BADANIA EKSPERYMENTALNE ZAWORU CIŚNIENIOWEGO O ZMODYFIKOWANEJ KONSTRUKCJI

Podobne dokumenty
Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

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

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

Zajęcia laboratoryjne

Zajęcia laboratoryjne

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Napęd hydrauliczny

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

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

Zajęcia laboratoryjne

Zajęcia laboratoryjne

Wprowadzenie. Napędy hydrauliczne są to urządzenia służące do przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej wytwarzania do urządzenia napędzanego.

PL B1. POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice, PL BUP 20/10

Zajęcia laboratoryjne

Zajęcia laboratoryjne

BADANIA LABORATORYJNE ZMODERNIZOWANEGO REGULATORA PRZEPŁYWU 2FRM-16 STOSOWANEGO W PRZEMYŚLE

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Seria Jubileuszowa. Rozwiązania informatyczne. Sprężarki śrubowe Airpol PRM z przetwornicą częstotliwości. oszczędność energii. ochrona środowiska

Zajęcia laboratoryjne Napęd Hydrauliczny

symbol graficzny Kierunek przepływu i oznaczenie czynnika hydraulicznego Kierunek przepływu i oznaczenie czynnika pneumatycznego

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

Zawory przelewowe sterowane pośrednio Seria R4V / R6V

Urządzenia nastawcze

WYKŁAD 11 POMPY I UKŁADY POMPOWE

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Podstawy Automatyki laboratorium

Zawór przelewowy typ DB

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie H-4

Praca dyplomowa inżynierska

Wyznaczanie charakterystyk statycznych zaworu przelewowego i redukcyjnego

PRACA PRZEJŚCIOWA SYMULACYJNA. Zadania projektowe

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium. Temat: Dynamika układów hydraulicznych wiadomości podstawowe

PODSTAWY AUTOMATYKI IV. URZĄDZENIA GRZEJNE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Układy rewersyjne

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

ĆWICZENIE WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMPY WIROWEJ

Uniwersalne elektrohydrauliczne stanowisko dydaktyczno-badawcze

symbol graficzny kierunek przepływu i oznaczenie czynnika hydraulicznego kierunek przepływu i oznaczenie czynnika pneumatycznego

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

1. Wstęp. 2. Rozdzielacze hydrauliczne. 3. Przegląd rozwiązań konstrukcyjnych. 4. Obliczenia hydrauliczne przyjętego rozwiązania.

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

STANOWISKO DO SMAROWANIA WĘZŁÓW TRĄCYCH W ŚRODKACH TRANSPORTOWYCH Typ SA 1 i SA1G

Zawór stałej mocy LV 06 Elementy sterowania dla typoszeregu 5 i typoszeregu E/C

Wyznaczanie charakterystyk statycznych dwudrogowego regulatora przepływu i elementów dławiących

Temat: Układy pneumatyczno - hydrauliczne

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

Zawór odciążający sterowany pośrednio typ UZOD6

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

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

NAPĘD I STEROWANIE PNEUMATYCZNE PODSTAWY

Zestawy pompowe PRZEZNACZENIE ZASTOSOWANIE OBSZAR UŻYTKOWANIA KONCEPCJA BUDOWY ZALETY

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

Instrukcja instalacji pompy cyrkulacyjnej TBPA

dr inż. Piotr Pawełko / Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia patrz punkt 6!!!

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

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

Reduktor dwustopniowy firmy Koltec

PL B1. Politechnika Warszawska,Warszawa,PL BUP 25/03. Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Zajęcia laboratoryjne

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

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 01/18. WIESŁAW FIEBIG, Wrocław, PL WUP 08/18 RZECZPOSPOLITA POLSKA

INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

Wprowadzenie. Budowa pompy

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Regulator przepływu (PN 16) AVQ montaż w rurociągu powrotnym i zasilającym

Zawory liniowe. Zawór zwrotny bliźniaczy sterowany. Zawór zwrotny bliźniaczy sterowany. Opis:

Zawór hamujący sterowany typ UZPHE6

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie OB-7

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

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

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

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

Wprowadzenie. - Napęd pneumatyczny. - Sterowanie pneumatyczne

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI HYDRAULICZNEGO NAPĘDU JEDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA DLA ZAWORÓW SILNIKOWYCH

