Kon HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA

Transkriptio

1 Kon HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA Sähköhydrauliikka

2 Päivän teemat Onko hydrauliikasta muuhunkin kuin silkkaan voimantuottoon? Miten järkeä hydrauliikkaan? Mitä sitten saadaan aikaan ja millaisin ominaisuuksin?

3 Sovellusesimerkki: Kokoonpanolinja agi-automation-blogspot.com

4 Sovellusesimerkki: Paperikone

5 Sovellusesimerkki: Vetolujuuden mittauslaite

6 Sovellusesimerkki: Henkilöauto

7 Sovellusesimerkki: Tukkirekka news.cision.com

8 Sovellusesimerkki: Kaivinkone

9 Sovellusesimerkki: Hinaaja/Pelastusalus

10 Sovellusesimerkki: Lentokone

11 Sovellusesimerkki: Simulointitaso

12 Toimintojen toteuttaminen Edelläesitetyissä esimerkkisovelluksissa hydrauliikalla tuotetaan erilaisia toimintoja (liike, voima/momentti), jotka toteutetaan hydraulisilla toimilaitteilla eli sylintereillä, hydraulimoottoreilla tai vääntömoottoreilla Sovelluksissa eri toimintojen tarkkuudelle asetetaan erilaisia vaatimuksia ja vaatimustason mukaan toiminnot voidaan toteuttaa joko ohjaustoimintoina (alhaisempi tarkkuusvaatimus) tai säätötoimintona (suurempi tarkkuusvaatimus). Ohjaus ja säätö

13 Ohjaus- ja säätöjärjestelmät Käskyelin Vahvistin Asetuslaite Toimilaite ja kuorma Ohjaus, ei takaisinkytkentää Sähköteho Hydrauliteho Käskyelin Eroelin Säätäjä Asetuslaite Toimilaite ja kuorma Säätö, takaisinkytkentä n U Oloarvon mittaus Sähköteho Hydrauliteho Ohjaus ja säätö

14 Toimilaitteiden ohjaus ja säätö Toimilaitteiden liikesuuntaa ja -nopeutta ohjataan/säädetään ohjaamalla/säätämällä tilavuusvirran suuntaa ja suuruutta. Toimilaitteiden voimaa/momenttia ohjataan/säädetään ohjaamalla/säätämällä toimilaitteen tulo- ja lähtöliitäntöjen välistä paine-eroa. q V1 p s F q V2 p u p s p 1 A 1 p 3 A 3 p u A 2 F v A 1 A 3 A 2 Ohjaus ja säätö

15 Paineen ohjaus/säätö Paineen ohjaus/säätö tapahtuu ohjaamalla/säätämällä tiettyyn tilavuuteen tulevaa ja siitä poistuvaa virtausta. x V c q V1 V2 c V 1 0 p2 p p q Esimerkiksi jos tilavuuteen tuleva tilavuusvirta on suurempi kuin poistuva (myös mahdollinen tilavuusmuutos on otettava huomioon), niin tällöin tilavuuteen kertyvä nestemassa kasvaa, mikä puolestaan johtaa paineen kasvuun. Ohjaus ja säätö

16 Paineen ohjaus/säätö Paineen ohjaus/säätö on siis pohjimmiltaan tilavuusvirran ohjausta/säätöä. x V c q V1 V2 c V 1 0 p2 p p q Tilavuuteen generoituva paine p K V e 0,c q V V c Ohjaus ja säätö

17 Tilavuusvirran ohjaus/säätö Tilavuusvirtoja ohjataan/säädetään joko venttiileillä tai säätyvätuottoisilla pumpuilla venttiiliohjatut järjestelmät pumppuohjatut järjestelmät Ohjaus ja säätö

18 Venttiiliohjaus/-säätö Järjestelmän syöttöteho (q V p) on suurempi kuin toimilaitteilta vaadittava lähtöteho, jota ohjataan/säädetään venttiileiden painehäviöiden avulla johtaa tyypillisesti alhaiseen järjestelmän hyötysuhteeseen q V2 p1 2 - p = p Kuristus qv qv p1 p2 q V1 q V3 q V q V p p p q V 2 Cq A 2 Ohjaus ja säätö

