Experimentální ověření modelu dvojčinného pneumomotoru

Transkript

1 Exerientální ověření odelu dvojčinného neuootoru vořák, Lukáš Ing., Katedra hydroechaniky a hydraulických zařízení, Fakulta strojní, Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, 7. listoadu 5, Ostrava Poruba , Abstrakt: lukas.dvorak@vsb.cz This aer deal exeriental verification of neuatic cylinder odel. Pneuatic cylinder can be described as a cobination of resistances to otion R, resistance to acceleration and deforation resistance. There are resented results of odelling and easureent of double-acting cylinder of iston diaeter 3 and stroke 50. Klíčová slova: neuootor, siulace, exerient Úvod: V ráci své disertační ráce se zabývá výzkue neuatických echanisů. Podstatnou částí ráce je ověření ožností oužití odelů neuatických rvků sestavených z R odorů ři navrhování neuatických echanisů. Tento zůsob odelování vychází z elektro-neuatické analogie, odobně jako ři odelování hydraulických echanisů, kde je tento zůsob ve větší íře s úsěche využívá [NOSKIEVIČ 995]. Modely jednotlivých rvků a celých systéů se oto skládají ze sítí odorů roti ohybu R, odorů roti zrychlení a odorů roti deforaci. Na rozdíl od hydraulických je ovše u neuatických echanisů tento zůsob odelování daleko kolikovanější a to ředevší z důvodu stlačitelnosti racovního édia, tedy vzduchu. Modelování a siulaci znesnadňují rovněž další vlastnosti stlačeného vzduchu, zejéna hustota a kineatická viskozita, které jsou silně závislé ředevší na racovní tlaku. Mateatický odel říočarého neuootoru: Ze všech tyů neuootorů byl ro výzku zvolen dvojčinný říočarý neuootor s jednostrannou ístnicí a kruhový íste, což že nejoužívanější ty. Mateatický odel neuootoru lze sestavit na základě znalosti velikosti jednotlivých R odorů, které ůsobí roti řenosu a řeěně tlakové energie na echanickou.

2 Odor roti ohybu R je zůsoben tření těsnění ístu a ístnice. Jeho hodnotu lze určit z ožadované střední rychlosti a z katalogových hodnot růěru a účinnosti neuootoru. Vzhlede k tou, že říočaré neuootory neají objeové ztráty, nebo jsou tyto ztráty zanedbatelné, lze celkovou účinnost ovažovat za echanickou a dosadit ji do vztahu ro výočet odoru tření R T [ N ] ( η) =,73 s v () Pokud není v katalogu diagra účinnosti, lze uvažovat ztráty tření do 0% teoretické síly, jak uvádí ve svých katalozích fa. Festo. Odor roti zrychlení lze snadno vyočítat z velikosti hotnosti osouvajících se hot. Se je třeba zahrnout jak hotnost ohybujících se částí neuootoru (bývá uváděna v katalogu), tak hotnost zařízení řiojených k ístnici. Rovnice ro výočet je [ N ] =,6 s red 4 () Odor roti deforaci je dán stlačitelností vzduchu. Jeho hodnotu lze vyočítat ro izoterickou a adiabatickou, říadně olytroickou zěnu. Pro výočet odoru ři izoterické zěně lze nasat rovnici = V [ N ] it (3) kde je absolutní tlak o nalnění racovního rostoru o objeu V. Pro adiabatickou (κ =,4), říadně olytroickou zěnu (n = až,4) lze oužít rovnici = V κ [ N ] ad (4) kde je absolutní tlak na začátku lnění a absolutní tlak na konci lnění. Z rovedených ěření ovše vylývá, že skutečný olytroický exonent n se blíží hodnotě, roto lze ovažovat děj za izoterický. Z výše uvedených odorů lze sestavit náhradní odorové schéa, jako základ ro sestavení ateatického odelu. Na obr. je odorové schéa lněného rostoru neuootoru (v ráečku) a ředřazeného celkového odoru růtočných rvků, tedy vedení a rozváděče.

