Wyniki badań wpływu zewnętrznych drgań mechanicznych na mikrozawór

Na rysunkach 9.9 i 9.10 przedstawiono mikrozawór przelewowy wraz z czujnikami drgań i ciśnienia oraz układ hydrauliczny, w którym badany mikrozawór pracował.

W układzie badawczym, ze względu na występowanie zewnętrznych drgań mecha-nicznych, zastosowano mikroprzewody elastyczne o średnicy wewnętrznej 2 mm.

Przeprowadzone badania eksperymentalne pozwoliły ustalić wpływ zewnętrznych drgań mechanicznych na zmiany w widmie amplitudowo-częstotliwościowym pulsacji ciśnienia w układzie z badanym mikrozaworem przelewowym. Wyniki tych badań zobrazowano na rysunkach 9.11–9.12. Mikrozawór przelewowy poddawany był ze-wnętrznym drganiom mechanicznym o częstotliwości 50–1200 Hz. Na rysunkach 9.11 i 9.12 przedstawione są wyniki badań dla wartości ciśnienia średniego w układzie 5 MPa i natężenia przepływu 0,8 dm³/min. W badanym układzie mikrohydraulicznym

Rys. 9.9. Mikrozawór przelewowy wraz z zainstalowanymi czujnikami: 1 – trójosiowy

akcelerometr, 2 – czujnik ciśnienia, 3 – jednoosiowy akcelerometr

Rys. 9.10. Układ mikrohydrauliczny, w którym pracował badany mikrozawór przelewowy

zastosowano mikropompę zębatą o zazębieniu zewnętrznym o wydajności jednostko-wej 0,25 cm³/obr i 14 zębach, a prędkość obrotowa jej wałka wynosiła 1500 obr/min. Szczegółowe pomiary elementów mikrozaworu przelewowego pozwoliły ustalić, że grzybek ma kąt tworzący stożka 60°, jego masa wynosi 1,43 g, sprężyna zaworu ma sztywność 9050 N/m i masę 3,7 g.

Na rysunku 9.11 zaprezentowano porównanie amplitud pulsacji ciśnienia w ukła-dzie z mikrozaworem przelewowym w wypadku: działania na mikrozawór zewnętrz-nych drgań mechaniczzewnętrz-nych (krzywa p) oraz braku zewnętrzzewnętrz-nych drgań mechanicz-nych, co odpowiadało na stanowisku badawczym sytuacji, w której wzbudnik drgań był wyłączony (krzywa p0). Wykres ten prezentuje skutki oddziaływania zewnętrznych drgań mechanicznych na mikrozawór przelewowy.

W celu oceny wpływu zewnętrznych drgań mechanicznych na pulsację ciśnienia w układzie hydraulicznym z mikrozaworem przelewowym posłużono się względnym

Rys. 9.12. Względna zmiana amplitudy pulsacji ciśnienia w funkcji częstotliwości

Rys. 9.13. Zbiorczy wykres amplitudy pulsacji ciśnienia w funkcji częstotliwości

stosunkiem amplitudy pulsacji ciśnienia odniesionym do natężenia drgań określonego równaniem (9.3). Taka ocena wpływu drgań mechanicznych na pulsację ciśnienia jest uzasadniona tym, że względna zmiana amplitudy pulsacji ciśnienia odniesiona jest do natężenia drgań mechanicznych, a zatem parametr (p/p0)/k zawiera również informację o źródle drgań, tj. o ich amplitudzie i częstotliwości.

Wyniki badań nad wpływem zewnętrznych drgań mechanicznych na pulsację

ci-śnienia w układzie z mikrozaworem przelewowym dla wartości średniej cici-śnienia

w układzie 15 MPa i wydajności 0,72 dm³/min. przedstawiono na rysunkach 9.13 i 9.14. Na rysunku 9.13 podobnie jak na rysunku 9.11, przedstawiono porównanie ampli-tud pulsacji ciśnienia w układzie z mikrozaworem przelewowym w wypadku podda-wania mikrozaworu działaniu zewnętrznych drgań mechanicznych (krzywa p) oraz braku zewnętrznych drgań mechanicznych, co odpowiadało na stanowisku badaw-czym sytuacji, w której wzbudnik drgań był wyłączony (krzywa p0). Wykres ten pre-zentuje skutki oddziaływania zewnętrznych drgań mechanicznych na mikrozawór przelewowy.