19 Pumppuohjaus/-säätö Järjestelmän syöttöteho (q V p) sovitetaan toimilaitteilta vaadittavaan tehoon. Tämä tehdään ohjaamalla/säätämällä pumpun tuottoa joko muuttamalla sen kierrostilavuutta tai pyörimisnopeutta. tuloksena korkeampi järjestelmän hyötysuhde Bosch Rexroth Kierrostilavuussäätö Pyörimisnopeussäätö Ohjaus ja säätö

20 Toimilaitesäätö eli sekundäärisäätö Käänteisesti ajateltuna: toimilaitteiden syrjäytystilavuuden muutos muuttaa toimilaitteiden tilavuusvirta- q V ja painetarvetta p kulloisessakin kuormitustilanteessa (= toimilaitteelta vaadittu nopeus sekä voima/momentti). Hydraulimoottorin kierrostilavuuden muutos mahdollistaa moottorin ominaisuuksien paremman sovittamisen kuorman ja/tai järjestelmän pumpun ominaisuuksiin. tuloksena korkeampi järjestelmän hyötysuhde q V,real n V v k p real 2 T V k hm (Syrjäytystilavuuden muutos on mahdollinen myös eräissä sylintereissä, tosin vain portaallisesti, 2 3 porrasta) Ohjaus ja säätö

21 Venttiiliohjaus/-säätö Lineaariliike sylinteri v,f n,t Pyörivä liike moottori q V,p q V,p q V,p q V,p Ohjaus Venttiiliohjaus

22 Säätöventtiilit Periaatteessa toimilaitteiden jatkuva ohjaus venttiiliohjauksena toteutettuna edellyttää sähköisesti (jatkuvasti) ohjattujen venttiileiden käyttöä. Tällaiset venttiilit mahdollistavat monipuolisten sähköisten ohjausten liittämisen hydrauliikkaan, jolloin tuloksena on ohjatun suureen suuri tarkkuus, toistettavuus, jne. Venttiiliohjaus

23 Säätöventtiilit Venttiileiden ohjaus voi olla toteutettu - analogisella käskyarvosignaalilla - ohjauselektroniikalla voidaan tyypillisesti vaikuttaa käskyarvon suuruuteen, venttiilin karan nollapisteeseen ja käskyarvomuutoksen nopeuteen (ns. rampit) - digitaalisella käskyarvosignaalilla - ohjauselektroniikalla voidaan vaikuttaa venttiilin toimintaan hyvin monipuolisesti Venttiiliohjaus

24 Säätöventtiilit Jatkuvasti ohjattujen venttiilien käyttö yksinkertaistaa hydraulijärjstelmää verrattuna yksinkertaisemmilla venttiileillä toteutettuihin järjestelmiin, mutta monimutkaistaa ohjausta. Esimerkki: sylinteri, jolle halutaan useita nopeuksia Järjestelmässä kaksi sähköisesti ohjattua on/off-tyyppistä suuntaventtiiliä ja neljä virransäätöventtiiliä neljä valinnaista sylinterinopeutta. Järjestelmässä säätöventtiili käytännössä rajaton määrä sylinterinopeuksia. Venttiiliohjaus

25 Säätöventtiilit Ohjaus-/säätöjärjestelmissä käytettyjä venttiileitä: 1) Askelmaisesti ohjatut venttiilit - kaksiasentoiset on/off-venttiilit (bistabiileja) 2) Jatkuvasti ohjatut venttiilit - proportionaaliventtiilit (lineaarimagneetti, takaisinkytkentä joko on tai sitä ei ole) - regelventtiilit (lineaarimagneetti, takaisinkytkentä) - high-response-venttiilit (lineaarimagneetti, takaisinkytkentä) - servoventtiilit (vääntömoottori tai lineaarimagneetti, takaisinkytkentä) Takaisinkytkennällä varustetussa venttiilissä on rakenteeseen integroitu anturi (tavallisesti karan asema-anturi). Venttiiliohjaus