3 obr. Plněný racovní rostor neuootoru Odvětrávaný rostor a rvky v odadní větvi lze nahradit odory dle obr.. obr. Odvětrávaný racovní rostor Práci neuootoru lze rozdělit do tří fází a osat následně. Před zahájení vysouvání se lní škodlivý rostor řed íste. o nalnění jeho kaacity, což je řevrácená hodnota odoru roti deforaci vzduchu v rostoru š, setrvává íst v základní oloze. Velikost odoru š je závislá jak na objeu rostoru, tak na tlaku ro rozjezd (na obr. Δ r ). Ten je určen velikostí asivních odorů, tedy odoru tření těsnění ístu a ístnice R T, vnější silový zatížení F a rotitlake na druhé straně ístu. Pro zjednodušení výočtu bylo ři určování hodnoty odoru š očítáno ouze s asivníi odory a silový zatížení. Pro výočet velikosti tlaku ři základní oloze ístu lze oto oužít rovnici F + o S Δš = Δr = Δ Š RT + (5) S Po rozjezdu ístu se vstuní růtok větví na dvě části. VYS (6) zůsobuje osuv ístu a lze z něj vyočítat růběh zdvihu h (8) a zdvihové rychlosti v (7) v závislosti na čase. Průtok (9) zůsobuje zvyšování tlaku Δ (0) v racovní rostoru neuootoru. Proti ohybu ůsobí odor R T zůsobený tření, odor roti zrychlení hotných částí a vnější zatížení F a rotitlak na druhé straně ístu o (v odvětrávané rostoru). VYS RT [ ] [ VYS ] VYS F = + o S (6) v = VYS S (7)

4 h = v (8) = (9) VYS Δ = Δr + (0) Po dojezdu ístu do koncové olohy končí druhá fáze a začíná třetí. Zde již nedochází k větvení vstuního růtoku, ale tento se celý sotřebuje na zvyšování tlaku v racovní rostoru (0). Pro tlak v odvětrávané racovní rostoru o lze nasat rovnici Δ = + S v () o oč o o kde oč je očáteční tlak v odvětrávané rostoru a výstuní růtok je očítán z celkového odoru výstuní větve (růtočných rvků) a aktuálního tlaku v odvětrávané rostoru Δo = () R Porovnání výsledků siulace a exerientu: Sestavení růkazných odelů jednotlivých rvků z R odorů by nebylo ožné bez exerientálního ověření, rotože exerient á v oblasti výzkuu neuatických echanisů nezastuitelnou roli. Na základě naěřených hodnot byly verifikovány a ostuně dolňovány či uravovány odely všech rvků, ať již se jedná o vedení, rozváděče a saozřejě neuootory. Modely jednotlivých rvků byly ro účely siulace sestaveny v rostředí Matlab- Siulink a byly odrobně osány v [VOŘÁK 006]. Model saotného dvojčinného neuootoru byl ověřován na rvcích enších rozěrů, tedy růěru ístu do 5 a zdvihu do 00. U těchto neuootorů byla rokázána veli dobrá shoda vyočtených a exerientálně zjištěných růběhů všech sledovaných dynaických veličin, což je oloha ístu, rychlost vysouvání a tlak v obou racovních rostorech neuootoru. alší výzku byl zaěřen na orovnání siulace s výsledky exerientu na větších neuootorech. Na obr. 3 až obr. 5 jsou uvedeny růběhy zdvihu, rychlosti a tlaků v racovních rostorech neuootoru s růěre ístu 3 a zdvihe 50 (lnou čarou jsou znázorněny vyočtené růběhy, čárkovaně naěřené). Z obr. 3 je zřejá dobrá shoda růběhu zdvihu v závislosti na čase a tí i růběhu rychlosti vysouvání ístu, obr. 4. Na obr. 5 jsou však atrné výraznější rozdíly růběhu tlaků v obou racovních rostorech. Největší rozdíl je v době nalnění racovního rostoru na axiální tlak, který činí asi 0,3 s. Lze ovše říci, že charakter jednotlivých růběhů je stejný.

5 obr.3 Průběh zdvihu ístu obr.4 Průběh rychlosti osuvu ístu obr.5 Průběh tlaků v racovních rostorech Závěr: Výzku neuatických echanisů nadále okračuje a na základě zjištěných skutečností bylo rozhodnuto o dalších krocích, které by ěly vést k zlešení výsledků siulace. Jedná se zde ředevší o zautoatizování výočtu odoru roti deforaci v růběhu ohybu ístu. Tento je v současné době zadáván jako konstanta, což je ro neuootory enších rozěrů vyhovující. Literatura VOŘÁK, L Modelování dynaiky neuatického echanisu s dvojčinný neuootore. In The 9 th International Conference on ydraulics and Pneuatics, Prague, Czech Reublic, May 30-3, vyd. Ostrava: Česká strojnická solečnost a VŠB-Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra autoatizační techniky a řízení, 006. str ISBN NOSKIEVIČ, J ynaika tekutinových echanisů.. vydání. Ostrava:VŠB-TU Ostrava, s. ISBN