, Nr. 10/2001. [7] Stryczek S.: Naęd hydrostatyczny. WNT, Warszawa [8] Katalogi i materiały firmy SEW-Eurodrive: Serwomotory synchroniczne C; Przetwornica naędowa OVIDRIVE D_60A; Praxis der Antriebstechnik Servo-Antriebe; Praxis der Antriebstechnik Projektierung von elektronisch geregelten Drehstromantrieben. [9] Katalog firmy Parker Hydraulics: Pums and motors, Heavy-duty aluminium ums and motors Series PGP, PG 500. ANDRZEJ KĘSY IRENESZ SIAŁEK Konstrukcja zesolonego srzęgła hydraulicznego Dr hab. Andrzej Kęsy racuje jest rofesorem na Politechnice Radomskiej, a mgr inż. Ireneusz usiałek jest doktorantem na tej uczelni. Wrowadzenie Pojawianie się na rynku nowych materiałów o niesotykanych dotychczas właściwościach owoduje, ze tradycyjne odzesoły maszyn zyskują nowe zastosowania. W urządzeniach ch imulsem do rozwoju stało się udoskonalenie technologii wytwarzania cieczy roboczych. Dotychczas starano się uzyskać lesze właściwości cieczy roboczych, oartych głównie na roduktach rooochodnych, stosując dodatki lub tworzyć syntetyczne ciecze robocze o cechach zbliżonych do cieczy naturalnych. Do sterowania racą elementów ch stosowano zmiany konstrukcyjne mające na celu zmianę geometrii rzestrzeni roboczej, czy dodawano nowe elementy, n. dodatkowe wirniki w rzyadku naędu hydrokinetycznego. Ciecz roboczą uważano za niezmienny element konstrukcji urządzenia hydraulicznego. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto rozważać możliwości sterowania urządzeniami mi rzez zmianę właściwości cieczy roboczych, oczątkowo rzez stosowanie w tej samej rzestrzeni roboczej różnych cieczy o różnych właściwościach. Dla rzykładu, w rzekładniach hydrokinetycznych sterowanie odbywało się skokowo rzez wymianę cieczy w rzestrzeni roboczej na nową o innych właściwościach [1]. W tym czasie ojawiły się na rynku ciecze, nazywane cieczami inteligentnymi, których właściwości reologiczne można zmieniać w sosób ciągły i natychmiastowy, oddziałując olem elektrycznym (ciecze elektroreologiczne), albo magnetycznym (ciecze magnetotreologiczne), zależnie od natężenia tych ól. Ciecze inteligentne nie wystęują w rzyrodzie, ale są wytwarzane sztucznie. Szybko dostrzeżono możliwości zastosowań cieczy inteligentnych jako roboczych [2], [3], zatem zaczęto konstruować urządzenia z takimi cieczami. W rzyadku srzęgieł ch z cieczami inteligentnymi najierw ojawiły się konstrukcje doświadczalne, służące do ustalenia i oceny możliwych do uzyskania zakresów sterowania [4], [5]. W niniejszym oracowaniu oisano konstrukcję zesolonego srzęgła hydraulicznego z elektroreologiczną cieczą roboczą, z myślą o zastosowaniu rzemysłowym [6]. Budowa zesolonego srzęgła hydraulicznego Zesolone srzęgło hydrauliczne składa się z kilku ołączonych ze sobą srzęgieł: hydrokinetycznego (Sh) oraz srzęgieł wiskotycznych (SW) tarczowych (SWT) i walcowych (SWW). oment obrotowy rzenoszony rzez zesolone srzęgło hydrauliczne jest sumą momentów rzenoszonych rzez oszczególne srzęgła składowe. Do zmniejszenia obciążenia cielnego srzęgła wiskotycznego, wystęującego rzy dużych rędkościach kątowych wałów, zastosowano srzęgło hydrokinetyczne. Budowę srzęgła hydraulicznego okazano na rys. 1, a na rys. 2 rzekrój jego rzestrzeni roboczej. H Y D R A L I K A I P N E AT Y K A 1 /