26 Välihuomautus alkaa Proportionaaliventtiilin sukupolvet Ensimmäisen sukupolven proportionaaliventtiileissä ei ollut asema-antureita eikä siis myöskään karan asematakaisinkytkentää ja venttiilit olivat tarkoitettuja ohjausjärjestelmiin. Myöhemmin eri valmistajat kehittivät tuotteitaan varustamalla ne asema-antureilla ja tekemällä venttiileistä muutenkin säätöjärjestelmiin soveltuvia. Näille venttiileille kukin valmistaja antoi sitten omia nimiään, jolloin markkinoille tulivat regelventtiilit, high-responseventtiilit, jne. Nimien tarkoituksena oli erottaa nämä komponentit perinteisistä proportionaaliventtiileistä. Venttiiliohjaus

27 Välihuomautus jatkuu Proportionaaliventtiili - Servoventtiili Aiemmin nämä venttiilit erotettiin toisistaan niissä käytetyn sähkömekaanisen muuntimen rakenteen perusteella. N S S N N S Bosch Rexroth AG Lineaarimagneetti Lineaarimoottori Vääntömoottori Nykyään tämä erottelu ei ole perusteltua, sillä valmistajat markkinoivat tuotteitaan kummallakin nimellä riippumatta siitä, millainen sähkömekaaninen muunnin niissä on. Venttiiliohjaus

28 Välihuomautus jatkuu Proportionaaliventtiili - Servoventtiili Nykyään voisi olla sopivampaa puhua proportionaaliventtiilistä silloin, kun on kyse ohjausjärjestelmään tarkoitetusta venttiilistä, ja servoventtiilistä silloin, kun on kyse säätöjärjestelmään tarkoitetusta venttiilistä (siis paluu alkuun ). Käskyelin Vahvistin Asetuslaite Toimilaite ja kuorma Sähköteho Hydrauliteho Käskyelin Eroelin Säätäjä Asetuslaite Toimilaite ja kuorma n U Oloarvon mittaus Sähköteho Hydrauliteho Venttiiliohjaus

29 Välihuomautus päättyy Proportionaaliventtiili - Servoventtiili Vääntömoottoreihin perustuvilla säätöventtiileillä on perinteisesti ollut paremmat dynaamiset ominaisuudet kuin lineaarimagneetteihin perustuvilla säätöventtiileillä, mutta jälkimmäisten kehitys on kaventanut eroa. Venttiileiden dynaamiset ominaisuudet riippuvat suuresti niiden sähkömekaanisen muuntimen ominaisuuksista, takaisinkytkennästä sekä venttiilin koosta. Esimerkkejä eri rakennevaihtoehtojen tyypillisistä rajataajuuksista: - proportionaalimagneetti 70 Hz - servoproportionaalimagneetti 120 Hz - voice-coil-magneetti 220 Hz - vääntömoottori 300 Hz Amplitude ratio [db] db Frequency [Hz] % 5% Esimerkkikuvaaka; ei esitä minkään tietyn venttiilin ominaisuuksia [ ] Phase difference Venttiiliohjaus

30 Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit Kun ohjaus-/säätöjärjestelmissä käytetään askelmaisesti ohjattuja on/off-venttiileitä, ne ovat tavallisesti joko - yksittäisiä ja pulssinleveysohjattuja - kytkentätaajuus asennosta toiseen suuri ja asennonvaihto jatkuva - osa digitaalihydraulista venttiilipakettia - kytkentätaajuus asennosta toiseen on suhteellisen hidas ja asennonvaihto tehdään vain tarvittaessa Kummassakin tapauksessa venttiilit ovat tyypiltään 2/2-suuntaventtiileitä, joissa toinen kytkentäasento on avoin ja toinen suljettu. Venttiiliohjaus

31 Pulssinleveysohjaus Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit Pulssinleveysohjaus-periaatteella toteutetussa säädössä yksittäistä on/off-suuntaventtiiliä ohjataan siten, että säätötilanteessa se vaihtaa kaksiasentoista tilaansa (auki/kiinni) jatkuvasti. Tilojen välinen kytkentäaikasuhde määrää venttiilin lähtösignaalin (eli tilavuusvirran) arvon. On Off Ohjaussignaali p 1 p 2 q V Venttiiliohjaus

