Ćwiczenie H-2 WPŁYW UKŁADU ZASILANIA NA MIKROPRZEMIESZCZENIA W DWUSTRONNEJ PODPORZE HYDROSTATYCZNEJ (DPH)

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBABIAEK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN Ćwiczenie H-2 Temat: WPŁYW UKŁADU ZASILANIA NA MIKOPZEMIESZCZENIA W DWUSTONNEJ PODPOZE HYDOSTATYCZNEJ (DPH) Konsultacja i oracowanie: Zatwierdził: dr hab. inż. Donat Lewandowski, rof. PŁ dr inż. Grzegorz Siwiński dr inż. Grzegorz Bechciński rof. dr hab. inż. Franciszek Oryński Łódź, 2 r. Elementy stanowiska wykorzystywane w ćwiczeniu zostały zakuione w ramach rojektu: - Dostosowanie infrastruktury edukacyjnej Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej do rognozowanych otrzeb i oczekiwań rynku racy województwa łódzkiego orzez zaku wyosażenia rzeznaczonego do nowoczesnych metod nauczania wsółfinansowanego rzez Unię Euroejską z Euroejskiego Funduszu ozwoju egionalnego w ramach egionalnego Programu Oeracyjnego Województwa Łódzkiego na lata 27-2.

2 Temat ćwiczenia: Wływ układu zasilania na mikrorzemieszczenia w dwustronnej odorze hydrostatycznej (DPH) Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest wykazanie, że istnieje możliwość wykorzystania dwustronnej odory hydrostatycznej (DPH) do realizacji mikrorzemieszczeń, oraz teoretyczne i doświadczalne określenie charakterystyk tych mikrorzemieszczeń w zależności od niektórych arametrów układu zasilania. Program ćwiczenia: Ćwiczenie obejmuje: zaoznanie się z budową i zasadą racy DPH, wyjaśnienie sosobu realizacji mikrorzemieszczeń w DPH, wyrowadzenie zależności teoretycznych oisujących wielkość mikrorzemieszczeń, rzerowadzenie badań doświadczalnych dla wybranego schematu hydraulicznego, orównanie teoretycznych i doświadczalnych charakterystyk mikrorzemieszczeń Literatura. Baszta T.M.: Hydraulika w budowie maszyn. Warszawa, WNT Fuller D. D.: Teoria I raktyka smarowania. Warszawa, PWT 96. Guillon M.: Teoria i obliczanie układów hydraulicznych. Warszawa, WNT Stryczek S.: Naęd hydrostatyczny. Tom : Elementy. Warszawa, WNT Wrotny L. T.: Podstawy konstrukcji obrabiarek. Warszawa, WNT Zieliński A.: Naęd i sterowanie hydrauliczne obrabiarek. Warszawa, WNT 972. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ d F l h Q średnica ole owierzchni długość szczeliny rzeływowej wysokość szczeliny ciśnienie objętościowe natężenie rzeływu oór rzeływu lekość dynamiczna 2

3 2. BUDOWA I ZASADA PACY DPH Zasada hydrostatycznego wyoru jest coraz częściej wykorzystywana w konstrukcjach elementów maszyn. Główną zaletą rozwiązań oartych na tej zasadzie jest to, że elementy wsółracujące są oddzielone od siebie cienką warstewką cieczy zarówno w ruchu, jak i w soczynku Na rysunku rzedstawiono dwustronną hydrostatyczną odorę o zmiennym natężeniu rzeływu. Poma odaje ciecz o stałym ciśnieniu ( z ) orzez filtr oleju i dławiki do komór nośnych, stąd wyływa rzez ierścieniową szczelinę na zewnątrz i dalej kierowana jest do zbiornika zlewowego. W rzyadku, gdy odora jest nieobciążona, ciśnienie cieczy o obu stronach odory jest jednakowe (mniejsze od ciśnienia zasilania). Po obciążeniu odory siłą P zmniejsza się wysokość szczeliny jednej z komór i wzrasta ciśnienie cieczy w tej komorze, natomiast w komorze rzeciwnej maleje. Powstaje w ten sosób różnica ciśnień Δ = 2, która rzeciwdziałała dalszemu rzemieszczaniu i zachowuje układ w równowadze statycznej. Oisana owyżej zasada racy odory hydrostatycznej jest wykorzystana w konstrukcjach hydrostatycznych łożysk, rowadnic oraz rzekładni śrubowych i ślimakowych. Konstrukcje te osiadają szereg zalet: - raca w zakresie tarcia łynnego, co daje raktycznie nieograniczoną trwałość konstrukcji, - możliwość zmiany sztywności i nośności w wyniku regulacji ciśnienia zasilania układu, - duża dokładność ołożenia, brak martwego luzu, - wysoka srawność, - duży wsółczynnik tłumienia drgań, - możliwość uzyskania mikrorzemieszczeń.. SPOSOBY EALIZACJI MIKOPZEMIESZCZEŃ W DPH Zastosowanie rozwiązań hydrostatycznych ozwala na drodze hydraulicznej łatwo osiągnąć dodatkowy ruch (mikrorzemieszczenie) w zakresie szczeliny wyływowej. Mikrorzemieszczenie może być, ogólnie biorąc uzyskane na drodze zmian natężenia rzeływu w rzewodach zasilających komory nośne odory hydrostatycznej. Na rysunku a rzedstawiony jest schemat hydrauliczny zasilania DPH, w którym orzez zmianę ooru hydraulicznego dławika D x uzyskuje się mikrorzemieszczenia, zarówno w kierunku działania obciążenia, jak i rzeciwnym. Układ ten charakteryzuje się tym, że regulacja natężenia rzeływu odbywa się za omocą dławika umieszczonego na doływie.