Próby ruchowe dźwigu osobowego

Zawór odciążający sterowany pośrednio typ UZOP6

Regulacja dwupołożeniowa (dwustawna)

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu : Napędy Elektryczne, Hydrauliczne i Pneumatyczne

Ćwiczenie 2b. Pomiar napięcia i prądu z izolacją galwaniczną Symulacje układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Zawór ograniczający ciśnienie, sterowany wstępnie

Zajęcia laboratoryjne

Proporcjonalny 3-drogowy regulator przepływu, nabojowy typ WDUD10

Instrukcja instalacji pompy cyrkulacyjnej TBPA

WK Zawór redukcyjno-przelewowy sterowany pośrednio warstwowy typ UZCR10 WN 10 KARTA KATALOGOWA - INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASTOSOWANIE

Rozdzielacz sterowany elektrycznie typu WE 10

Mobilne Boczniki Filtracyjne MBF-I/300-60/80

09 - Dobór siłownika i zaworu. - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

Układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym: - układ regulacji kaskadowej - układ regulacji stosunku

Jarosław GOSZCZAK 1* Andrzej WERNER 1 Pierre GAUTHIER 2 Zbigniew PAWELSKI 1

OZNACZENIA NA SCHEMATACH RYSUNKOWYCH. Opracował: Robert Urbanik

rozdzielacze zaworowe elementy i układy hydrauliki siłowej

Blok odciążenia pompy typ UBOE

Zespół Szkół Samochodowych w Bydgoszczy

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

WK /2 drogowy rozdzielacz zaworowy URZS 16 Pokrywa rozdzielacza zaworowego ULZS 16. NG 16 do 42 MPa 140 dm 3 /min OPIS DZIAŁANIA r.

9.Tylko jedna odpowiedź jest poprawna. 10. Wybierz właściwą odpowiedź i zamaluj kratkę z odpowiadającą jej literą np., gdy wybrałeś odpowiedź A :

Urządzenia do wyposażenia stanowisk smarowniczych w stacjach obsługi pojazdów i maszyn

Regulator różnicy ciśnień i przepływu (PN 16) AVPQ montaż w rurociągu powrotnym, regulowana nastawa AVPQ-F montaż w rurociągu powrotnym, stała nastawa

Transkrypt:

Maciej OLEJNIK 1, Andrzej KOSUCKI 1 1 Politechnika Łódzka, 8528@edu.p.lodz.pl, andrzej.kosucki@p.lodz.pl BADANIA EKSPERYMENTALNE ZAWORU CIŚNIENIOWEGO O ZMODYFIKOWANEJ KONSTRUKCJI Streszczenie: W artykule przedstawiono badania eksperymentalne dynamiki hydrostatycznego układu napędowego sterowanego rozdzielaczem, zasilanego pompą o stałej wydajności jednostkowej i wyposażonego w zawór ciśnieniowy o zmodyfikowanej konstrukcji. Przedstawiono schematy konstrukcyjny i ideowy zaworu i opisano zasadę jego działania. Badania przeprowadzone na eksperymentalnym stanowisku badawczym umożliwiły uzyskanie charakterystyk statycznych i dynamicznych zaworu zmodyfikowanego. Określono wpływ współczynnika dławienia oraz natężenia przepływu na działanie zaworu zmodyfikowanego. Przedstawiono także porównanie charakterystyk statycznych zaworu zmodyfikowanego i zaworu o zwyczajnej konstrukcji. 1. Wstęp Napędy hydrostatyczne, ze względu na szereg zalet, ciągle znajdują zastosowanie w budowie maszyn, w tym w układach napędowych maszyn roboczych. Każdy układ hydrostatyczny musi być wyposażony w co najmniej jeden zawór ciśnieniowy, pełniący rolę zaworu bezpieczeństwa, ograniczającego wzrost ciśnienia, podobnie, jak układ elektryczny musi być wyposażony w bezpiecznik ograniczający wzrost natężenia prądu. Szczególnie ważną rolę spełniają zawory ciśnieniowe w układach hydrostatycznych zasilanych pompami o stałej wydajności i sterowanych rozdzielaczami. Napędy maszyn roboczych pracują bardzo często dynamicznie, w cyklach roboczych, złożonych z rozruchu, ruchu ustalonego i hamowania, które realizowane jest często na drodze hydraulicznej. Szybkie przesterowanie rozdzielacza, przy przejściu do kolejnej fazy cyklu roboczego, wywołuje przeważnie gwałtowny wzrost ciśnienia, który musi być ograniczany za pomocą zaworu ciśnieniowego. Istotna w takim przypadku staje się charakterystyka dynamiczna zaworu i dobre rozpoznanie zjawisk towarzyszących pracy takim układom. W artykule [1] zwrócono uwagę na zjawiska zachodzące podczas rozruchu dźwignic, z napędem hydrostatycznym, z pompą o stałej wydajności. Badania symulacyjne, potwierdzone eksperymentalnie, wykazują oscylacyjny charakter drgań ciśnienia po szybkim przesterowaniu rozdzielacza dla spowodowania rozruchu układu. Maksymalna amplituda drgań ciśnienia, może osiągać wartości znacznie przekraczające wartości ciśnienia statycznego, występującego w ruchu ustalonym przy stałej prędkości silnika hydraulicznego i maszyny. Wysokie wartości przeciążeń 236