32 Digitaaliventtiilit Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit Digitaaliohjaus-periaatteella toteutetussa säädössä yksittäistä on/off-suuntaventtiiliä ohjataan vaihtamaan tilaansa (auki/kiinni) tarvittaessa, mutta tilanmuutoksen ei tarvitse tapahtua suurella taajuudella. Tämä johtuu siitä, että digitaalihydrauliikan tekniikka perustuu lukuisiin rinnan kytkettyihin venttiileihin, jotka muodostavat venttiiliryhmän (Digital Flow Control Unit = DFCU), jonka lähtösignaali saadaan kaikkien venttiileiden auki/kiinni-tilojen yhteisvaikutuksena. Tällöin tarve yksittäisen venttiilin jatkuvaan tilanvaihtoon on vähäisempi kuin pulssinleveysohjauksessa. Venttiiliohjaus

33 Digitaaliventtiilit Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit Rinnakkain kytketyillä ja itsenäisesti ohjattavilla on/off-venttiileillä saadaan tuotettua portaallisia tilavuusvirtamuutoksia, mikä puolestaan mahdollistaa paineen portaallisen muuttamisen. q q V Vmax 1 Step N = 4 p q q V Vmax 1 p 1 Step q V Tavoite on - vähentää komponenttikustannuksia - kasvattaa luotettavuutta - parantaa säädön tarkkuutta N = 6 DFCUssa olevien venttiileiden määrä voi olla muutamia tai jopa satoja N state N state,max Venttiiliohjaus

34 Digitaaliventtiilit Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit DFCUssa käytetyt venttiilit ovat tavallisesti istukkatyyppisiä (eli siis vuodottomia), sillä niiden käyttö mahdollistaa tarkemman ja taloudellisemman tilavuusvirta- ja painesäädön kuin luistityyppiset venttiilit. Venttiilit voivat olla kooltaan identtisiä tai vaihtoehtoisesti erikokoisia, jolloin koot ovat tarkoitukseen sopivalla tavalla porrastettuja. DFCUn ohjausstrategia sovitetaan tarpeeseen ja koska se on ohjelmoitavissa, toimilaitteen ohjauksessa käytettävää strategiaa voidaan muuttaa tarvittaessa lennossa. Tällöin on mahdollista esimerkiksi muuttaa käytettävissä olevien kytkentäasentojen määrää mielivaltaisesti. Venttiiliohjaus

35 Digitaaliventtiilit Askelmaisesti ohjatut säätöventtiilit Kaksitoimisen sylinterin ohjaus digitaalihydrauliikalla A B DFCU 1 DFCU 2 DFCU 3 DFCU 4 T A T P A P B B T P T Venttiiliohjaus

36 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Kun ohjaus-/säätöjärjestelmissä käytetään jatkuvasti ohjattuja venttiileitä, ne ovat (lähes poikkeuksetta) joko - lineaarimagneetti (lineaarimoottori) -ohjattuja - vääntömoottoriohjattuja - (myös muut ohjaukset, kuten esim. askelmoottoriohjaus ovat mahdollisia, mutta harvinaisia) Edellämainittujen sähkömekaanisten muuntimien lähtösignaali (lineaariliike tai kiertymä) on suhteessa muuntimelle annettuun käskyarvoon. Tämän seurauksena myös venttiilin kara siirtyy suhteessa tähän käskyarvoon ja lopulta myös venttiilin lähtösignaali muuttuu suhteessa annettuun käskyarvoon. (portaaton käskymuutos tuottaa portaattoman lähtömuutoksen) Venttiiliohjaus

