Paineakulla varustetun vaimennussylinterin suunnittelu ja simulointi

Abstract

Työn tavoitteena oli luoda simulointimalli erilaisten vaimennusjärjestelmien simulointia varten. Mallia tullaan käyttämään uusien vaimennusjärjestelmien alustavassa suunnittelussa sekä vanhojen järjestelmien kehittämisessä. Tästä syystä mallista tehtiin mahdollisimman yleispätevä ja nopeasti muokattava. Mallilla voidaan näin testata esimerkiksi erilaisten komponenttien ja niiden säätöarvojen vaikutusta koko järjestelmän toimintaan. Työn alussa perehdytään yleisesti vaimennusjärjestelmien toimintaan, sekä niiden toteutustapoihin ja sovelluskohteisiin. Vaimennusjärjestelmä koostuu hydraulisylinteristä, paineakusta ja venttiileistä. Venttiilien avulla sylinterillä on mahdollista suorittaa myös muita toimintoja. Teoriaosuudessa tarkastellaan lähemmin myös paineakkua, jolla on suuri vaikutus koko järjestelmän dynaamisiin ominaisuuksiin. Seuraavaksi käydään läpi työn osana suunnitellun vaimennussylinterin suunnitteluprosessi. Protomalli perustui vanhaan vaimennussylinteriin, jonka vaimennuskapasiteettia ja dynaamisia ominaisuuksia haluttiin kehittää. Tekstissä kerrotaan uuden konstruktion suunnittelusta sekä komponenttien valinnasta ja mitoituksesta. Simulointimalli on toteutettu Matlab/Simulink–ohjelmistolla. Koko järjestelmän malli koostuu sylinterin, paineakun sekä venttiileiden alimalleista, jotka ovat parametrisoitu komponenttien datalehtien ja kirjallisuudesta löytyvien tietojen pohjalta. Simulointimalliin syötetään sisään vaimennettavan voima, ja simuloinnin tuloksena saadaan esimerkiksi järjestelmän paineet sekä sylinterin asema kuormituksen aikana. Simulointimallista muokattiin sekä vanhaa vaimennussylinteriä että uutta työssä suunniteltua protomallia vastaavat järjestelmämallit. Vanhan vaimennussylinterin mallista saatuja tuloksia voitiin verrata todellisesta järjestelmästä saatuun mittausdataan. Uudella vaimennussylinterillä suoritettiin myös mittauksia, joita voitiin käyttää simulointimallin verifiointiin ja hyödyllisen mittausdatan keräämiseen. Työn lopussa päästiin vertailemaan uuden ja vanhan järjestelmän toimintaa simulointitulosten avulla. Lisäksi voitiin kokeilla erilaisten komponenttien vaikutusta järjestelmän toimintaan protomallin jatkokehitystä ajatellen.