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji dynamicznych mają oczywisty, negatywny wpływ na trwałość elementów maszyn, a także inne własności eksploatacyjne. W pracach [2, 3] przedstawiono niekorzystny wpływ pulsacji ciśnienia oraz jego maksymalnych wartości na hałas emitowany przez przekładnię hydrostatyczną. Zawór ciśnieniowy może być elementem zmniejszającym niekorzystne w skutkach zjawiska dynamiczne, zachodzące podczas stanów nieustalonych pracy układów hydrostatycznych o stałej wydajności, sterowanych za pomocą rozdzielaczy. W pracy [4] zaproponowano modyfikację dwustopniowego zaworu ciśnieniowego, powodującą ograniczenie niekorzystnych obciążeń dynamicznych za pomocą automatycznej regulacji przebiegu ciśnienia w okresie rozruchu układu. Przy wykonywaniu tych badań nie dysponowano jeszcze technikami komputerowymi i pomiarowymi jakimi dysponujemy obecnie. 2. Konstrukcja i działanie zaworu zmodyfikowanego Na rysunku 1 przedstawiono schemat konstrukcyjny i ideowy zaworu zmodyfikowanego. Oznaczenia odpowiadających sobie elementów są takie same. W dwustopniowym zaworze przelewowym, zwyczajnej konstrukcji, wartość ciśnienia otwarcia zaworu p z, jest wartością stałą, nastawianą mechanicznie poprzez śrubę regulacyjną. Przyjmuje się, że ciśnienie otwarcia zaworu odpowiada wartości ciśnienia w punkcie przecięcia zlinearyzowanej części charakterystyki statycznej zaworu z osią ciśnienia. Za pomocą śruby regulacyjnej nastawiane jest ugięcie wstępne sprężyny, o sztywności k g, zaworu grzybkowego I stopnia. W efekcie wywierana jest siła na grzybek zaworu. Modyfikacja konstrukcji zaworu, polega na zastąpieniu mechanicznej regulacji ciśnienia otwarcia zaworu p z regulacją automatyczną. W tym przypadku, w stanie nieustalonym pracy układu, wartość ciśnienia otwarcia zaworu p z nie jest wartością stałą, lecz zmienną w czasie. Ciśnienie to narasta od wartości początkowej p zi, wynikającej z ugięcia wstępnego sprężyny (5), nastawianego za pomocą śruby regulacyjnej (1). W pierwszej fazie pracy układu śruba (1), poprzez zespół popychacz - tłoczek (4), wywiera nacisk na sprężynę (5) zaworu sterującego. Komora (3) tłoczka (4b), automatycznie regulującego napięcie sprężyny (5), poprzez zawór dławiąco-zwrotny (2), połączona jest z linią wysokiego ciśnienia (1). Ciśnienie p z może wzrosnąć maksymalnie do wartości p zii, która odpowiada maksymalnemu ugięciu sprężyny(5) zaworu I stopnia. Regulowane jest to położeniem odsadzenia (11) względem korpusu (12) zaworu dwustopniowego. 237