4 a) b) c) ys.. Schematy hydrauliczne zasilania DPH realizujące mikrorzemieszczenia za omocą dławika regulowanego Dx umieszczonego: a - na doływie; b i c - na odływie (odowiednio w kierunku zgodnym i rzeciwnym do obciążenia) 4

5 Mikrorzemieszczenie można również uzyskać łącząc jeden z rzewodów zasilających DPH, rzez regulowany dławik z odływem (rys. b i rys. c). Zbocznikowanie rzewodu zasilającego lewej komory nośnej względnie rawej dławikiem D x, uzależnione jest od tego, w którym kierunku zamierzamy realizować rzesunięcie, zgodnym do kierunku obciążenia (rys. b) względnie rzeciwnym (rys. c). Do rzyjęcia są również układy, które są odowiednią kombinacją oisanych owyżej schematów. 4. ANALIZA TEOETYCZNA MIKOPZEMIESZCZEŃ Poniżej odano analizę mikrorzemieszczeń dwustronnej odory hydrostatycznej o zmiennym natężeniu rzeływu z dławikami o rzeływie uwarstwionym (laminarnym), rzy założeniu że ciecz robocza (olej) jest nieściśliwa. 4.. Mikrorzemieszczenia uzyskane za omocą dławika o regulacji ciągłej umieszczonego na doływie (rys. a) Wychodząc z warunku ciągłości rzeływu rzez szczelinę i dławik, można naisać odowiednio dla lewej i rawej strony odory hydrostatycznej nastęujące równania: D i Dx Q Q D D z Q () D z 2 2 Q2 (2) D 2 - oór rzeływu rzez dławik D i D x, 28 l D x d () i 2 oór rzeływu rzez szczelinę wyływową odory: ; (4) 2, (5) gdzie: d 6 l n d h z w ; h h h, jest oorem rzeływu rzez szczelinę gdy odora znajduje się w ołożeniu symetrycznym (h = h 2 = h ). h h 5

6 gdzie: Z warunku równowagi DPH obciążonej siłą P, wynika nastęująca zalezność: P Fz 2, (6) F z 2 2 dz dw d, z 4 l n d w Wyznaczając odowiednio z równań () i (2) wartości i 2 o odstawieniu ich do równania (6) i uwzględnieniu zależności (4) i (5) o rzekształceniu otrzymano zależność na wskaźnik regulacji, wyrażony ilorazem oorów rzeływu dławika regulowanego i dławika stałego. D k k k M k D x, gdzie: P M - obciążenie względne, F z z k k k (7) - wskaźnik ciśnienia komorowego (rzyadek odory nieobciążonej w z ołożeniu symetrycznym = 2 = ) Mikrorzemieszczenia uzyskane za omocą dławika o regulacji ciągłej umieszczonego na odływie (rys. b i c) Wychodząc jak w unkcie 4. z warunków ciągłości rzeływu i warunku równowagi rzekładni, o rzerowadzeniu analogicznych rzekształceń otrzymano nastęującą zależność na wskaźnik regulacji, wyrażony ilorazem ooru rzeływu rzez dławik regulowany i ooru wyływu z komory w ołożeniu symetrycznym (górny znak działania arytmetycznego dotyczy rzemieszczenia w kierunku zgodnym do obciążenia, znak dolny w kierunku rzeciwnym). 6

