P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A

Transkrypt

1 P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A WYDZIAŁ BUDOWNICTWA, MECHANIKI I PETROCHEMII INSTYTUT INŻYNIERII MECHANICZNEJ LABORATORIUM NAPĘDÓW I STEROWANIA HYDRAULICZNEGO I PNEUMATYCZNEGO Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Temat: Ćwiczenie nr 3 Badanie układu kierowniczego ze wspomaganiem hydraulicznym typu Orbitrol PŁOCK 2007

2 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP CEL ĆWICZENIA METODA BADAŃ WARUNKI BADAŃ Opis stanowiska badawczego Realizacja badań Przygotowanie stanowiska i przeprowadzenie badań OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW Tabela pomiarów Sprawozdanie i wnioski LITERATURA

3 l. WSTĘP W pojazdach mających duże naciski osi przedniej, pomimo prawidłowego zaprojektowania ustawienia kół i sworzni zwrotnic oraz dużego przełożenia mechanizmu kierowniczego i dużej średnicy koła kierownicy, siły na kierownicy są znaczne. Wskutek tego stosuje się w układach kierowniczych dużych pojazdów najczęściej hydrauliczne mechanizmy wspomagające. Zasadniczym celem stosowania tych mechanizmów jest: wydatne zmniejszenie wysiłku fizycznego, koniecznego do przekręcania koła kierownicy, uzyskanie wymaganych właściwości układu kierowniczego, zwiększenie bezpieczeństwa ruchu podczas szybkiej jazdy, w przypadku raptownego zaniku ciśnienia w ogumieniu jednego z przednich kół kierowanych, jedynie oddziaływanie urządzenia wspomagającego w układzie kierowniczym umożliwia kierowcy utrzymywanie nadal prostoliniowego kierunku ruchu. Bez względu na rodzaj i wykonanie urządzenia wspomagającego, jego zadania w układzie kierowniczym sprowadzają się do wywierania odpowiednich nacisków na elementy mechanizmu zwrotniczego, współdziałających z naciskami wywołanymi przez przekręcanie koła kierownicy. Natomiast w okresach utrzymywania koła kierownicy w określonym położeniu urządzenie wspomagające na ogół nie działa, lecz zapewnia blokowanie elementów mechanizmu zwrotniczego, czyli odpowiednio do chwilowego ustawienia koła kierownicy przeciwstawia się zmieniania kątów skręcania w bok kół kierowanych lub ich odchylaniu się od położeń środkowych. Zwykle do uruchomienia urządzenia wspomagającego niezbędne jest przekręcenie koła kierownicy o niewielki kąt przeważnie około 2. Natomiast przypadkowe ruchy skrętne kół kierowanych lub wstrząsy i drgania przenoszące się na koło kierownicy nie powoduj ą uruchomienia urządzenia wspomagającego. Zastosowanie urządzenia wspomagającego w układzie kierowniczym stwarza jednak pewne niedogodności jak: wzmożone nieco zużycie ogumienia kół kierowanych z uwagi na sztywność prowadzenia kół i łatwość ich skręcania w miejscu, podczas postoju pojazdu, konieczność okresowego wykonywania dodatkowych zabiegów obsługowych, wyższy koszt wykonania. 2. CEL ĆWICZENIA Celami ćwiczenia są: zapoznanie się z zasadą funkcjonowania hydraulicznego wspomagania układu kierowniczego typu Orbitrol firmy DANFOSS, sporządzenie i analiza statycznych charakterystyk układu, kierowniczego ze wspomaganiem hydraulicznym i bez wspomagania. 3. METODA BADAŃ Ćwiczenie opiera się na eksperymentalnej metodzie badań, w której dokonywane są pomiary określonych parametrów wyjściowych: siły na siłowniku roboczym i momentu na wale kierowniczym przy zmiennym parametrze wejściowym oporze kół kierowanych