37 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Ohjattava suure voi olla tilavuusvirta tai paine, ja tämän mukaisesti on olemassa tilavuusvirran suunnan ja suuruuden ohjaukseen tarkoitettuja venttiileitä, tilavuusvirran suuruuden ohjaukseen tarkoitettuja venttiileitä ja paineen ohjaukseen tarkoitettuja venttiileitä. Käskyarvon ja lähtösignaalin välinen yhteys ei välttämättä ole lineaarinen q Vmax a [%] [%] p = 8 bar p U max U max max b [%] [%] Virransäätöventtiili Paineensäätöventtiili mutta lähtösignaali periaatteessa muuttuu käskyarvon muutoksen mukaan. Venttiiliohjaus

38 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Proportionaalinen suuntaventtiili, ei karan asematakaisinkytkentää Argo-Hytos Proportionaalinen suuntaventtiili, karan asematakaisinkytkentä (regel valve / high-response venttiili) Bosch Rexroth Venttiiliohjaus

39 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Venttiileihin integroidut anturit ja takaisinkytkennät kuuluvat venttiilikohtaisiin säätöjärjestelmiin, jotka valvovat ja ylläpitävät esimerkiksi venttiilille käskyarvona annettua karan asemaa tai haluttua venttiilin lähtösignaalin (p, q V ) arvoa. Täten sähköisesti (jatkuvasti) ohjatut venttiilit mahdollistavat tilavuusvirran suunnan, tilavuusvirran suuruuden (q V ) ja järjestelmän paineen (p) jatkuvan ohjauksen, ja joissakin tapauksissa yksittäinen venttiili voi ohjata näitä suureita samanaikaisesti. Venttiiliohjaus

40 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Hydraulisten suureiden jatkuva ohjaus puolestaan mahdollistaa hydraulisten toimilaitteiden lähtösignaalien (lähtösuureiden, sylinterissä v, F, ja moottorissa n, T) jatkuvan ohjauksen. Käskyelin Vahvistin Asetuslaite Toimilaite ja kuorma Sähköteho Hydrauliteho Käskyelin Eroelin Säätäjä Asetuslaite Toimilaite ja kuorma n U Oloarvon mittaus Sähköteho Hydrauliteho Venttiiliohjaus

41 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Muutamia esimerkkiventtiileitä Suuntaservoventtiili Moog Bosch Rexroth AG Perinteistä teknologiaa edustavia venttiilejä. Venttiiliohjaus

42 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Muutamia esimerkkiventtiileitä High-responseventtiili Bosch Rexroth Lineaarimagneettiin perustuva servoventtiili Moog Venttiiliohjaus

43 Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Muutamia esimerkkiventtiileitä Voice-coiltekniikkaa edustava venttiili. Virransäätöventtiilin esiohjausventtiilinä Parker Venttiiliohjaus

44 Ohjauselektroniikka Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Venttiilin ohjauselektroniikka on sijoitettu joko venttiilistä erilleen (ohjain-/vahvistinkortti) tai integroitu venttiiliin. Vahvistin (muuntaa ja) vahvistaa venttiilille annetun pienitehoisen käskyarvosignaalin venttiilin sähkömekaaniselle muuntimelle sopivaksi virtasignaaliksi: proportionaalimagneeteilla suureksi, vääntömoottoreilla pieneksi. Ohjauselektroniikalle annettava käskyarvo voi olla - jännitesignaali (tyypillisesti V) - virtasignaali (tyypillisesti 0 20 ma tai 4 20 ma) - digitaalisignaali (useita väyliä ja teollinen internet) Digitaaliohjaus mahdollistaa venttiilin ominaisuuksien monipuolisen muokkaamisen. Venttiiliohjaus

45 Ohjauselektroniikka Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Bosch Rexroth Esimerkki jännitesignaalilla ohjattavasta venttiilistä Venttiiliohjaus

46 Ohjauselektroniikka Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Esimerkki väyläohjatusta venttiilistä Bosch Rexroth Venttiiliohjaus

47 Ohjauselektroniikka Jatkuvasti ohjatut säätöventtiilit Sähköiset ja elektroniset ohjaukset mahdollistavat hydrauliikan helpon liitettävyyden ja käytettävyyden mekatronisissa laitteissa. Venttiiliohjaus

