Hydraulipumpun ja -moottorin testipenkin modernisointi
Väliaho, Mikko (2020)
Diplomityö
Väliaho, Mikko
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020081460428
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020081460428
Tiivistelmä
Tämän työn tarkoituksena oli kehittää hydrauliikkahuollon testausta. Hydrauliikkahuollossa testataan hydrauliikkapumppuja ja -moottoreita. Kehittämisen tarkoituksena oli muodostaa aineisto investointipäätökselle. Tutkimuksen kohteina olivat sähkökäytöt, paineenrajoitusventtiili, mittaus, tiedonsiirto, pumpun säätö ja mittausyhtälöt. Edellä mainitut tutkimuskohteet muodostivat tutkimusongelman hydrauliikkapumpun ja -moottorin testauksen näkökulmasta, jotka liittyvät testauslaitteistojen modernisointiin. Työ aloitettiin kirjallisuustutkimuksella, jonka tarkoituksena oli kerätä tutkimustietoa aihealueelta ja näin ollen kirjallisuustutkimuksen pohjalta muodostaa menetelmät jokaiselle käsiteltävälle osa-alueelle. Sähkökäyttöjen valintaan käytettiin valmistajan taulukoita. Painerajoitusventtiilien vertailussa käytettiin menetelmänä puoliempiiristä mallinnusta, joka suoritettiin käyttämällä Matlab ja Simulink ohjelmistoja. Ohjelmistoja käytettiin myös säätömallin muodostamiseen hydrauliikkapumpun säädölle, kun kyseeseen tulee servo- ja proportionaaliohjaus. Mittausta ja tiedonsiirtoa käsiteltiin kirjallisuustutkimuksen perusteella, jota sovellettiin työhön hydrauliikkapumpun ja -moottorin testauksen näkökulmasta. Sähkökäyttöjen määrittämiseen testauksen näkökulmasta tulokseksi saatiin valmistajien taulukoiden hyödynnettävyys ja näin ollen riittävyys, kun korotetaan sähkömoottorin ja taajuusmuuttajan teholuokkaa. Puoliempiirisen mallinnuksen käyttö painerajoitusventtiileitä vertailtaessa oli tulosten valossa puutteellinen. Puoliempiiristen kertoimien määrittelyssä on käytettävä erityistä tarkkuutta ja määrittelyssä käytetään avuksi valmistajan katalogeja. Tämä työ osoitti, että puoliempiiristä mallinnusta voidaan käyttää paineenrajoitusventtiilien vertailuun, kun kyseessä on hydrauliikkapumpun ja -moottorin testaus. Pumpun servosäädölle ja proportionaali- voidaan luoda ohjausjärjestelmän näkökulmasta malli, jossa tutkitaan virtaviestiä vahvistimelta, kun rajoittavana tekijänä oli sähkömoottorin teho. ETHERCAT väylää voidaan käyttää mittausdatan siirtoon ja topologiana voidaan käyttää joko linja- tai rengastopologiaa. Testaustilan pienuuden kannalta linjatyyppinen on riittävä. Mittausantureille on valmistaja ilmoittanut virhearvot. Mittausantureiden tiedon avulla ratkaistaan mittausyhtälöt, jotka ovat teho, mekaanishydraulinen hyötysuhde, volumetrinen hyötysuhde ja kokonaishyötysuhde. Mittausyhtälöiden luotettavuuden kannalta oli yhtälöille muodostettava virheyhtälöt osittaisderivoinnin avulla. Tämän työn osa-alueiden avulla muodostettiin tarjouskysely hydrauliikkapumpun ja -moottorin testauksen modernisoinnista. The purpose of this work was to develop hydraulic testing in hydraulic workshop and results were used for investment plans. The work has been divided into six different sections, which were electrical components, pressure relief valves, test measurement, data communication, pump, volumetric adjustment and measurement equations. The main research problem of work involved to these sections regarding hydraulic pump and motor testing. At the beginning a literature research was done for main topics and all necessary information was collected about research sections, thus the research methods based on literature research. In this work electric components were inverter and asynchronous motor. They were processed in basic level by using manufacturer catalogue. Pressure relief valves were examined by using semi-empirical approach and the model was made by Simulink and Matlab programs. These programs were also used when the model for pump adjustment was made. The measurement and data communication were discussed regarding hydraulic testing based on literature research. The inverter and asynchronous motor were analyzed by using manufacturer catalogues and they were enough when the limiting factors are motor power. In semi-empirical modelling manufacturer curve were examined and they were used for determination of semi-empirical coefficients. The semi-empirical approach can be used for comparing two pressure relief valves together when the point of view was hydraulic testing. There were problems in result curves due to determination of semi-empirical coefficients. Manufacturer has different style curves for pressure relief valves. Following thing must be took account when static analyzed were done. Semi-empirical modelling can be used in static analysis in hydraulic testing project, where pressure relief valve is used to resist flow. In this work model was made for pump volume adjustment by using Matlab and Simulink. Maximum control current can be solved by using created model if maximum electrical motor power was known. ETHERCAT network was chosen in this work. The network can be made using line – or ring topology. Because the testing facility is quite small line topology was chosen. Manufacturers gave error limits for sensorsm, which were used to measuring pressure, volumetric flow, temperature and torque in hydraulic pump and motor testing system. There were also efficiencies, which have to be solved. The measuring equations were used to solve efficiencies and error equations were made by using partial derivation, thus error limits can be added on testing reports.