4 4. WARUNKI BADAŃ 4.1. Opis stanowiska badawczego Układy kierownicze ze wspomaganiem zwane inaczej serwomechanizmami kierowniczymi występują najczęściej jako serwomechanizmy hydrauliczne, pneumatyczne i cierne. W opisywanym stanowisku badawczym zastosowano serwomechanizm kierowniczy z hydraulicznym sprzężeniem zwrotnym typu Orbitrol firmy Chor Lynn Comp USA. Serwomechanizm ten pracuje na systemie ze zmiennym ciśnieniem z zaworem z otwartym przepływem w położeniu neutralnym. Produkowany jest w Europie na licencji przez firmę Danfoss Dania. Przeznaczony jest w szczególności dla ciągników, maszyn do robót ziemnych i przeładunkowych oraz samojezdnych maszyn rolniczych głównie kombajnów zbożowych. Ogólny widok stanowiska dydaktycznego przedstawiono na fot. 1. Fot. 1. Widok ogólny stanowiska dydaktycznego do badań układu kierowniczego ze wspomaganiem hydraulicznym typu Orbitrol. Budowę stanowiska prezentuje rys. 1. Składa się ono z następujących elementów: układu zasilania... I zaworu rozdzielczego... II układu kierowniczego... III symulatora obciążenia kół sterowanych... IV siłownika serwomechanizmu... V - 4 -

5 Zawór składa się z obracającego się suwaka I połączonego z elementem dozującym 2 oraz tulei rozdzielczej 3, która może obracać się względem korpusu 5 i która połączona jest bezpośrednio z kołem kierowniczym 7. Ruch tulei 3 względem suwaka l ograniczony jest przy pomocy kołka 4. Między kołkiem 4 a tuleją 3 znajdują się sprężyny centrujące niepokazane na rysunku, które dążą do ustawienia suwaka l względem tulei 3 w położeniu neutralnym rys. l. Ruch obrotowy tulei 3 względem suwaka l w ramach ugięcia sprężyn centrujących wykorzystany jest do sterowania przepływem cieczy. W położeniu neutralnym zaworu rys. l suwak l ustawiony jest względem tulei 3 w taki sposób, że otwarte jest połączenie między pompą 13 i zbiornikiem 12. Siłownik serwomechanizmu 10 oraz element dozujący 2 znajdują się w spoczynku, a w układzie panuje niskie ciśnienie, wynikające z oporów przepływu na drodze pompa - zlew. Obrót koła kierowniczego 7 w dowolnym kierunku powoduje obrót tulei 3 względem suwaka l i zamknięcie drogi przepływu z pompy 13 do siłownika 10 przez element dozujący 2. Ruch tłoka siłownika 10 powoduje skręt mechanizmu zwrotniczego w lewo - rys.2 lub w prawo - rys.3. Ciecz zwrotniczego siłownika 10 spływa na zlew. Równocześnie z ruchem tłoka siłownika 10 napędzającego układ kierowniczy, ciecz płynąca przez element dozujący 2 powoduje jego obrót, a co za tym idzie i obrót związanego z nim suwaka l. Obrót ten odbywający się w tym samym kierunku, w jakim uprzednio została obrócona tuleja 3, jest proporcjonalny do ilości cieczy przepływającej, a więc proporcjonalny do ruchu siłownika 10. Ruch siłownika 10, napędzającego układ, będzie trwać, zatem tylko tak długo, aż suwak l obrócony zostanie przez element dozujący 2 z powrotem do położenia neutralnego rys. l. Hydrauliczne sprzężenie zwrotne zapewnia tu, więc połączenie elementu dozującego 2 z suwakiem l. W przypadku braku dopływu cieczy z pompy 13 obrót koła kierowniczego 7 powoduje najpierw względny obrót tulei 3 i suwaka l, po czym kołek 4 ogranicza dalsze względne ruchy tych elementów. Przy dalszym obracaniu kołem kierowniczym 7 następuje obracanie elementu dozującego 2, który zaczyna pracować jako pompa tłocząca ciecz do siłownika 10. W ten sposób w przypadku braku dopływu cieczy z pompy 13 napęd z koła kierowniczego 7 na koła jezdne sterowane odbywa się ręcznie na drodze hydraulicznej

6 Rys. 1. Schemat stanowiska do badania układu kierowniczego ze wspomaganiem (zawór rozdzielczy w położeniu neutralnym)

7 I UKŁAD ZASILANIA 12 zbiornik oleju, 13 pompa zasilająca PZ-25, 14 manometr, 15 zawór przelewowy, 16 filtr oleju. II ZAWÓR ROZDZIELCZY ORBITROL W POŁOŻENIU NEUTRALNYM 1 suwak, 2 element dozujący, 3 tuleja rozdzielcza, 4 kołek, 5 korpus zaworu. III UKŁAD KIEROWNICZY 6 bęben z linką, 7 koło kierownicze, 8 krążek, 9 szalka z obciążeniem. IV SYMULATOR OBCIĄŻENIA KÓŁ STEROWANYCH 17 mechanizm zwrotniczy, 18 zawór dławiący, 19 akumulator hydrauliczny, 20 siłownik. V SIŁOWNIK SERWOMECHANIZMU 10 siłownik, 11 siłomierz i czujnik