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI Można wyodrębnić trzy obszary pracy zaworu, których zakres zależy od nastaw ciśnień p zi i p zii. Proporcjonalne do nich są wartości p sti oraz p stii. Fg psti,ii pzi,ii (1) Fts gdzie : F g - pole powierzchni czynnej grzybka (6) zaworu I stopnia [m 2 ] F ts - pole powierzchni czynnej tłoczka sterującego [m 2 ] a) b) Rys. 1. Schemat konstrukcyjny: a) oraz ideowy b) zaworu przelewowego o zmodyfikowanej konstrukcji 238

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji Pierwszy obszar pracy występuje dla wartości ciśnienia sterującego p st w komorze tłoczka (3), nie przekraczającej p sti. Na grzybek (6) zaworu sterującego działa siła, pochodząca od ugięcia wstępnego sprężyny (5). Z wartości tej siły i pola czynnego przekroju grzybka (6) wynika początkowe ciśnienie otwarcia zmodyfikowanego zaworu przelewowego p zi. Zatem : kg x pzi (2) F g Ciśnienie w układzie jest mniejsze, niż p zi, zatem zawór I stopnia pozostaje zamknięty. Ciśnienia w komorze A oraz B, poprzez kapilarę (9) w tłoczku (8), są wyrównane. Na skutek działania siły pochodzącej od ugięcia sprężyny (7), tłoczek (8) dociśnięty jest do swojego gniazda. Kanał wlotowy (1) zaworu nie jest połączony z kanałem odprowadzającym (14) olej do zbiornika. Czynnik roboczy poprzez zawór dławiąco-zwrotny (2) dostaje się do komory (3) tłoczka sterującego (4). Następuje wzrost ciśnienia sterującego p st w komorze (3). Gdy ciśnienie w układzie przekroczy wartość p zi, grzybek (6) zaworu sterującego uniesie się, otwierając przepływ z komory B do zbiornika, poprzez kanał Z (13). Ciśnienie w komorze B spadnie. Na skutek różnicy ciśnień między komorą A oraz B, tłoczek (8) zaworu głównego przemieści się do góry, łącząc kanał wlotowy (1) zaworu z kanałem odprowadzającym (14) ciecz roboczą do zbiornika. Autor prac [4, 5] na podstawie bilansu przepływu w komorze (3) wyprowadził zależność określającą przebieg ciśnienia sterującego p st : dpst c a p p dla p p (3) s d st st sti dt gdzie : c s - kapacytancja komory sterującej [m 5 /N] a d - współczynnik dławienia zaworu dławiąco-zwrotnego p - ciśnienie w linii wysokiego ciśnienia [Pa] 239 m 5 N s Przebieg natężenia przepływu przez zawór uzyskano z modelu dynamicznego, traktującego zawór ciśnieniowy, jako człon inercyjny I rzędu. dqz Tz Qz hz p pzi dla p pzi dt (4) Qz dla p pzi gdzie : T z - stała czasowa zaworu ciśnieniowego [s] Q z - natężenie przepływu przez zawór ciśnieniowy [m 3 /s]

