SILNIK HYDRAULICZNY JAKO WYMUSZENIE MOMENTOWE W BADANIACH SPRZĘGŁA MAGNETOREOLOGICZNEGO

Podobne dokumenty
Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Drgania wymuszone - wahadło Pohla

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Uniwersalne elektrohydrauliczne stanowisko dydaktyczno-badawcze

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

Silnik indukcyjny - historia

Hamulce elektromagnetyczne. EMA ELFA Fabryka Aparatury Elektrycznej Sp. z o.o. w Ostrzeszowie

Zajęcia laboratoryjne

Badanie silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi (BLCD)

BADANIE SILNIKA SKOKOWEGO

(R) przy obciążaniu (etap I) Wyznaczanie przemieszczenia kątowego V 2

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Napęd hydrauliczny

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Ćwiczenie 3 Falownik

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Ćwiczenie EA5 Silnik 2-fazowy indukcyjny wykonawczy

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

Układ kaskadowy silnika indukcyjnego pierścieniowego na stały moment

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

Badanie prądnicy synchronicznej

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Badanie silnika skokowego

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt i realizacja sprzęgła magnetoreologicznego ze wzbudzeniem hybrydowym

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Napęd pojęcia podstawowe

Opracować model ATP-EMTP silnika indukcyjnego i przeprowadzić analizę jego rozruchu.

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Wyznaczanie strat w uzwojeniu bezrdzeniowych maszyn elektrycznych

BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO PODCZAS RÓŻNYCH SPOSOBÓW ROZRUCHU 1. WSTĘP

Ćwiczenie 1. Badanie aktuatora elektrohydraulicznego. Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów Przemysłowych - laboratorium. Instrukcja laboratoryjna

Próby ruchowe dźwigu osobowego

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

MATERIAŁY I KONSTRUKCJE INTELIGENTNE Laboratorium. Ćwiczenie 2

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Zajęcia laboratoryjne Napęd Hydrauliczny

PL B1. Sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego silnik indukcyjny

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

Przenośniki Układy napędowe

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium. Temat: Badanie charakterystyk mikropompy zębatej. Opracował: Z. Kudźma, J. Rutański, M.

Laboratorium Elektromechaniczne Systemy Napędowe BADANIE AUTONOMICZNEGO GENERATORA INDUKCYJNEGO

Ćwiczenie M-2 Pomiar mocy

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Sterowanie przepływem i prędkością silnika hydraulicznego w układzie z falownikowym napędem pompy

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

UKŁADY NAPĘDOWE POMP I WENTYLATORÓW - OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII. Mgr inż. Adam Tarłowski TAKOM Sp. z o.o.

Liczba cylindrów 4 4 4

Załącznik 1. Obejmuje zdjęcia wykonanych stanowisk i pomocy dydaktycznych do laboratorium Specjalnych Metod Odlewania

MASZYNY INDUKCYJNE SPECJALNE

P O L I T E C H N I K A Ł Ó D Z K A INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD ELEKTROWNI LABORATORIUM POMIARÓW I AUTOMATYKI W ELEKTROWNIACH

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

PRACA PRZEJŚCIOWA SYMULACYJNA. Zadania projektowe

Napęd pojęcia podstawowe

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

OBLICZENIA PROJEKTOWE SPRZĘGŁA MAGNETOREOLOGICZNEGO ZE WZBUDZENIEM HYBRYDOWYM

3.0 FALOWNIKI ASTRAADA DRV

Badanie prądnicy prądu stałego

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn specjalność: konstrukcja i eksploatacja maszyn i pojazdów

Ćwiczenie Nr 2. Temat: Zaprojektowanie i praktyczna realizacja prostych hydraulicznych układów sterujących i napędów

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO KONFIGUROWANY GRAFICZNIE

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

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

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Transkrypt:

