Hidrolik Silindir Seçimi ve Hidrolik Valf Seçimi
Hidrolik Silindir Seçimi ve Hidrolik Valf Seçimi
Yeni bir hidrolik servo sistemi tasarlarken silindir boyutlandırma en önemli adımdır. Silindirin stroku genellikle uygulama tarafından belirlenir ve birçok farklı silindir deliği ve besleme basıncı kombinasyonu işe yarayabilir. Sadece bazı kombinasyonlar diğerlerinden daha iyi çalışıyor.
Silindir çapını seçmek için beş tasarım kriteri vardır:
Presler ve benzeri makineler için geçerli olan durma kuvveti gereksinimleri karşılanmalı veya aşılmalıdır.
Çubuk çapı, çubuk uzunluğuna ve yüke bağlı olarak burkulmayı önlemek için yeterince büyük olmalıdır.
Doğal frekans, gerekli müteakip hataya, sönümleme faktörüne ve kullanılan kontrol algoritmasına bağlı olarak hızlanma frekansından 2 ila 100 kat daha yüksek olmalıdır.
Yükü hem uzatma hem de geri çekme yönlerinde hızlandırmak için yeterli kuvvet mevcut olmalıdır.
Yavaşlarken kavitasyon (sıvıda hava kabarcıkları oluşumu) önlenmelidir. Genellikle, bu yalnızca ağır bir yükü uzatırken ve ardından aşırı çalışan yük olarak bilinen hızla yavaşlamaya çalışırken olur.
İlk iki kriter oldukça basit. Kriter Bir'in hesaplanması kolaydır ve Kriter İki, çubuk çapının yeterince büyük olup olmadığını kontrol etmek için silindir üreticisinin teknik özelliklerine bakılmasını gerektirir. Ancak Kriter Üç, elektronik kontrol tarafından kullanılan kontrol algoritmasına bağlıdır. Hidrolik hareket kontrol cihazının kendi masrafını karşılayabileceği yer burasıdır. Basit PLC tipi kontrol yalnızca orantılı bir kazanç kullanabilir. Uygun bir yanıt elde etmek için fiziksel sistemin doğal frekansının çok yüksek olması gerekecektir. Ne yazık ki, doğal frekansı iki kat artırmak, silindir deliğini yaklaşık aynı miktarda artırmayı gerektirir, ancak akış gereksinimini dört kat artırır. Bu pahalı olabilir. PID'li ve hız artı ileri hızlanma beslemeli (FF'ler) hidrolik hareket kontrolörleri, hızlanma frekansının yaklaşık dört katı doğal frekans gerektirir. En iyi hidrolik servo kontrolörler, doğal frekansın hızlanma frekansının yaklaşık iki katına düşürülmesine izin verebilir. Aynı uygulama için daha küçük çaplı silindirleri kullanabilmek, yukarıdaki diğer kriterler karşılandığı sürece çok para tasarrufu sağlar.
Bu grafik, hareket profilinde anahtar hızların ve kuvvetlerin nerede oluştuğunu gösterir. Bu dört değer, iki VCCM denkleminin silindirin güçlendirilmiş ucu olan Ape'nin alanını hesaplaması için gereklidir.
Dördüncü Kriter hesaplamak zordur. Tipik olarak, yükü hızlandırırken maksimum kuvvet gerekir. Hareket kontrol cihazının rampa sırasında S-eğrilerini kullandığını varsayarsak, en yüksek hızlanma maksimum sabit durum hızının yarısında gerçekleşir. Bu, besleme basıncını piston alanıyla çarpıp ardından kütleye bölmenin geçerli bir cevap vermeyeceği anlamına gelir. Bunun nedeni, yağ valfın içinden pistonun itme tarafına akarken basınç kayıplarının meydana gelmesidir. Ayrıca, karşı basınç, yağı silindirin dışına itmek için pistonun egzoz tarafına etki eder. Bu, pistonun itme tarafındaki ve yorucu tarafındaki basıncın biraz matematik yapılmadan bilinmediği anlamına gelir. Diferansiyel kuvvet hesaplanabilir ve gerekli sabit durum hızının yarısında potansiyel ivmeyi hesaplamak için kullanılabilir.
Kriter Beş, yavaşlarken kavitasyonu önlemek için karşılanmalıdır. Çubuğun aşağı baktığı veya hızlı bir şekilde yavaşlatılması gereken yerlerde yükleri yavaşlatmaya çalışırken aşırı çalışan yükten kaynaklanan kavitasyon yaygındır. Kavitasyon genellikle sadece silindirin kapak ucunda bir sorundur. Bunu hesaplamak, silindirin kapak ucundaki basıncın sıfıra gitmesine neden olmadan maksimum sabit durum hızından yavaşlamak için gereken frenleme kuvvetinin bilinmesini gerektirir.
Doğal Frekansın Hesaplanması
Doğal frekansı hesaplamak için birkaç farklı formül kullanılır. Tercih ettiğim şu:
Zor kısım birimleri doğru tutmaktır. Doğal frekansın saniyede radyan birimleri vardır. Saniyedeki radyandan Hertz'e dönüştürmek için 2π'ye bölün.
Hz cinsinden doğal frekans, ivme frekansı ile karşılaştırılmalıdır. Silindir çapı, doğal frekans hızlanma frekansının dört katı olana kadar artırılmalıdır. Bu, ileri besleme ile bir PID algoritmasının kullanılacağı varsayımına dayanmaktadır. Doğal frekans gereksinimi karşılanana kadar en küçükten en büyüğe bir silindir boyutları tablosu aracılığıyla indeksleyen bir bilgisayar programı kullanıyorum.