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI h z - współczynnik wzmocnienia zaworu ciśnieniowego m 5 N s Drugi obszar pracy zaworu zmodyfikowanego znajduje się w zakresie ciśnienia sterującego p st od wartości p sti do wartości p stii. Wzrost wartości ciśnienia w komorze (3) tłoczka (4) powyżej wartości p sti powoduje jego przemieszczenie w dół, na skutek którego zwiększa się ugięcie sprężyny (5) zaworu I stopnia. Oznacza to, iż wartość ciśnienia otwarcia zaworu p z również wzrasta. W drugim obszarze pracy, ciśnienie p z jest wartością zmienną w czasie i jest proporcjonalne do ciśnienia p st. Zatem : Fg pst pz (5) Fts Przebieg ciśnienia sterującego w II obszarze pracy został wyznaczony z równowagi sił działających na tłoczek (4) oraz bilansu przepływu w komorze (3). 2 F c ts s dpst pst p (6) ad kg a d dt gdzie: k g - sztywność sprężyny zaworu I stopnia [N/m] Natomiast przepływ przez zawór określony jest poniższą zależnością : dqz Tz Qz hz p pz dla p pz dt (7) Qz dla p pz Trzeci obszar pracy nastąpi, gdy ciśnienie sterowania p st przekroczy wartość p stii, co odpowiada wartości ciśnienia otwarcia zaworu p z =p zii. Tłoczek (4) sterujący ugięciem sprężyny (5) I stopnia zaworu znajduje się w krańcowym położeniu, oparty o odsadzenie (11). Dalszy wzrost ciśnienia p st nie powoduje wzrostu wartości ciśnienia p z. Zawór zmodyfikowany pracuje jak zawór zwyczajny o wartości ciśnienia otwarcia zaworu równej p zii. Przepływ przez zawór w trzecim obszarze pracy opisany jest poniższą zależnością : dqz Tz Qz hz p pzii dla p pzii dt (8) Qz dla p pzii 3. Badania eksperymentalne W celu przeprowadzenia badań eksperymentalnych zaworu przelewowego o zmodyfikowanej konstrukcji przygotowane zostało 24

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji stanowisko badawcze, którego schemat przedstawiony jest na rysunku 2. Do regulacji prędkości obrotowej zastosowano napęd falownikowy (1, 2). Z wałem silnika sprzęgnięta jest pompa zębata (3), o stałym wydatku, firmy PARKER, seria PGP5. Poprzez regulację prędkości obrotowej wału silnika regulowane jest natężenie przepływu generowane przez pompę wyporową. Natężenie przepływu w linii wysokiego ciśnienia, na wyjściu z pompy, mierzone jest przepływomierzem turbinkowym (4) PMB 15, o zakresie pomiarowym do 25 l/min. Ciśnienie w linii wysokiego ciśnienia mierzone jest czujnikiem ciśnienia produkcji HMB. Układ hydrauliczny, w celu zabezpieczenia przed nadmiernym obciążeniem, wyposażony jest w zawór ciśnieniowy (7). Zawór dławiący (6) służy do wyznaczania charakterystyki statycznej pompy. Ciśnienie w komorze sterującej zmodyfikowanego zaworu (9), również mierzone jest czujnikiem ciśnienia (1) produkcji HMB. Natężenie przepływu przez badany zawór mierzone jest przepływomierzem turbinkowym PMB 15 (11). W układzie hydraulicznym, równolegle do badanego zaworu, podłączony jest zawór odcinający (8) sterowany elektromagnesem. Sygnały pomiarowe odczytywane są przez wzmacniacz pomiarowy Spider 8, natomiast przebieg badań jest rejestrowany przez program CATMAN v. 6.. Rys. 2. Schemat stanowiska badawczego Na stanowisku zbadano odpowiedź dynamiczną zmodyfikowanego zaworu na skokowe wymuszenie natężeniem przepływu. Skokową zmianę natężenia przepływu przez badany zawór uzyskano poprzez szybkie przesterowanie zaworu odcinającego (8), podając sygnał napięciowy na elektromagnes sterujący jego pracą. Sygnał ten również jest odczytywany i rejestrowany. W normalnym położeniu pracy zaworu odcinającego, zawór ten łączy wylot tłoczny pompy ze zbiornikiem (12). W układzie panuje niskie ciśnienie wynikające z oporu przepływów cieczy roboczej w obiegu zwartym, badany zawór pozostaje zamknięty. Po przesterowaniu zaworu 241