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 56, ISSN 1896-771X SILNIK HYDRAULICZNY JAKO WYMUSZENIE MOMENTOWE W BADANIACH SPRZĘGŁA MAGNETOREOLOGICZNEGO Zbigniew Pilch 1a, Paweł Kielan 1b 1 Katedra Mechatroniki, Wydział Elektryczny, Politechnika Śląska a zbigniew.pilch@polsl.pl, b pawel.kielan@polsl.pl Streszczenie Sprzęgła stanowią jeden z istotnych elementów układów przeniesienia napędu. W najprostszych rozwiązaniach spełniają tylko funkcję łączenia elementów układów napędowych. Aktualnie niektóre rozwiązania sprzęgieł są nie mniej złożone niż łączone przez nie elementy systemu przeniesienia momentu i źródeł tegoż momentu. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów, jakie przeprowadzono na stanowisku pomiarowym, gdzie wymuszenie momentowe dla sterowalnego, wielotarczowego sprzęgła z cieczą MR stanowi silnik hydrauliczny o regulowanej wartości momentu i prędkości obrotowej. Badania porównawcze przeprowadzono z wymuszeniem momentowym zrealizowanym przez silnik elektryczny zasilany z sieci oraz zasilany z falownika u/f. Słowa kluczowe: sprzęgło, ciecz magnetoreologiczna, silnik hydrauliczny, silnik elektryczny, pomiary momentu HYDRAULIC MOTOR AS A TORQUE SOURCE IN MAGNETORHEOLOGICAL CLUTCH RESEARCH Summary Clutches constitute one of essential elements of the transfer transmission system. In the simplest solutions, clutches meet only the function of joining drive system components. The currently, some solutions clutches are no less complex than their combined torque transfer system components and sources of that torque. The article presents the results of measurements that were carried out on the test bench, where forcing torque for controllable, multi-plate clutch with MR fluid is a hydraulic motor with adjustable torque and speed. Comparative researches were carried out with forcing torque realized by an electric motor powered from the mains power and powered by the inverter u/f. Keywords: clutch, Magnetorheological fluid, hydraulic motor, electric motor, torque measuring 1. WSTĘP Zgodnie z definicją [1, 5] sprzęgłem nazywa się zespół układu napędowego maszynyrzeznaczony do łączenia wałów i przekazywania momentu obrotowego bez zmiany jego wielkości i kierunku. Sprzęgło składa się z członu czynnego (napędzającego) i członu biernego (napędzanego) oraz z łącznika. Kluczowym elementem sprzęgła jest łącznik, który rozumiany jest jako część (lub kilka części) lub czynnik, który przekazuje moment obrotowy z członu czynnego na człon bierny sprzęgła i określa sposób przekazania momentu, jak również charakteryzuje sprzęgło [1]. Coraz częściej w nowoczesnych rozwiązaniach technicznych wykorzystuje się materiały inteligentne (SMART materials). Jedną z interesujących grup materiałów SMART są ciecze o zmiennej lepkości. W ramach tej grupy rozróżnia się ciecze magneto reologiczne, czyli ciecze zmieniające swoje właściwości pod wpływem pola magnetycznego oraz ciecze elektroreologiczne, czyli ciecze składające się z zawiesiny drobin przewodnika. Przepływ prądu i wywołana nim zmiana pola elektrycznego wpływa na zmianę lepkości pozornej cieczy. 102