7 D x k k k M k k k. (8) 5. OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO DPH Schemat stanowiska badawczego DPH rzedstawiono na rysunku 2. W jego skład wchodzą nastęujące zesoły: odora hydrostatyczna, hydrauliczny układ zasilania, układ obciążenia i układ omiarowy. Podora hydrostatyczna. W bocznych łytach oorowych (2), symetrycznie narzeciw siebie, rozmieszczone są cztery ierścieniowe komory nośne (7). Płyta oorowa wewnętrzna () jest odarta w dwóch orzecznych łożyskach hydrostatycznych, co zaewnia jej łynne rzemieszczanie w kierunku realizowanego rzemieszczenia. Wielkość szczeliny wyływowej ustalona jest wysokością tulejek dystansowych (4). Hydrauliczny układ zasilania. Układ ten składa się z omy o stałej wydajności (2), regulowanego zaworu rzelewowego (4), filtru oleju (). dławików ( i ) oraz ciągu rzewodów i złączy hydraulicznych. Zastosowane dławiki stałe () tyu szczelinowego i regulowany () tyu gwintowanego zaewniają laminarny rzeływ oleju. Szkice konstrukcji owyższych dławików rzedstawiono na rysunku. Układ obciążenia i omiarowy. W skład tego układu wchodzą: siłomierz ałąkowy (8), zestaw manometrów (7), indukcyjny dotykowy czujnik rzemieszczeń (9) odłączony do gimetru (8). Dane charakterystyczne: Wymiary komory d z = mm, d w = 22mm Szczelina wyływowa h = 4μm Ilość ar rzeływowych i = 2 Wymiary dławika szczelinowego D z = 6mm, D w =,5mm Wysokość szczeliny h d = 75; ; 5μm dla k =,;,5;,7 Wysokość omiarowa (rzeływ bez dławienia) H = 7

8 ys.. Schemat stanowiska badawczego dwustronnej odory hydrostatycznej: -odstawa, 2-tyta oorowa boczna, -tyta oorowa wewnętrzna, 4-tuleja dystansowa ustalająca szczelinę wyływową 5-okrywa, 6-rowadnica hydrostatyczna, 7-komora nośna, 8-dynamometr, 9-indukcyjny dotykowy czujnik rzemieszczeń, -dławik śrubowy regulowany, -dławik szczelinowy, 2-oma stałej wydajności, -flltr oleju, 4-zawór rzelewowy, 5-chłodnica wężowa wodna, 6-manometr do omiaru ciśnienia zasilania, 7-manometr do omiaru ciśnienia komorowego, 8-gimetr 8

9 b) ys.. Szkic konstrukcyjny dławików zastosowanych w budowie dwustronnej odory: a- dławik regulowany gwintowy, b- dławik tyu szczelinowego 6. DOŚWIADCZALNY SPOSÓB WYZNACZENIA WSKAŹNIKA EGULACJI MIKOPZEMIESZCZENIA W niniejszym ćwiczeniu doświadczalne określenie wskaźnika regulacji ograniczono tylko do układu z dławikiem regulowanym D x umieszczonym na doływie (rys. a). Stan równowagi oczątkowej DPH (h = h 2 = h ; P = ) określa się rzez odowiednie ustalenie wysokości dławika śrubowego (rys. ). Dla danych arametrów k i M mikrorzemieszczenie realizowane będzie rzez rzesunięcie śrubowej części dławika, a tym samym zmianie wysokości H. Wielkość ta jest funkcją liniową długości rowka śrubowego rzesuwanej części dławika i tym samym funkcją ooru rzeływu. W sosób doświadczalny wskaźnik regulacji oblicza się korzystając z zależności: 9

10 D x H H. D H H (9) W zależności (9) oznaczono odowiednio wysokości omiarowe dławika: H - w ołożeniu symetrycznym odory (h = h 2 = h ), H - dla rzyadku rzeływu bez dławienia ( D x = ), H - zmierzona dla realizowanych kolejnych mikrorzemieszczeń. 7. PZEBIEG ĆWICZENIA Zadanie. Zaoznać się z budową i zasadą racy DPH oraz: - wybrać do badań schemat hydrauliczny zasilania DPH realizujący mikrorzemieszczenia, oisać znajdujące się w nim elementy i omówić ich rolę w układzie, - zmontować hydrauliczny układ zasilania zgodnie z wybranym schematem. Zadanie 2. Zbadać wływ zmiany wielkości geometrycznych dławika regulowanego na wielkość rzemieszczenia względnego dla różnych obciążeń w nastęujący sosób: - ustawić DPH w ołożeniu symetrycznym (h = h 2 = h ), dobierając odowiednio oór hydrauliczny dławików, - zmieniając oór dławika regulowanego, realizować mikrorzemieszczenia co,5 w zakresie całej możliwej regulacji dławika, dla wytyowanych obciążeń względnych. Otrzymane wyniki wisać do tabeli omiarowej. Zadanie. Oracować wyniki omiarów i odać wnioski: - na odstawie odanych zależności i danych charakterystycznych odory uzuełnić dane zawarte w tabeli omiarowej, - na odstawie danych zawartych w tabeli sorządzić wykresy teoretyczne i doświadczalne zmienności wielkości geometrycznych dławika o regulacji ciągłej w funkcji rzemieszczenia względnego.