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI odcinającego (8) przepływ z wylotu tłocznego pompy do zbiornika przez zawór (8) zostaje zamknięty, a cały wydatek pompy zostaje skierowany do przewodu wlotowego badanego zaworu zmodyfikowanego. W podobny sposób przeprowadzono badania dynamiki tradycyjnego zaworu przelewowego II stopniowego ZP-16-1. Na stanowisku badawczym wyznaczono również charakterystykę statyczną zaworu zmodyfikowanego oraz tradycyjnego zaworu przelewowego II stopniowego ZP-16-1. W tym celu zawór odcinający (8) został zamknięty. Na falowniku zadawano prędkość obrotową zespołu silnik-pompa zębata, w celu zmiany natężenia przepływu generowanego przez pompę. Ciśnienie otwarcia zaworu (7) zostało ustawione na wartość wyższą niż badanych zaworów przelewowych w celu uniknięcia jego wpływu na wyniki pomiarów. W trakcie przeprowadzania badań eksperymentalnych zbadano odpowiedź dynamiczną zaworu o zmodyfikowanej konstrukcji na skokowe wymuszenie natężeniem przepływu. Na rysunku 3 przedstawiono przebieg ciśnienia p 1 w układzie, ciśnienia p 2 w komorze sterującej zaworu, natężenia przepływu Q 1 na wylocie z pompy, natężenia przepływu Q 2 na wylocie z zaworu ciśnieniowego oraz napięciowego sygnału sterującego pracą zaworu odcinającego. 2 18 p [bar] Q [l/min], U [V] 1 9 16 8 14 Q 2 Q 1 p 1 7 12 6 1 5 8 sygnał sterujący p 2 4 6 3 4 2 2 1,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 t[s] 4 Rys. 3. Odpowiedź dynamiczna zmodyfikowanego zaworu przelewowego Na wykresie można zaobserwować trzy obszary pracy zaworu zmodyfikowanego. Ciśnienie w układzie szybko wzrasta do początkowej 242

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji wartości ciśnienia otwarcia zaworu p zi ustawionej za pomocą śruby regulacyjnej. W trakcie przeprowadzania badania wartość p zi ustawiona została na ok. 15 bar. Jest to pierwszy obszar pracy zaworu. Z pewnym opóźnieniem, ciśnienie p 2 w komorze sterującej zaczyna wzrastać, jednakże tłoczek sterujący napięciem sprężyny zaworu I stopnia pozostaje w spoczynku. Przez pewien czas, w układzie panuje ciśnienie odpowiadające początkowej wartości ciśnienia otwarcia zaworu. Gdy ciśnienie p 2 przekroczyło odpowiednią wartość (ok. 1-11 bar), wystarczającą do pokonania siły pochodzącej od napięcia wstępnego sprężyny zaworu I stopnia, nastąpił ruch tłoczka sterującego, a zawór zmodyfikowany znalazł się w drugim obszarze pracy. Na wykresie można to zaobserwować poprzez wzrost ciśnienia p 1 w układzie od wartości p zi do maksymalnej wartości ciśnienia otwarcia zaworu p zii. W trakcie badań, wartość p zii została ustawiona na ok. 18 bar. W drugim obszarze pracy zaworu, poprzez dodatnie sprzężenie zwrotne komory sterującej z linią wysokiego ciśnienia, następuje gwałtowniejsze narastanie wartości ciśnienia p 2. Gdy wartość ciśnienia p 1 osiągnie maksymalną wartość ciśnienia otwarcia zaworu p zii, zawór znajduje się w trzecim obszarze pracy. Tłoczek sterujący opiera się o odsadzenie, przez co jego dalszy ruch jest niemożliwy i pozostaje w spoczynku. Ciśnienie p 1 w układzie utrzymywane jest na stałym poziomie, natomiast ciśnienie p 2 asymptotycznie wzrasta do wartości wynikającej ze współczynnika dławienia ustawionego na zaworze dławiąco-zwrotnym i przecieków wewnętrznych w badanym zaworze. 2 p [bar] p 1ad6 U [V] 6 18 16 p 1ad7 5 14 12 p 1ad9 p1ad8 4 1 3 8 6 4 sygnał sterujący a d8 >a d9 >a d7 >a d6 2 1 2,5 1 1,5 2 2,5 t [s] 3 Rys. 4. Wpływ współczynnika dławienia na przebieg wartości ciśnienia w układzie 243