Zbigniew Pilch, Paweł Kielan Zrealizowany projekt (nr rejestracyjny N N510 355337) o tytule: Elektronicznie sterowane wielotarczowe sprzęgło magnetoreologiczne z magnesem trwałym o płynnie regulowanej wartości przenoszonego momentu, realizowany był w Katedrze Mechatroniki Wydziału Elektrycznego [7]. Efektem tego projektu jest opracowana i zrealizowana w postaci prototypu konstrukcja sprzęgła sterowalnego, w którym łącznikiem jest ciecz zmieniająca swoje właściwości pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego ciecz magnetoreologiczna (ciecz MR) [2, 3, 4]. Sprzęgła jako elementy pośredniczące w przeniesieniu mocy w układzie napędowym mogą dodatkowo spełniać jeszcze inne funkcje, zależnie od ich budowy i zasady działania. Mogą to być sprzęgła samoczynne, sterowalne, jednokierunkowe, podatne i inne. W procesie wyznaczania różnego rodzaju charakterystyk dla sprzęgieł konieczne jest budowanie układów pomiarowych [4, 6, 8]. W układach tych występuje m.in. sterowalne źródło momentu wymuszającego, umożliwiające badania w stanie statycznym i dynamicznym. Z reguły wymuszeniem momentowym jest silnik elektryczny [4, 8]. Na rys.1 zaprezentowano schemat ideowy rozbudowanej wersji stanowiska umożliwiającego badanie sterowalnego sprzęgła z cieczą magnetoreologiczną. W dalszej części tego opracowania będzie rozważany fragment tego układu bez sprzężenia zwrotnego od pomiaru temperatury kamerą termowizyjną FLIR A325 oraz bez wykorzystania opracowanego oprogramowania do akwizycji danych i sterowania zasilaczem (na rys. 1 linia przerywana). Rys. 1. Schemat stanowiska do pomiarów charakterystyk sprzęgła z cieczą MR dla różnych źródeł wymuszenia momentem: silnik hydrauliczny, silnik elektryczny W układzie tym numerami oznaczono: 1 - źródło momentu i prędkości obrotowej w postaci silnika elektrycznego lub silnika hydraulicznego, 2 - badane sprzęgło z cieczą MR, 3 - miernik momentu DATAFLEX 22/20 firmy KTR, 4 - hamulec proszkowy FUMO VER-30H-20-6, 5 - obciążenie bezwładnościowe w postaci wirującej masy (opcja), 6 - kamera termowizyjna FLIR A325, 7- programowalny zasilacz laboratoryjny 3-kanałowy ATTEN PPS3205T-3S z możliwością zewnętrznego sterowania poprzez port USB dla sterowania wartościami prądu i napięcia zasilania sprzęgła (Ic, Uc), oraz hamulca (IB, UB), 8 - komputer do akwizycji danych oraz do sterowania pracą układu poprzez zmianę nastaw zasilacza. W przypadku sprzęgła może wystąpić sytuacja, w której prędkość kątowa członu biernego 2 będzie większa niż prędkość kątowa członu czynnego 1. Możliwe to jest wtedy, gdy moment napędowy maleje (lub zupełnie zanika), a moment od obciążenia wywołuje ruch członu biernego. Taka sytuacja jest możliwa np. pod działaniem dużych wartości sił bezwładności. W ogólnym przypadku wielkość poślizgu oblicza się z zależności (1): gdzie: = (, ) 1 prędkość kątowa członu czynnego sprzęgła rad/s, 2 prędkość kątowa członu biernego sprzęgła rad/s, (1) W sprzęgłach sterowalnych wartość poślizgu liczona z zależności (1) mieści się w zakresie 1 s 1. Możliwe są przypadki: 0 <, = 0 = 1 (2a) 0 <, 0 < > 0 < < 1 (2b) 0 <, = = 0 (2c) = 0, < = 1 (2d) 103

