Pumppuohjattu monikammiosylinteri

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia rinnankytkettyjen pumppujen käyttöä monikammiosylinterin nopeussäädössä ja suunnitella järjestelmän ohjaamiseen soveltuva säädin. Perusperiaatteena säädössä oli rinnankytkettyjen pumppujen portaittainen tilavuusvirran säätö yhdistettynä monikammiosylinterin portaittaiseen syrjäytystilavuuden säätöön, jolloin tuloksena saadaan tarpeeksi suuri nopeusresoluutio, jotta tarkka säätö on mahdollista. Lisäksi järjestelmään yhdistettiin kuristussäätö paluulinjaan, jotta karkaavan kuorman hallinta olisi mahdollista. Pumppuyksikkö koostui kolmesta rinnankytketystä pumpusta, kooltaan 2, 4 ja 8 L/min. Tilavuusvirran säätö toteutettiin kytkemällä haluttu kombinaatio pumpuista painelinjaan loppujen ollessa kytkettynä vapaakierrolle. Tällä tavoin pumppuyksikön tilavuusvirran tuottoa pystyttiin muuttamaan 3 L/min askelin välillä 0-21 L/min, kun pumppuyksikköä pyörittävän sähkömoottorin kierrosnopeus oli 1500 rpm. Monikammiosylinterin syrjäytystilavuutta muutettiin kytkemällä haluttu kombinaatio sylinterikammioita painelinjaan, muiden kammioiden ollessa kytkettynä paluulinjaan. Tutkimus aloitettiin rakentamalla järjestelmästä simulointimalli, jonka avulla säädin suunniteltiin, sekä tarkasteltiin alustavasti järjestelmän toimintaa ja ominaisuuksia. Osa simulointimallin parametreista määritettiin mittauksilla ja osa saatiin aiempien tutkimusten tuloksista. Seuraavaksi rakennettiin mittausjärjestelmä liikkuvan työkoneen puomin dynamiikkaa jäljittelevän kiikkulaudan ympärille. Mittausjärjestelmän avulla verifioitiin simulointimalli ja hienosäädettiin parametrit vastaamaan mahdollisimman tarkasti rakennetun järjestelmän ominaisuuksia. Mittauksissa varmistettiin jo simuloinneissa esiin tullut ilmiö, joka aiheutti kuorman kiihtyvyyden putoamisen, kun sylinterin tehollista pinta-alaa kytkettiin pienemmäksi. Lisäksi kuormavoimaa vastaan suuntautuvien liikkeiden alkamisessa oli merkittävää viivettä, koska syöttöpainelinjan painetason nousua kuormavoimaa vastaavalle tasolle jouduttiin odottamaan ennen kuin sylinterikammioita voitiin kytkeä käyttöön. Näistä kahdesta ominaisuudesta johtuen, järjestelmän nopeusseuranta oli välttävällä tasolla liikkeen kohdistuessa kuormavoimaa vastaan. Energiankulutus pysyi paineakuttomalle järjestelmälle matalana, mutta parantamisen varaa jäi paluulinjan kuristushäviöiden sekä energian talteenoton puuttumisen vuoksi.