Rys. 9.14. Względna zmiana amplitudy pulsacji ciśnienia w funkcji częstotliwości

Rys. 9.15. Zbiorczy wykres amplitudy pulsacji ciśnienia w funkcji częstotliwości

Ocena skutków oddziaływania zewnętrznych drgań mechanicznych na mikrozawór przelewowy przedstawiona zastała na rysunku 9.14.

Przeprowadzono ponadto badania, w których zwiększono masę grzybka do

warto-ści 5,20 g. Pozostałe parametry mikrozaworu nie uległy zmianie. Na rysunku 9.15

zestawiono amplitudy pulsacji ciśnienia w układzie z mikrozaworem przelewowym obserwowane w wypadku mikrozaworu poddawanego zewnętrznym drganiom me-chanicznym (krzywa p) oraz braku zewnętrznych drgań mechanicznych, co odpowia-dało na stanowisku badawczym sytuacji, w której wzbudnik drgań był wyłączony (krzywa p0). Wykres ten prezentuje skutki oddziaływania zewnętrznych drgań mecha-nicznych na mikrozawór przelewowy. Wartość ciśnienia średniego w układzie wynosi-ła 5 MPa, natężenia przepływu 0,8 dm³/min. W badanym układzie mikrohydraulicz-nym zastosowano mikropompę zębatą o zazębieniu zewnętrzmikrohydraulicz-nym, wydajności jednostkowej 0,25 cm³/obr i 14 zębach, oraz prędkości obrotowej wałka 1500 obr/min. Szczegółowe pomiary elementów mikrozaworu przelewowego wykazały, że w grzyb-ku kąt nachylenia tworzący stożek przyjmuje wartość 60°, masa grzybka wynosi 5,20 g,

Rys. 9.17. Zbiorczy wykres amplitudy pulsacji ciśnienia w funkcji częstotliwości

Sprężyna zaworu ma sztywność 9050 N/m i masę 3,7 g. Oceny wpływu zewnętrznych drgań mechanicznych z uwzględnieniem parametrów wymuszenia (drgań mechanicz-nych) przedstawiono na rysunku 9.16. Badanie przeprowadzono również dla przypad-ku, w którym wartość ciśnienia średniego wynosiła 15 MPa, a natężenie przepływu 0,72 dm³/min (rys. 9.17 i 9.18).

Przykładowe widma amplitudowo-częstotliwościowe drgań mechanicznych (wy-muszenia) i pulsacji ciśnienia w badanym układzie (odpowiedź) przedstawiono na rysunkach 9.19–9.21.

Na rysunku 9.21 widać, że dla częstotliwości zewnętrznych drgań mechanicznych pojawia się w widmie pulsacji ciśnienia składowa o wartości częstotliwości równej 600 Hz i dominującej amplitudzie. Składowa widma o wartości 350 Hz odpowiada

Rys. 9.19. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w rozpatrywanym mikroukładzie hydraulicznym. Średnie ciśnienie 5 MPa, natężenie przepływu 0,8 dm³/min. Brak zewnętrznych drgań mechanicznych

Rys. 9.20. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe przyspieszenia drgań mechanicznych o częstotliwości 600 Hz działających

Rys. 9.21. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe pulsacji ciśnienia w układzie hydraulicznym, w którym na mikrozawór przelewowy

działały drgania mechaniczne o częstotliwości 600 Hz

pulsacji ciśnienia będącej skutkiem pulsacji wydajności mikropompy wyporowej i impendancji układu hydraulicznego. Podstawowa składowa widma pulsacji ciśnie-nia, jako skutek pulsacji wydajności i impedancji układu może zostać wyznaczona z zależności:

60 nz

f = (9.8)

gdzie: z – liczba elementów wyporowych mikropompy, n – liczba obrotów wału na-pędowego pompy, obr/min.

Analiza wyników pozwala stwierdzić, że istnieje wpływ zewnętrznych drgań me-chanicznych na pulsację ciśnienia w mikroukładzie hydraulicznym. Obserwuje się obszary, głównie w zakresie częstotliwości 550–600 Hz, w których wpływ ten jest znaczący. W mikroukładzie hydraulicznym prowadzić to może m.in. do nierówno-mierności pracy odbiorników hydraulicznych, pogorszenia dokładności ich pozycjo-nowania, wzbudzania drgań mikroprzewodów hydraulicznych i powstawania hałasu. Szczególnego znaczenia nabiera to w maszynach i urządzeniach precyzyjnych, np. manipulatorach czy sprzęcie medycznym.

9.2. BADANIA DOŚWIADCZALNE OKREŚLAJĄCE WPŁYW