SILNIK HYDRAULICZNY JAKO WYMUSZENIE MOMENTOWE W BADANIACH 0 <, < 1 < < 0 (2e) Na rzeczywistym stanowisku możliwe jest uzyskanie poślizgu s w zakresie 0 s 1. 2. POMIARY PRZY WYMUSZENIU SILNIKIEM HYDRAULICZNYM Do badań pomiarowych wykorzystano układ składający się z hydraulicznej części zasilającej oraz elementu wykonawczego w postaci silnika hydraulicznego gerotorowego MP80. Silnik ten pracuje w układzie hydraulicznym, który przedstawiono na rys. 2. Rys. 3. Układ pomiarowy z silnikiem hydraulicznym jako wymuszeniem momentowym Na rys. 4 przedstawiono przebieg czasowy momentu zarejestrowanego w trakcie rozruchu układu oraz dwukrotnego nawrotu. Parametry zasilania elementów układu zestawiono poniżej: Rys. 2. Stanowisko hydrauliczne z silnikiem MP80 Kolejne elementy układu hydraulicznego zostały umieszczone na płycie montażowej. Zawór przelewowy (oznaczony jako ZP1 oraz 1) z maksymalnym ciśnieniem przesterowania pmax=50bar pozwala na ustalenie maksymalnego ciśnienia cieczy roboczej, która zasila silnik. Zawór 4/3 monostabilny (oznaczony jako R1 oraz 2) z położeniem środkowym łączącym wewnętrznie wszystkie drogi, sterowany za pomocą modułu sterującego zaworami. Zawór ten steruje kierunkiem przepływu. Proporcjonalny zawór dławiący (oznaczony jako ZD oraz 3), którego zadaniem będzie sterowanie natężeniem przepływu cieczy roboczej. Dwa manometry M1 i M2. Silnik hydrauliczny gerotorowy serii MP 80 zamontowany został na płycie montażowej. Silnik został mechanicznie połączony sprzęgłem sztywnym z układem pomiarowym, co przedstawiono na rys. 3. W układzie tym znajdują się dodatkowo: sprzęgło z cieczą magnetoreologiczną wytwarzające moment ok. 8 Nm, momentomierz DATAFLEX 22/20 służący do pomiaru momentu silnika hydraulicznego oraz hamulec proszkowy FUMO VER-30H-20-6 zastosowany jako stałe obciążenie silnika hydraulicznego. Wartość maksymalna momentomierza wynosi Tm=20Nm, a hamulca proszkowego 40Nm. Dodatkowym wyposażeniem jest zasilacz laboratoryjny wykorzystywany do zasilania cewki hamulca proszkowego oraz cewki sprzęgła. Nastawa przepływu Nastawa ciśnienia Prąd zasilania sprzęgła Prąd zasilania hamulca Q=8,2 l/min pmax=50bar Ic=0.6A IB=0,5A Rys. 4. Przebieg momentu zarejestrowany na wałku skrętnym momentomierza pomiędzy sprzęgłem z cieczą MR a hamulcem proszkowym Powiększenie fragmentu przebiegu momentu oznaczonego na rys. 4 jako nawrót 2 przedstawiono na rys. 5. Czasy związane ze zmianą kierunku obrotów silnika hydraulicznego wynoszą odpowiednio: t1=0,028s (czas przejścia rozdzielacza z położenia skrajnego do środkowego), t2=0,021s (czas przejścia suwaka rozdzielacza przez położenie środkowe), t3=0,006s (czas przejścia rozdzielacza z położenia środkowego do drugiego skrajnego). Całkowity czas nawrotu wynosi 0.055s. Rys. 5. Fragment przebiegu momentu w obrębie nawrotu 2 104

Zbigniew Pilch, Paweł Kielan Dodatkowo z przebiegu momentu po nawrocie można zaobserwować, że amplitudy drgań charakterystyczne są dla drgań tłumionych, a zatem można obliczyć dla nich: logarytmiczny dekrement tłumienia drgań. Podstawiając wartości odczytane z markerów oznaczonych na rys. 5 obliczono: Λ = = (,, ) = 0,755 (3) (,, ) współczynnik tłumienia drgań. Okres drgań tłumionych T odczytuje się z markerów. T = 2,925-2,914 = 0,011s. Podstawowe parametry motoreduktora [9]: silnik indukcyjny 3-fazowy, napięcie znamionowe 230V/400V ( /Y), moc motoreduktora 0,55kW, prędkość obrotowa na wyjściu z przekładni 187 obr/min, przełożenie przekładni 7.5, moment wyjściowy 24Nm. Na rys. 7 przedstawiono schemat ideowy układu pomiarowego dedykowanego do pomiarów z motoreduktorem, jako wymuszeniem dla sprzęgła z cieczą MR. Rozważono dwa przypadki zasilania silnika elektrycznego. Wariant 1 zasilenie silnika z falownika u/f Allen- Bradley 1305 oraz wariant 2 zasilenie silnika bezpośrednio z sieci. β = =, = 68,63 (4), częstość drgań obliczy się z zależności (3) po przekształceniu: Λ = = + (5) Po podstawieniu do zależności (5) otrzymano: =,, + 68,63 = 575,25 Stąd obliczono częstotliwość drgań: (6) Rys. 7. Schemat ideowy układu pomiarowego z wymuszeniem za pomocą motoreduktora Uzyskany przebieg momentu w trakcie rozruchu i dwukrotnego nawrotu układu (wariant 1 silnik zasilony z falownika u/f), przedstawiono na rys. 8. = =, = 91,55 (7) 3. POMIARY PRZY WYMUSZENIU MOTOREDUKTOREM W dalszej kolejności zrealizowano pomiary z wymuszeniem w postaci silnika elektrycznego (produkcji BESEL S.A.) z przekładnią SKh71X-4C/XC40-7, traktując je jako pomiary porównawcze w stosunku do wymuszenia w postaci silnika hydraulicznego. W aktualnie stosowanych rozwiązaniach silniki elektryczne zasilane są najczęściej z przekształtników energoelektronicznych. Stosowanie różnych algorytmów sterowania (wektorowe lub skalarne) umożliwia kształtowanie charakterystyki rozruchowej silnika w szerokim zakresie. Celem tego zakresu badań jest porównanie wyników pomiarów uzyskanych przy wymuszeniu motoreduktorem zasilanym bezpośrednio z sieci oraz z wykorzystaniem przekształtnika energoelektronicznego ze sterowaniem skalarnym. Układ pomiarowy z motoreduktorem przedstawia rys. 6. Rys. 8. Przebieg czasowy momentu dla układu z motoreduktorem zasilonym z falownika (wariant 1) Na rys. 9 przedstawiono powiększenie fragmentu przebiegu momentu z rys. 8 jako nawrót 1. Rys. 9. Fragment przebiegu momentu w obrębie nawrót 1 dla układu z motoreduktorem zasilonym z falownika (wariant 1) Wyniki uzyskane dla rozruchu i nawrotu motoreduktora z sieci (wariant 2) przedstawiono na rys. 10. Rys. 6. Układ pomiarowy z motoreduktorem Rys. 10. Wyniki uzyskane dla rozruchu i nawrotu motoreduktora zasilonego z sieci (wariant 2) 105