48 Pumppuohjaus/-säätö Lineaariliike sylinteri v,f n,t Pyörivä liike moottori q V,p q V,p q V,p q V,p Ohjaus Pumppuohjaus

49 Säätöpumput Periaatteessa toimilaitteiden jatkuva ohjaus pumppuohjauksena toteutettuna edellyttää sähköisesti (jatkuvasti) ohjattujen venttiileiden tai käyttömoottoreiden käyttöä. Nämä järjestelyt mahdollistavat monipuolisten sähköisten ohjausten liittämisen hydrauliikkaan, jolloin tuloksena on ohjatun suureen suuri tarkkuus, toistettavuus, jne. Pumppuohjaus

50 Säätöpumput Pumpun tuoton ohjaus voi olla toteutettu - kierrostilavuuden ohjauksella - kierrostilavuus asetetaan asetussylinterin ja sitä ohjaavan säätöventtiilin avulla (säätöventtiiliä puolestaan ohjataan kuten edellä on esitetty) - pumpun pyörimisnopeuden ohjauksella - useita toteutusmahdollisuuksia eri moottorityyppejä käyttäen q n V V, real k v Pumppuohjaus

51 Säätötilavuuspumput Kierrostilavuuden asetus voi olla joko portaatonta tai portaallista. Bosch Rexroth Portaattomasti säätyvä kierrostilavuus - ohjaus venttiileillä Portaallisesti säätyvä kierrostilavuus (digitaalipumppu) - ohjaus venttiileillä Pumppuohjaus

52 Säätötilavuuspumput Kierrostilavuuden asetus säätöventtilillä. Asetuksen takaisinkytkentä Pumppuohjaus

53 Pyörimisnopeusohjatut pumput Pumppuna on tavallisesti vakiotilavuuspumppu, Asetuksen takaisinkytkentä mutta myös säätötilavuuspumpun käyttö on mahdollista. Pumppuohjaus Kaksoispumppu Bosch Rexroth Servomoottori

54 Pumppuohjaus/-säätö Pumppuohjauksessa/säädössä yleisesti käytettyjä säätöstrategioita eli säädön kohteita - tilavuusvirran ohjaus - paineen ohjaus - tehon ohjaus - yhdistetyt ohjaukset Pumppuohjaus

55 Toimilaitteiden ohjaus/säätö Pelkkä säätöventtiilin tai säätöpumpun sisäinen takaisinkytkentä sille annetun käskyarvon toteutumisesta ei vielä takaa sitä, että toimilaite suorittaa toimintonsa vaaditulla tarkkuudella. Tarkasti ohjattavasta venttiilistä tai pumpusta huolimatta toimilaitteen lähtösignaali (eli lähtösuure) ei siis välttämättä saavuta vaadittua tarkkuutta. Tämä johtuu siitä, että toimilaitteen ja siihen kohdistuvan kuormituksen ominaisuudet eivät pysy vakioina, vaan vaihtelevat eri syistä johtuen. Ohjaus ja säätö

56 Toimilaitteiden ohjaus/säätö Saavutettavat toimilaitteen lähtösuureen tarkkuudet riippuvat järjestelmän toteutustavasta Karkea tarkkuus - tilavuusvirtojen ja paineiden arvot arvioidaan Hyvä tarkkuus - tilavuusvirtojen ja paineiden arvot mitataan ja takaisinkytketään niitä ohjaaville komponenteille Paras tarkkuus - toimilaitteen lähtösuureiden arvot mitataan ja takaisinkytketään toimilaitetta ohjaaville komponenteille Ohjaus ja säätö

57 Toimilaitteiden ohjaus/säätö Toimilaitteen luotettavan ja tarkan hallinnan toteuttaminen edellyttää siis toimilaitteen anturointia, lähtösuureiden arvojen mittausta ja takaisinkytkentää toimilaitetta ohjaaville komponenteille, ts. lähtösuureen säätöä. Käskyelin Eroelin Säätäjä Asetuslaite Toimilaite ja kuorma n U Oloarvon mittaus Sähköteho Hydrauliteho Järjestelmässä on tällöin kaksi sisäkkäistä säätöä, sisempänä säätöventtiilin tai säätöpumpun säätöjärjestelmä ja ulompana toimilaitteen lähtösignaalin (-suureen) säätöjärjestelmä. Ohjaus ja säätö