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI Na rysunku 4 przedstawiono wpływ współczynnika dławienia a d na przebieg ciśnienia p 1 w układzie w stanie nieustalonym. Dla najmniejszych wartości współczynnika dławienia a d6 oraz a d7 nie można wyróżnić obszarów pracy zaworu zmodyfikowanego. Ciśnienie p 1 w układzie gwałtownie wzrasta do wartości p zii ustawionej w trakcie przeprowadzania badań na ok. 18 bar. Działanie zaworu zmodyfikowanego zbliżone jest do tradycyjnego zaworu przelewowego II stopniowego. Dla większych wartości współczynnika dławienia a d8 i a d9, przy czym a d8 >a d9, można zaobserwować trzy obszary pracy zaworu zmodyfikowanego. Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, iż czas trwania pierwszego obszaru pracy zależy od współczynnika dławienia a d. Czym większe dławienie ustawione na zaworze dławiąco-zwrotnym, tym czas trwania I obszaru pracy jest dłuższy. Parametr ten ma również wpływ na przebieg ciśnienia p 1 w drugim obszarze pracy badanego zaworu. Dla większej wartości współczynnika a d, wartość ciśnienia p 1 łagodniej narasta, przez co czas trwania drugiego obszaru pracy również jest dłuższy dla nastaw z większym dławieniem. 2 p [bar] a d8 >a d9 >a d7 >a d6 U [V] 1 18 9 16 8 14 p 2ad6 p 2ad7 7 12 6 1 5 8 4 6 4 sygnał sterujący p 2ad9 3 2 2 p 2ad8 1,5 1 1,5 2 2,5 t [s] 3 Rys. 5. Wpływ współczynnika dławienia na przebieg wartości ciśnienia sterującego Zbadano również wpływ dławienia między linią wysokiego ciśnienia a komorą sterującą na przebieg ciśnienia p 2. Rezultaty przedstawiono na rys.6. Można zaobserwować, że czym większa wartość współczynnika a d, tym łagodniejsze narastanie wartości ciśnienia p 2. 244

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji 2 p [bar] U [V] 1 18 9 16 8 14 12 p 1_2 obr/min p 1_1 obr/min p 1_6 obr/min 7 6 1 5 8 sygnał sterujący 4 6 3 4 2 2 1,5 1 1,5 2 2,5 t [s] 3 Rys. 6. Wpływ natężenia przepływu na przebieg ciśnienia p 1 Na rysunkach 6 i 7 przedstawiono odpowiedź dynamiczną zaworu zmodyfikowanego na skokowe wymuszenie natężeniem przepływu dla różnych wartości natężenia przepływu, przy jednakowych nastawach współczynnika dławienia zaworu dławiącego oraz ciśnień otwarcia zaworu p zi oraz p zii. Na wykresie znajdującym się na rysunku 6 porównano przebieg w czasie ciśnienia p 1 w układzie. Można zaobserwować, że dla najmniejszej prędkości obrotowej pompy zębatej, a zatem dla najmniejszego natężenia przepływu, ciśnienie p 1 zaczyna wzrastać z największym opóźnieniem. Natomiast dla największego natężenia przepływu, ciśnienie p 1 zaczyna wzrastać z najmniejszym opóźnieniem. Z uzyskanych odpowiedzi dynamicznych można również wywnioskować, iż czym mniejsza wartość natężenia przepływu przez badany zawór, tym dłużej znajduje się on w pierwszym obszarze pracy. Zatem przedział czasu, w którym w układzie panuje ciśnienie p zi jest dłuższy. Wartość natężenia przepływu przez zawór o zmodyfikowanej konstrukcji ma nieznaczny wpływ na drugi obszar pracy zaworu, gdy ciśnienie otwarcia p z jest zmienne w czasie. Różnice wartości ciśnień p zi oraz p zii dla różnych wartości natężenia przepływu wynikają z charakterystyki statycznej zaworu przelewowego. 245

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI 16 p [bar] U [V] 1 14 9 12 1 p 2_2 obr/min p 2_1 obr/min 8 7 6 8 5 6 4 sygnał sterujący 3 4 p 2_6 obr/min 2 2 1,5 1 1,5 2 2,5 t [s] 3 Rys. 7. Wpływ natężenia przepływu na przebieg ciśnienia p 2 w komorze sterującej Na rysunku 7 przedstawiono wpływ natężenia przepływu przez zawór na przebieg ciśnienia p 2 w komorze sterującej. Można zaobserwować, iż czym mniejsza wartość natężenia przepływu, tym większe opóźnienie w czasie narastania wartości ciśnienia p 2 w odpowiedzi na skokową funkcję wymuszającą. 246