SILNIK HYDRAULICZNY JAKO WYMUSZENIE MOMENTOWE W BADANIACH Na rys. 11 przedstawiono powiększenie fragmentu przebiegu momentu oznaczony na rys. 10 jako nawrót 1. nawrotu zrealizowanego przez motoreduktor zasilony bezpośrednio z sieci (wariant 2). Rys. 11. Fragment przebiegu momentu w obrębie nawrót 1 dla układu z motoreduktorem zasilonym z sieci (wariant 2) Na podstawie wzorów (3) - (7) zostały przeprowadzone obliczenia wartości częstotliwości drgań dla wymuszenia w postaci silnika elektrycznego zasilanego z sieci. Logarytmiczny dekrement tłumienia drgań. Podstawiając wartości odczytane z markerów oznaczonych na rys. 11, obliczono: Λ = ln A (9,92 6,9) = ln = 0,5513 A (8,64 6,9) Współczynnik tłumienia drgań. Okres drgań tłumionych T odczytuje się z markerów. T = 1,255-1,244 = 0,011s. β = Λ T = 0,5513 0,011 = 50,12 Po podstawieniu do zależności (5) otrzymano: 2π 50,12 ω = 0,5513 + 50,12 = 573,41 rad s Stąd częstotliwość drgań oblicza się na podstawie (7): f = =, = 91,26 Hz Uzyskana wartość częstotliwości drgań tłumionych dla układu z wymuszeniem w postaci silnika zasilonego z sieci jest zbieżna z wartością częstotliwości drgań dla układu z wymuszeniem w postaci silnika hydraulicznego. Rys. 12. Przebiegi czasowe momentu w trakcie nawrotu dla układu z silnikiem hydraulicznym oraz motoreduktorem Przedstawione przebiegi momentu wyraźnie wskazują na różnice, jakie występują w trakcie zmiany kierunku obrotów w trakcie nawrotu układu w zależności od zastosowanego napędu. 5. POMIARY PRZEBIEGU MOMENTU PRZY RÓŻNYCH PRĘDKOŚCIACH SILNIKA HYDRAULICZNEGO W dalszej kolejności przeprowadzono jeszcze pomiary związane z czasem przyrostu momentu w badanym układzie w zależności od prędkości silnika hydraulicznego. Zmianę prędkości silnika realizowano poprzez zmianę natężenia przepływu cieczy roboczej, jaka była dostarczana do komory silnika poprzez proporcjonalny zawór dławiący (oznaczony na rys. 2 jako ZD oraz 3). Po nastawieniu pożądanej wartości prędkości wyłączano układ, a następnie dokonywano rozruchu układu, rejestrując przebieg momentu. Przebiegi czasowe momentu dla trzech wybranych prędkości przedstawiono na rysunkach 13 do 15. Na rys. 13 przedstawiono przebieg momentu dla prędkości minimalnej równej 1,38 obr/min. 4. PORÓWNANIE PRZEBIEGÓW MOMENTÓW DLA ROZWAŻANYCH PRZYPADKÓW Zrealizowane pomiary na stanowisku przedstawionym na rys. 3 oraz rys. 6 zestawiono na jednym przebiegu czasowym. Dla porównania pomiarów wybrano nawrót realizowany w tym samym kierunku oraz w identycznym oknie czasowym wynoszącym 0,3s. Na rys. 12 zestawiono przebiegi momentu zarejestrowane w trakcie trzech eksperymentów. Linią punktową oznaczono przebieg momentu, który zarejestrowano przy wymuszeniu silnikiem hydraulicznym. Linią przerywaną oznaczono przebieg momentu dla nawrotu zrealizowanego przez motoreduktor zasilony z falownika (wariant 1), natomiast linią ciągłą oznaczono przebieg momentu dla Rys. 13. Przebieg momentu skręcającego dla prędkości silnika n=1,38 obr/min Na rys. 14 przedstawiono przebieg momentu dla prędkości minimalnej równej 23,23 obr/min. 106

