Distanse gjennom vedkubben

Transkript

1 ,QQOHGQLQJ (NVHPSHOSURVMHNW+\GUDXOLVNYHGNO\YHU,QQOHGQLQJ Dette dokumentet beskriver en anvendelse av hydraulikk som er mye i bruk - en vedklyver. Prinsippet for en vedklyver er som regel en automatisering av den manuelle prosessen med øks og hoggestabbe. For å skape stor kraft og få øksebladet gjennom vedkubben, så bruker man en øks som har stor masse og gir den en stor hastighet ved å aksellerere bladet over en lang distanse. Bevegelses energien til øksa i det den treffer kubben omsettes til stor kraft og liten hastighet og det smale øksebladet konsentrerer kraften enda mer og bladet splitter kubben. Hoggestabbens oppgave er å holde imot sammen med at om øksebladet skulle gå lett igjennom, så tar den imot øksebladet uten at eggen blir ødelagt. Alle disse funksjonene er som regel tatt vare på selv i de enkleste klyvemaskinene. (JHQVNDSHUIRUNO\YHSURVHVVHQ En prinsippiell kraft-distanse karakteristikk for klyveforløpet er som vist i figuren nedenfor. Nødvendig kraft må være stor i starten for å få begynt å splitte kubben, deretter trengs mindre og mindre kraft for å fullføre. Kraft Distanse gjennom vedkubben 'DWD Små klyvere, dvs. beregnet til privat bruk, har ofte tallfestede egenskaper slik som: Maksimal kraft, F ~ 4-5 tonn. Dvs kn. Maksimal effekt, P ~ kw Maksimal lengde for ved, L ~ cm Dimensjoner og vekt slik at de er mobile med bruk av vanlige kjøretøy +Y 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ

2 ,QQOHGHQGHGLPHQVMRQHULQJRJYDOJ,QQOHGHQGHGLPHQVMRQHULQJRJYDOJ Hydraulisk teknologi brukes som kjent der man ønsker meget stor kraft sammen med små dimensjoner. I tillegg er både endring av kraftretning og sikkerhetsmessig begrensing av effekten lett å få til. Den maksimale kraften gir anledning til å finne ut hvilken dimensjon på den hydrauliske sylinderen vi bør ha. Sylinderen er dimensjonert når vi har beregnet sylinderdiameteren som er nødvendig. Sylindre av vanlig type har ofte en begrensing i tillatt trykk på ca. 225 EDU. De få ligningene og sammenhengene man bør kjenne til i hydraulikken er ofte enkle, men har også som regel to ukjente, slik at en variabel må velges. Her velger vi trykk, og regner ut tverrsnitt. Beregning: Kommentar: Vanlige dimensjoner for sylinderdiametre i dette området er faktisk Ø56 PP, Ø63 PP og Ø80 PP. Men - vi har regnet uten virkningsgrader og uten å ta hensyn til om mekanismen vår vil gi noen begrensinger. Vi tok litt margin inn i beregningen ved å velge maksimalt trykk til 200 EDU istedet for maksimalt tillatt kontinuerlig sylindertrykk på 225 EDU. 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ +Y

3 ,QQOHGHQGHGLPHQVMRQHULQJRJYDOJ,GqHUIUDHNVLVWHUHQGHPDVNLQHU" )LJXU².RPPHUVLHOOHYHGNO\YHUH&ODV2KOVVRQ Av informasjonen om klyverne i bildet, så kan begrepene automatisk retur, max klyvelengde, to hastigheter/trykk og effektdataene diskuteres. Mekanismen kan også vurderes. 7RKDVWLJKHWVNO\YLQJ" Kraft-distanse karakteristikken viser at vi kanskje kan spare en del på maksimal innstallert effekt fordi maksimal kraft bare trengs over en kort distanse. Hvis vi kan akseptere lavere hastighet over denne korte distansen, så kan vi knipe litt på toppeffekten og i tillegg bytte bort kraft mot hastighet senere i prosessen. +RULVRQWDOYHUWLNDO" Hverken de bevegelige delene i hydraulikksylinderen, i mekanismen eller selve vedkubben veier noe særlig i forhold til den maksimale kraften på flere tonn, så dette valget kan komme ut fra andre kriterier. $XWRPDWLVNUHWXU" Dette er en ønsket egenskap både med hensyn til sikkerhet og bedre funksjon for brukeren. Denne funksjonen eksisterer det en standard løsning for, og som kan vurderes. +Y 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ

4 .RPSRQHQWHURJ NRQRPL.RPSRQHQWHURJ NRQRPL Siden økonomien spiller en stor rolle i forbindelse med universitetsprosjekter, så må vi vurdere de komponentene som finnes. Som regel finnes det flere hydrauliske løsninger på ønskede funksjoner. )XQNVMRQHU En liste over i utgangspunktet ønskede funksjoner (ikke prioritert rekkefølge): klyvelengde på ca cm nok kraft en-knappsbetjening og automatisk retur så høy hastighet som mulig, og hvertfall automatisk veksling mellom høy og lav hastighet, hhv. liten og stor kraft max. effektutnyttelse, men helst enfase elektrisk drift - noe som begrenser effekten til ca. 2.2 kw på en vanlig 10A kurs og med 220V potensial.rpsrqhqwhu Et viktig utgangspunkt er tilgjengelige komponenter sylinder med sylinderdiameter Ø80 mm og stangdiameter Ø40 mm, slaglengde < 16 cm diverse 4/2 ventiler, 3/2 ventiler, 2/2 ventiler både elektrisk opererte og manuelle to trykkbrytere manometre liten tank på stativ og med akkumulatorfeste akkumulator trykkbegrensingsventil (sikkerhetsventil) elmotor på 1.5 kw pumpe med innvendig fortanning, gir 4 L/min ved 1450 rev/min Noen beregninger vil avsløre hvor hensiktsmessige komponentene er. 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ +Y

5 .RPSRQHQWHURJ NRQRPL 0HNDQLVPHQ Hydraulikksylinderen med den korte slaglengden bestemmer hovedprinsippet for mekanismen. Vi må ha en vektstang av type tre. Dvs. at vi aksepterer større kraft mot at vi får kortere slaglengde. Dette er også en vanlig konstruksjonsløsning der hydrauliske sylindre brukes, slik som f.eks kraner og annet løfteutstyr. Vedkubben skal settes mellom støtteplaten på enden av vektstangen, og skyves mot kniven på toppen når kubben skal klyves. Sylinder og vektstanginnfestingen er en fireleddet mekanisme med føring, og som tenkes å gi minst momentarm og dermed mest kraft i starten av slaget. )LJXU²'WHJQLQJPHGKRYHGNRPSRQHQWHU )LJXU²'LPHQVMRQHUIRUGHQNRQVWUXHUWHPHNDQLVPHQ +Y 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ

6 .RPSRQHQWHURJ NRQRPL %HUHJQLQJHU Sjekker utvekslingsforholdet med hensyn til slaglengde og kraft. Ved horisontal vektarm: Tar moment om innfesting av bakerste arm 7DEHOO²9LUNQLQJDYXWYHNVOLQJVIRUKROG 6\OLQGHUVODJ WYHNVOLQJ >@.O\YHOHQJGH >PP@.O\YHNUDIW >N1@ 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ +Y

7 +\GUDXOLVNNUHWV +\GUDXOLVNNUHWV Det er ofte flere løsninger som er mulige. Vi vil analysere et forslag. )LJXU²+\GUDXOLVNNUHWVVNMHPD 7DEHOO².RPSRQHQWOLVWH.RPSRQHQW %HVNULYHOVH.RPPHQWDU 1 3/2 retn. ventil for å kjøre sylinder i pluss 2 3/2 retn. ventil automatisk retur + mer kraft 3 2/2 retn. ventil avlastning 4 2/2 retn.ventil kuleventil for avtapping av akkumulator 5 trykkbegrensingsventil sikkerhetsventil 6 trykkbryter pga. akk., styrer avlastning 7 2/2 retn.ventil spyleventil for sylinder 8 2/2 retn.ventil isolering av akk. 9 akkumulator spare effekt + hastighetsøkning 10 pumpe sørger for volumstrøm av olje M1 manometer pumpens opplevde trykk M2 manometer for å kunne se at akk. er avlastet + systemtrykk +Y 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ

8 +\GUDXOLVNNUHWV.UHWVHQVYLUNHPnWH Kretsen er tenkt å virke slik at bare èn elektrisk bryter skal trykkes inn og holdes for klyving, mens automatikken tar seg av tohastighetsstyringen. Deretter skal sylinderen automatisk returnere når knappen slippes..o\ylqj 5HWXU Ventil 1 betjenes ved å trykke og holde inn den elektriske bryteren. Pumpa, 10, leverer da oljen til sylinderen gjennom ventil 1 sin a-posisjon. Sylinderen, C1, går i plussretning (frem) og presser vedkubben mot kniven. Returoljen fra stangsiden (minuskammeret) på sylinderen går gjennom ventil 2 (b-posisjon), og sammen med pumpevolumstrømmen inn i sylinderen på stempelsiden igjen. Dette kalles regenerativ kobling, og har til hensikt å øke hastigheten på sylinderen. Hvis nødvendig klyvekraft blir stor, så øker trykket, og trykkbryter TB2 gir signal og stiller om ventil 2. Istedet for regenerativ kobling, så dumpes returoljen til tank i stedet, og maksimalt systemtrykk kan virke på stempelet i sylinderen. Ulempen er at hastigheten reduseres. Når bryteren slippes, så går ventil 1 tilbake til b-posisjon, trykkbryter TB2 gir ikke signal og ventil 2 havner i b-posisjon. Volumstrømmen fra pumpa går da inn i sylinderen på stangsida og returnerer sylinderen. $OWHUQDWLYHUWLOUHWQLQJVYHQWLOHQH De 3/2 retningsventilene som fantes hadde litt liten kapasitet, slik at man kan vurdere om 2/2 ventiler kan erstatte dem på følgende vis: 6W\UHVWUDWHJL )LJXU²6W\UHVWUDWHJLPHGYHQWLOHU 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ +Y

9 +\GUDXOLVNNUHWV $QGUHHJHQVNDSHUIRUNUHWVHQ $NNXPXODWRU Akkumulatoren, 9, brukes for å lagre oljen fra pumpa under trykk, nå sylinderen står i ro i minusposisjon. Istedet for å la oljen fra pumpa leveres rett til tank gjennom trykkbegrensingsventilen, 5, så fylles akkumulatoren med olje. Når ventil 1 betjenes igjen, så vil olje strømme inn i sylinderen fra pumpa, fra minuskammeret (regenerativ kobling) og fra akkumulatoren. På dette viset kan hastigheten økes, samt at pumpa utnyttes bedre, dvs. effekten. Hvis akkumulatoren blir full, og ventil 1 fortsatt ikke betjenes, så vil trykkbryter TB1 gi signal og sette ventil 3 i åpen posisjon, dermed avlastes pumpa og vi sparer igjen effekt. Enveisventil 6 vil hindre at olje strømmer fra akkumulatoren og tilbake til tank. På grunn av sikkerhetshensyn kan vi stenge av akkumulatoren ved av/på ventil 8 og vi kan tappe ned akkumulatoren ved å betjene av/på ventil 4 og sjekke at akkumulatoren virkelig ikke trykksetter systemet ved å se på manometer M2. 6\OLQGHU )LOWHU Av/på ventil 7 gir mulighet til å kjøre oljen utenom sylinderen hvis oljen må varmes opp i kaldt vær eller hvis systemet må spyles ved oppstart og etter reparasjon. Filteret er ikke vist i kretsen. Mer enn 80% av feil i hydrauliske system kan føres tilbake til forurensinger i oljen. Oljens renhet er derfor meget viktig å ta vare på, og et filter brukes for å holde oljen ren. Som regel samles all returolje og sendes gjennom et returfilter. Praktiske hensyn vil i dette tilfellet avgjøre om filteret skal inn i hovedkretsen eller ha en egen krets ved siden av. En slik bypass-filtrering har den fordelen at filteret ikke får oppleve trykkstøt som kan oppstå i systemet ellers. Det finnes også ulemper med bypass-filtrering. +Y 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ

10 +\GUDXOLVNNUHWV 6,2+\GUDXOLNNRJ3QHXPDWLNNYnUHQ +Y