Badania eksperymentalne zaworu ciśnieniowego o zmodyfikowanej konstrukcji 2 p 1 [bar] 195 19 185 zawór zmodyfikowany hz' = 1,64 1^(-1) [m^5/n s] 18 175 zawór ZP 16-1 hz= 1,57 1^(-1) [m^5/n s] 17 165 Q 2 [l/min] 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Rys. 8. Charakterystyki statyczne zaworu zmodyfikowanego i zaworu przelewowego ZP 16-1 Na rysunku 8 porównano charakterystyki statyczne zaworu o konstrukcji zmodyfikowanej oraz zaworu przelewowego ZP 16-1. Z wykresu można wywnioskować, iż modyfikacja zaworu nie ma wpływu na jego charakterystykę statyczną. Wartości współczynnika wzmocnienia są zbliżone do siebie. Dla zaworu o zmodyfikowanej konstrukcji wartość współczynnika wzmocnienia h z wynosi 1,64 1-1 zaworu bez modyfikacji h z =1,57 1-1 m 5. N s 4. Podsumowanie i wnioski m 5 N s, natomiast dla Na podstawie przeprowadzonych badań eksperymentalnych i uzyskanych wyników, można wyciągnąć następujące wnioski : w działaniu zaworu o zmodyfikowanej konstrukcji można wyróżnić trzy obszary pracy współczynnik dławienia w sprzężeniu zwrotnym między linią wysokiego ciśnienia a komorą sterującą ma wpływ na przebieg ciśnienia p 1 w pierwszym i drugim obszarze pracy oraz przebieg ciśnienia p 2 w komorze sterującej 247

Maciej OLEJNIK, Andrzej KOSUCKI przebieg ciśnienia p 2 w komorze sterującej ma charakter członu inercyjnego II rzędu natężenie przepływu przez zawór ma wpływ na opóźnienia w czasie odpowiedzi przebiegu ciśnienia p 1 oraz p 2 na skokową funkcję wymuszającą modyfikacja konstrukcji zaworu ma wpływ na jego pracę w stanie nieustalonym, nie ma natomiast wpływu na jego charakterystykę statyczną Wydaje się pożądane wykonanie badań teoretycznych dla opracowania bardziej szczegółowego modelu dynamicznego zaworu zmodyfikowanego oraz badań symulacyjnych, które mogą być wykorzystane dla opracowania nowszej wersji rozwiązania konstrukcyjnego zaworu. Abstract: This paper is focused on operation of the modified two-stage pressure relief valve. The set pressure of the valve is a time variable during a transient response of the system. Dynamic response of the modified valve was examined. Also, the influence of the throttle coefficient and the flow rate through the valve were investigated. The static characteristics of the modified valve and the traditional two-stage pressure relief valve were compared. Literatura [1] STRYCZEK S.: Zjawiska rozruchu dźwignic z napędem hydrostatycznym tłokowym. Archiwum Budowy Maszyn 1967, t.xv, z.2, str. 21-224. [2] KUDŹMA Z.: Obniżenie hałasu przekładni hydrostatycznej podczas rozruchu. Hydraulika i Pneumatyka 6/21 [3] KUDŹMA Z., ŁOMOTOWSKI G.: Sterowanie rozruchem przekładni hydrostatycznej pod kątem minimalizacji hałasu. Hydraulika i Pneumatyka 3/29, str. 5-1 [4] TOMCZYK J.: Wpływ przebiegu zmienności ciśnienia na dynamikę rozruchu układu z napędem hydrostatycznym o stałym wydatku. Praca Doktorska. Politechnika Łódzka 1978. [5] TOMCZYK J.: Modele dynamiczne elementów i układów napędów hydrostatycznych. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Fundacja Książka Naukowo-Techniczna. Warszawa 1999. 248