Zbigniew Pilch, Paweł Kielan Rys. 14. Przebieg momentu skręcającego dla prędkości silnika n=23,23 obr/min Przy większych prędkościach obrotowych ujawniają się drgania w fazie stabilizowania się wartości momentu. Ilustruje to rys. 15 przy prędkości równej 58,61 obr/min. Rys. 16. Zależność czasu przyrostu momentu od prędkości obrotowej silnika hydraulicznego Z analizy zestawionych wyników wynika, że powyżej 20 obr/min czas, jaki mija od momentu podania zasilania na silnik hydrauliczny do momentu osiągnięcia maksymalnej wartości momentu, spada poniżej 0,01s i stabilizuje się dalej na poziomie około 0,0065s. Na rys. 17 zestawiono wartości momentu maksymalnego Tmax i momentu ustalonego Tust w funkcji prędkości obrotowej wału silnika hydraulicznego. Rys. 15. Przebieg momentu skręcającego przy prędkości silnika n=58,61 obr/min Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli 1 (wartości w wyróżnionych wierszach odnoszą się do rysunków 13 do 15) oraz przedstawiono na wykresie na rys. 16 i 17. W tabeli 1 w kolumnach zestawiono: n prędkość obrotowa wału silnika [obr/min], Tmax moment maksymalny [Nm], Tust moment ustalony [Nm], tmax czas od załączenia do osiągnięcia maksymalnej wartości momentu [s], tust czas od załączenia do osiągnięcia ustalonej wartości momentu [s], Tablica 1. Wyniki pomiarów momentów i czasów dla różnych prędkości obrotowych silnika hydraulicznego. n Tmax Tust tmax tust 1,38 6,24 4,80 0,1301 0,2227 5,90 6,60 5,16 0,1451 0,2742 12,20 8,13 6,88 0,0716 0,0837 23,23 9,28 5,44 0,0151 0,0741 38,58 10,40 5,12 0,0090 0,0682 58,67 10,88 4,68 0,0079 0,1116 72,00 10,40 4,22 0,0065 0,1033 83,47 12,16 5,28 0,0066 0,1023 103,55 12,12 4,30 0,0070 0,1031 109,40 12,96 5,32 0,0059 0,1597 Na rys. 16 zestawiono czasy od załączenia zasilania silnika hydraulicznego do momentu osiągnięcia wartości maksymalnej momentu oraz czasy od załączenia do osiągnięcia ustalonej wartości momentu. Rys. 17. Zależność wartości momentu maksymalnego i momentu ustalonego od prędkości obrotowej silnika hydraulicznego Z analizy zestawionych wyników można wnioskować, że wartość momentu maksymalnego rośnie w miarę wzrostu prędkości obrotowej, jaką uzyskuje silnik hydrauliczny po rozruchu. Ma to związek z udarem momentu, jakiemu poddawany jest układ napędowy przez pracujący silnik. 6. WNIOSKI KOŃCOWE I PODSUMOWANIE W pracy przedstawiono wyniki porównania przebiegów momentu wymuszenia, jaki uzyskano z silnika hydraulicznego oraz z silnika elektrycznego z przekładnią mechaniczną. Uzyskane wyniki pozwalają sformułować wnioski końcowe: Silnik hydrauliczny stanowi alternatywne źródło wymuszenia momentu dla silników elektrycznych. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że można w szerokim zakresie i niezależnie sterować momentem i prędkością obrotową silnika hydraulicznego. Ma to duże znaczenie zwłaszcza w badaniach statycznych oraz wtedy, gdy należy zrealizować wymuszenie z niewielką prędkością obrotową. Wyniki pomiarów zestawione w rozdziale 5. wykazują, że w konkretnym rozważanym układzie hydraulicznym uzyskuje się stabilizację wyjściowych 107

