Badania doświadczalne określające wpływ zewnętrznych drgań mechanicznych

NA MIKROZASILACZ HYDRAULICZNY

Środowisko pracy mikroukładów hydraulicznych często jest źródłem drgań

me-chanicznych o szerokim spektrum częstotliwości. Drgania te oddziałują na cały mi-kroukład hydrauliczny, a zatem na każdy mikroelement tego układu i mogą zakłócać

Rys. 9.22. Symulator liniowego napę jako źródło drgań mechanicznych

1 2 dławi 5 o pojemno a) widok

. 9.22. Symulator liniowego napędu hydrostatycznego mechanicznych

Rys. 9.23. Mikrozasilacz hydrauliczny: – mikropompa zębata, qp = 0,25 cm³/obr, 2 – blok zaworów: przelewowy, nastawny dławiący, 3 – sprzęgło, 4 – zawór odcinający,

– nastawny zawór dławiący, 6 – zbiornik o pojemności 0,95 dm³, 7 – silnik elektryczny,

8 – manometr, 9 – korek wlewu oleju; a) widok z przodu, b) widok perspektywiczny,

Rys. 9.24. Schemat układu z mikrozasilaczem hydraulicznym:

1 –mikropompa zębata, qp = 0,25 cm³/obr., 2 – silnik elektryczny, 3 – zawór odcinający, 4 – manometr, 5 – miniaturowy, piezoelektryczny czujnik ciśnienia,

6 – blok zaworowy, 7 – mikrozawór maksymalny, 8 – nastawny mikrozawór dławiący, 9 – nastawny mikrozawór dławiący, 10 – filtr, 11 – zbiornik

jego pracę. Ze względu na szczególnie niekorzystny wpływ drgań w zakresie niskich częstotliwości na organizm człowieka, w badaniach skupiono się na częstotliwościach drgań poniżej 100 Hz. Poddany takim drganiom mikroukład hydrauliczny może na-stępnie oddziaływać niekorzystnie na operatora, powodując dolegliwości charaktery-styczne dla choroby wibracyjnej.

Źródłem drgań mechanicznych był symulator liniowego napędu hydrostatycznego

Hydropax ZY-25 (rys. 9.22).

Symulator, wyposażony m.in. we wzmacniacz elektrohydrauliczny, jest w stanie generować drgania mechaniczne o częstotliwości do 100 Hz. Szczegółowy opis zasa-dy działania symulatora zamieszczono w pracy [9.5]. Obiektem badań był mikrozasi-lacz hydrauliczny własnej konstrukcji (rys. 9.23a,b,c). Schemat układu hydraulicznego mikrozasilacza przedstawiono na rysunku 9.24.

Badania polegały na umieszczeniu mikrozasilacza hydraulicznego (rys. 9.25 i 9.26) w specjalnie zaprojektowanym i wykonanym uchwycie symulatora. Za pomocą na-stawnego mikrozaworu dławiącego ustalano wartość ciśnienia średniego panującego w króćcu tłocznym mikropompy. Wartość tę odczytano na manometrze. Mikrozasilacz poddawany był następnie drganiom mechanicznym pochodzącym od symulatora, a przebieg pulsacji ciśnienia rejestrowano w układzie mikrohydraulicznym. Do pomia-ru pulsacji ciśnienia wykorzystano miniaturowy czujnik ciśnienia typu ICP (rys. 9.7). Pomiar drgań realizowano za pomocą miniaturowego akcelerometru, który przytwier-dzony był do stołu symulatora (rys. 9.8). Kompletne stanowisko badawcze wraz z torami pomiarowymi i obiektem badań pokazano na rysunku 9.27.

Rys. 9.25. Mikrozasilacz hydrauliczny na stole symulatora liniowego napędu hydrostatycznego:

1 – miniaturowy czujnik ciśnienia, 2 – miniaturowy akcelerometr, 3 – manometr

Rys. 9.26. Elementy mikrozasilacza: 1 – mikropompa zębata, 2 – blok mikrozaworów

(nastawnego dławiącego i maksymalnego), 3 – nastawny mikrozawór dławiący

Rys 9.27. Stanowisko badawcze: 1 – obiekt badań (mikrozasilacz hydrauliczny), 2 – generator drgań mechanicznych (symulator

Hydropax ZY-25), 3 – kondycjoner sygnału pomiarowego z czujników ciśnienia i drgań, 4 – oscyloskop cyfrowy TDS 224,

5 – komputer przenośny

Wyniki badań zobrazowanno w postaci widm amplitudowo-częstotliwościowych. Badania przeprowadzono dla częstotliwości drgań mechanicznych pochodzących od stołu symulatora i zawierających się w przedziale 30–70 Hz, z krokiem co 20 Hz. W tabeli 9.1 przedstawiono parametry drgań o postaci:

0 sin(2π )

w w= ⋅ ft

Tabela 9.1. Parametry drgań mechanicznych działających na obiekt badań w płaszczyźnie poziomej, tj. kierunku

zgodnym z ruchem stołu symulatora Amlituda przyspieszenia drgań w0 , m/s² Częstotliwość drgań f , Hz 47,1 30 50,5 50 10,7 70

Przeprowadzono serię badań dla ciśnienia średniego o wartości 5 MPa, ustalonego za pomocą nastawnego zaworu dławiącego (rys. 9.24). Wartość objętościowego

natę-żenie przepływu generowanego przez mikropompę zębatą wynosiła Qp = 0,34 dm³/min.

Podczas badań zawór maksymalny mikrozasilacza był zamknięty, gdyż ciśnienie jego otwarcia ustalono na 11,5 MPa.

Widmo amplitudowo-częstotliwościowe identyfikujące pulsację ciśnienia w ukła-dzie mikrozasilacza, który nie był poddawany zewnętrznym drganiom mechanicznym przedstawiono na rysunku 9.28. Przed każdym pomiarem za pomocą zaworu odcina-jącego (rys. 9.24) odcinano manometr od układu badanego mikrozasilacza w celu wyeliminowania wpływu zmiany kapacytancji na wartości ciśnień dynamicznych.

Na rysunku 9.28 widoczna jest składowa dominująca widma dla częstotliwości około 322 Hz, co wynika z pulsacji wydajności mikropompy mającej 14 zębów oraz wyposażonej w wałek obracający się z prędkością 1380 obr/min. Wielkości te, zgod-nie z zależnością (9.8), określają wartość podstawowej składowej harmonicznej wid-ma równej w tym wypadku 322 Hz. Kolejna widoczna składowa odpowiada drugiej składowej pochodzącej od pulsacji wydajności i widoczna jest przy częstotliwości

Rys. 9.28. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym

około 644 Hz. Niższe składowe widma pulsacji ciśnienia związane są z pracą wału napędowego pompy i dla jego prędkości obrotowej równej 1380 obr/min uzyskuje się częstotliwość około 23 Hz (rys. 9.28).

Na rysunkach 9.29 i 9.30 przedstawiono widma amplitudowo-częstotliwościowe dla zewnętrznych drgań mechanicznych, działających na mikrozasilacz, o

częstotliwo-ści równej 30 Hz i 50 Hz.

Wyniki badań dla częstotliwości wymuszeń równej 70 Hz przedstawiono na rysun-ku 9.31.

Badania przeprowadzono również dla ciśnienia średniego o wartości równej 10 MPa. Sposób jego ustawienia i kontroli nie uległ zmianie – do tego celu wykorzy-stano nastawny zawór dławiący i manometr, który na czas rejestracji pulsacji ciśnienia

Rys. 9.29. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

o częstotliwości 30 Hz. Ciśnienie średnie 5 MPa, wydajność pompy 0,34 dm³/min

Rys. 9.30. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

Rys. 9.31. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

o częstotliwości 70 Hz. Ciśnienie średnie 5 MPa, wydajność pompy 0,34 dm³/min

Rys. 9.32. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

o częstotliwości 30 Hz. Ciśnienie średnie 10 MPa, wydajność pompy 0,32 dm3/min

Rys. 9.33. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

Rys. 9.34. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w mikrozasilaczu hydraulicznym poddawanym zewnętrznym drganiom mechanicznym

o częstotliwości 70 Hz. Ciśnienie średnie 10 MPa, wydajność pompy 0,32 dm³/min

odcinano od układu hydraulicznego mikrozasilacza. Również parametry zewnętrznych drgań mechanicznych nie uległy zmianie (tab. 9.1). Wyniki badań przedstawiono na rysunkach 9.32–9.34.

Analiza wyników badań wykazuje ograniczony wpływ zewnętrznych drgań me-chanicznych na układ hydrauliczny mikrozasilacza. Ma to związek z zakresem często-tliwości zewnętrznych drgań mechanicznych, którym poddany był mikrozasilacz hy-drauliczny, oraz kierunkiem tych drgań. Jak wynika z powyższych rozważań oraz m.in. z [9.6–9.8], zewnętrzne drgania mechaniczne oddziałują najintensywniej na za-wór hydrauliczny, gdy ich częstotliwość zbliżona jest do częstotliwości rezonansowej elementu sterującego zaworu, a ich kierunek pokrywa się z kierunkiem ruchu tego elementu.

9.3. DRGANIA GIĘTNE MIKROPRZEWODÓW HYDRAULICZNYCH