8 Rys. 2. Zawór rozdzielczy typu Orbitrol położenie przy ruchu koła Kierowniczego w lewo. 1 suwak, 2 element dozujący, 3 tuleja rozdzielcza, 4 kołek, 5 korpus zaworu

9 Rys. 3. Zawór rozdzielczy typu Orbitrol położenie przy ruchu koła kierowniczego w prawo. 1 suwak, 2 element dozujący, 3 tuleja rozdzielcza, 4 kołek, 5 korpus zaworu Realizacja badań Badanie zależności między momentem na wale kierowniczym a wielkością siły na siłowniku należy przeprowadzić po włączeniu pompy zasilającej l3 (rys. l) układ wspomagania. Wielkość momentu na wale kierowniczym określa się na podstawie znajomości ciężaru szalki i jej obciążenia oraz promienia bębna nawijającego linkę opory ruchu linki i krążka można pominąć

10 Pomiar siły na siłowniku odbywa się za pomocą siłomierza 11. Charakterystykę wspomagania należy sporządzić dla stałej prędkości obrotowej wału kierowniczego. W tym celu po każdej zmianie obciążenia mechanizmu zwrotniczego poprzez zmianę położenia zaworu dławiącego 18 symulatora należy tak dobrać obciążenie szalki, aby minimalna prędkość obrotowa wału kierowniczego była w przybliżeniu stałą. Duża dokładność w zakresie ustalenia prędkości obrotowej waru kierowniczego nie jest potrzebna, ponieważ wpływ prędkości wału kierowniczego na charakterystykę wspomagania jest pomijalnie mały w zakresie prędkości mniejszych od krytycznej, przy której zanika wspomaganie. Charakterystykę przekładni kierowniczej sporządzamy po wyłączeniu pompy zasilającej układ wspomagania dla tych samych obciążeń mechanizmu zwrotniczego i tej samej prędkości obrotowej wału kierowniczego Przygotowanie stanowiska i przeprowadzenie badań po zapoznaniu się ze stanowiskiem i uzgodnieniu z prowadzącym uruchomić stanowisko, otworzyć maksymalnie zawór dławiący 18 (rys. l) symulatora obciążenia kół sterowanych, zawór rozdzielczy ustawić w położeniu neutralnym mechanizm zwrotniczy 17 (rys. l) ustawiony poziomo, obciążać szalkę 9 do momentu rozpoczęcia płynnego obrotu koła kierowniczego 7 (rys. l), odczytać wielkość siły na siłomierzu11 (rys. l), przekręcić zawór dławiący symulatora 18 (rys. l) o l obrót, obciążyć szalkę 9 (rys. l) do momentu uzyskania płynnego obrotu koła kierowniczego, odczytać wielkość siły na siłomierzu 11, powtarzać pomiary każdorazowo zmieniając położenie zaworu dławiącego symulatora, aż do momentu uzyskania maksymalnego obciążenia minimalne otwarcie zaworu dławiącego, wyłączyć pompę zasilającą13 (rys. l), wykonać pomiary sił na siłowniku 10 i momentu na wale kierowniczym przy tych samych kolejnych położeniach zaworu dławiącego symulatora jak poprzednio, po wykonaniu ćwiczenia wyłączyć aparaturę i uporządkować stanowisko. 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW 5.1. Tabela pomiarów Lp Pompa zasilająca Włączona Wyłączona G [N] M [Nm] P [N] G [N] M [Nm] P [N]

11 Oznaczenia w tabeli pomiarowej: G ciężar szalki wraz z obciążeniem, M moment na wale kierowniczym, R promień bębna nawijającego linkę: R = 52mm, P siła na siłowniku Sprawozdanie i wnioski Sprawozdanie winno zawierać: wyniki badań w tabeli pomiarowej, wykres charakterystyki wspomagania M = f (P) dla włączonej pompy zasilającej i wykres charakterystyki przekładni M = f (P) dla wyłączonej pompy zasilającej, analizę otrzymanych wykresów. LITERATURA: 1. J. Lipski Napędy i sterowanie hydrauliczne, WKiŁ, Warszawa S. Stryczek Napęd hydrostatyczny. Elementy i układy, WNT, Warszawa Z. Szydelski Napęd i sterowanie hydrauliczne w ciągnikach i samojezdnych maszynach roboczych. WNT, Warszawa