SILNIK HYDRAULICZNY JAKO WYMUSZENIE MOMENTOWE W BADANIACH parametrów dla układu przy prędkości obrotowej powyżej 20 obr/min. Zastosowanie hydroakumulatora w układzie wspomaganie pompy pozwoliłoby jeszcze bardziej zwiększyć dynamikę oddziaływania silnika hydraulicznego na badany układ, przy jednoczesnej kompensacji ewentualnych pulsacji ciśnienia związanych z pracą pompy i silnika hydraulicznego. To z kolei wpłynęłoby na zanik (lub zmniejszenie) pulsacji na przebiegu momentu. Silnik elektryczny zasilany z falownika u/f cechuje się właściwościami, które w pewnych sytuacjach mogą minimalizować zjawiska zachodzące w badanym układzie. W trakcie przeprowadzonych pomiarów zaobserwowano to jako brak drgań w przebiegu momentu, które wystąpiły w dwóch pozostałych przypadkach. Uwidoczniono to na zbiorczym przebiegu momentów zarejestrowanych dla trzech rozważanych konfiguracji napędów na rys. 12. Zmiana wartości momentu dla układu z silnikiem elektrycznym zasilanym z sieci w czasie przejścia przez zerową wartość (w trakcie nawrotu) cechuje się pulsacją, której wartość może być zależna od kąta położenia wirnika silnika względem stojana. Jest to charakterystyczne dla działania silnika indukcyjnego, gdzie wartość momentu rozruchowego zależy między innymi od kąta początkowego w momencie zasilenia faz silnika. Zjawisko to nie występuje w wypadku silnika zasilanego z falownika, jednak ten rodzaj zasilania wpływa na tłumienie zjawisk mechanicznych zachodzących w układzie. Literatura 1. Dietrich M. i inni: Podstawy konstrukcji maszyn. T. 3. Warszawa: WNT, 2006. ISBN 83-204-3209X. 2. Kielan P., Kowol P., Pilch Z.: Conception of the electronic controlled magnetorheological clutch. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review) 2011, R. 87, nr 3, 3/2011, s.93-95. 3. Kowol P., Pilch Z., Kielan P.: Obliczenia projektowe sprzęgła magnetoreologicznego ze wzbudzeniem hybrydowym. Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe 2011, nr 93, s. 103 108. 4. Pilch Z., Kowol P., Kielan P.: Wielotarczowe sprzęgło magnetoreologiczne o płynnie regulowanej wartości przenoszonego momentu. Maszyny Elektryczne Zeszyty Problemowe 2011, nr 90, s. 169-174. 5. Skoć A., Spałek J., Markusik S.: Podstawy konstrukcji maszyn. T. 2. Warszawa: WNT, 2008. ISBN 978-83-204-3405-7. 6. Song Chen, Jin Huang, Kailin Jian, Jun Ding: Analysis of influence of temperature on magnetorheological fluid and Transmission Performanc. http://downloads.hindawi.com/ journals/amse/aip/583076.pdf 7. Raport z realizacji projektu badawczego nr rej. N N510 355337 o tytule: Elektronicznie sterowane wielotarczowe sprzęgło magnetoreologiczne z magnesem trwałym o płynnie regulowanej wartości przenoszonego momentu. finansowanego ze środków MNiSW w latach 2009-2011. 8. Wenjun Li; Yadmellat, P.; Kermani, M.R.: Linear torque actuation using FPGA-controlled magneto-rheological actuator. Robotics and Automation (ICRA), 2014 IEEE International Conference, May 31 2014-June 7 2014, p. 1060 1065, INSPEC Accession Number: 14616645. 9. Materiały informacyjne firmy BESEL: http://www.cantonigroup.com/pl/motors/besel/series/161/motoreduktory/ 108