58 Toimilaitteiden ohjaus/säätö Lineaariliike sylinteri v,f n,t Pyörivä liike moottori q V,p q V,p Takaisinkytkentä q V,p q V,p Takaisinkytkentä Ohjaus Ohjaus ja säätö

59 Järjestelmän anturointi Hydraulijärjestelmissä tärkeimpiä/kiinnostavimpia suureita ovat ne, jotka liittyvät tehon siirtoon, muuntamiseen ja hallintaan: Järjestelmään liittyvät paine tilavuusvirta lämpötila (!) nesteen ominaisuudet Toimilaitteisiin liittyvät asema nopeus kiihtyvyys voima vääntömomentti Ohjaus ja säätö

60 Toimilaitteiden anturointi Anturit voivat olla joko sijoitettuja toimilaitteen ulkopuolelle tai rakenteeseen integroituja. Nurmi Hydraulics Helipebs Rakenteeseen integroidut anturit ovat tavallisimmin asema-, nopeus- tai paineantureita (jollainen voi olla integroitu myös toimilaitetta ohjaavaan venttiiliin). Muita suureita mittaavat anturit sijoitetaan tavallisesti toimilaitteen ulkopuolelle. Ohjaus ja säätö

61 Toimilaitteiden anturointi Cowan Dynamics Moog Moog Integroiduilla antureilla varustettuja toimilaitteita kutsutaan tavallisesti servotoimilaitteiksi (servosylintereiksi ja servomoottoreiksi). Moog Eaton Fox-VPS Ohjaus ja säätö

62 Toimilaitteiden anturointi Venttiiliohjatuissa järjestelmissä toimilaitetta ohjaava venttiili sijoitetaan tavallisesti mahdollisimman lähelle toimilaitetta (nestetilavuuden minimointi) vähäinen jousto suuri jäykkyys tarkkuus mahdollisia värähtelyongelmia säätimet välttämättömiä Moog Hydoring Ohjaus ja säätö

63 Toimilaitteiden anturointi Esimerkki anturoidusta servosylinteristä Bosch Rexroth Ohjaus ja säätö

64 Yhteenveto Hydraulinen säätöjärjestelmä sisältää Teholähteen (sähkö-/polttomoottori + pumppu) Säätökomponentti (säätöventtiili tai -pumppu) Toimilaite (sylinteri, moottori, vääntömoottori) Anturointi (venttiilissä, pumpussa, toimilaitteessa) Ohjaus- ja säätöelektroniikka (yksi tai useampia takaisinkytkentöjä) Käskyelin Eroelin Säätäjä Asetuslaite Toimilaite ja kuorma Sähköteho Hydrauliteho n U Oloarvon mittaus Järjestelmän lähtösuureena on esimerkiksi toimilaitteen asema, nopeus, voima tai vääntömomentti. Ohjaus ja säätö

65 Yhteenveto Säätöjärjestelmän suorituskyky riippuu sen kaikista osista ja ne tulisi valita siten, että ne ovat laadultaan ja ominaisuuksiltaan keskenään samaa tasoa. Esimerkiksi, jos järjestelmään valitaan tarkkuudeltaan heikko takaisinkytkentäanturi, ei järjestelmällä voida saavuttaa suurta toimilaitteen lähtösuureen tarkkuutta, vaikka muut komponentit edustaisivatkin alansa huippua. Ohjaus ja säätö

66 Itsenäinen hydraulinen toimilaite Lentokoneen ohjainpinnan itsenäinen ohjausyksikkö: säiliö, pumppu, sähkömoottori, venttiilit, toimilaite, anturit, säätöelektroniikka.

67 Päivän teemat kerraten Mihin kaikkeen hydrauliikasta onkaan? Miten hydrauliikkaan saadaan järkeä? Säädön dynamiikka, taloudellisuus?