Automatische hydraulische overbrenging m.b.v. 3-fasen
wisselstroom : tweede rapport ; testresultaten van het
prototype van de overbrenging
Citation for published version (APA):
Hibi, A. (1979). Automatische hydraulische overbrenging m.b.v. 3-fasen wisselstroom : tweede rapport ;
testresultaten van het prototype van de overbrenging. Aandrijftechniek, (8 oktober), 508-511.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/1979
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at:
openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
Tweede
rapport;
testresultaten
van het prototype
van de overbrenging
Automatische
met behulp
van 3-Íasen
wisselstroom
P r o f .
d r . A . H i b i
Shizuoka University, H amamats4 Japan
h y d r a u l i s c h e
overbrenging
Door gebruik te maken van de samendrukbaarheid van vtoeistof is het mogelijk een zeeÍ eenvoudige automatische overbrenging te realiseren die uitstekende ká-rakteristieken heeft met betrekking tot het ingaand en het uitgaand draaimoment. In een dergelijke overbrenging verandert de verhouding tussen de hoeksnelheden van de ingaande en de uitgaande as ofde verhouding tussen de draaimomenten au-tomatisch, aÍhankelijk van de belasting, zonder een externe regeling of verstel-ling. Het principe van de werking en de theoretische achtergrond van de genoem-de automatische overbrenging wergenoem-den reeds gepubliceerd in een eergenoem-der versche-nen artikel (1).
Dit artikel is een vervolg op het eerste artikel en beschrijft de testresultaten van een prototype van de overbrenging.
Constructie van het prototype van de over-brenging
AÍbeelding I geeft de constructie weer voor
één fase van de overbrenging. Het
prototy-pe bestaat uit drie van dergelijke coá-binaties die aan dezelfde in- èn uiteaande
as zijn gemonteerd met een
fase-veischui-ving van 120'. Het generatorisch deel van
het pÍototype bestond uit een slechts gering
gewijzigde hydraulische pomp met 3
krukas-gedreven plunjers. Gedetailleerde
tekenin-gen van het tekenin-generatorisch en het motorisch
deel van de overbrenging werden reeds in
het vorige artikel afgebeeld ( ( l), aÍb. 16 en
l7). Door de koppeling van het
generaro-risch deel met het motogeneraro-risch deel door
mid-del van de olie in de leidingen (het
conduc-tief deel van de overbrenging) wordt door
translatie van de plunjers van het
generato-risch deel, verooÈaa[t door rotatïe van de
ingaande as,.de plunjers van het motorisch
deel eveneens een translerende beweging
opgedrongen. De plunjers van het
moto-risch deel zijn door middel van een ketting
en een eeniichtingskoppeling met de uitl
gaande as verbonden. Zodra een plunjer
van het motorisch deel de kettins naar
bene-den trekt kan er vermogen varide in- naar
de uitgaande as worderidoorgeleid. Om de
teruggaande beweging van dé plunjer van
het motorisch deel te bewerkstellieen werd
een constante druk van 17 bar op áe zuiger
voor de retourslag gehandhaafd. Door vloeistoflekkage tussen cilinderwand en
plunjer raakt de bovenzijde van de plunjer
van het motorisch deel het cilinderdeksel in
het bovenste dode punt. Nadat deze plunjer
het cilinderdeksel Ëeeft geraakt, bewiegt de
plunjer van het geneátorisch deel "zich enigszins naar beneden hetgeen een
af-name van de druk in de leidilng tot gevolg
heeft. Via een terugslagklep stroomt er
ver-volgens een hoeveelheid vloeistof in de
lei-ding die zorgt voor voldoende tegendruk.
Deie methodé om de lek te ccimoeíseren is
constructief eenvoudig realiseerbaar. doch
het treffen van plunjér en deksel veroor-zaakt sterke schokken. Hierdoor werd het
maximum toelaatbaar toerental van de
in-gaande as beperkt tot minder dan 300 omw
m l n - 1 .
De constructieve gegevens van het
prototy-pe van de overbrenging waren als volgt:
( I ). Generaíorisch deel
Aantal plunjers van het generatorisch deel
3, Plunjeroppervlakte 4,91 cm', Slag van de
plunjer (2e1) 2,5 cm.
(2). Conductiefdeel
Leidingmateriaal staal, Uitwendige ter van de leiding 2,0 cm, Inwendige diame-ter van de leiding 1,6 cm, lengte van de lei-ding 338 cm.
Inhoud van de leiding (per fase inclusiefhet volume in generatorisch en motorisch deel) 'l24cm'
Compressie-modulus van de hydraulische olie (equivalente waarde inclusief het
ex-pansie-effect van de leidingwand)
1 , 5 5 x l 0 a b a r
Maximum drukverhoging in de leiding
(theoretische waarde als de snelheid van de uitgaande as nul is) 263bar.
(3). Motorisch deel
Aantal plunjers van het motorisch deel 3, Plunjeroppervlakte 1,50 cm2, Lengte van de momentarm (ei) 4,26cm.
Testopstelling en meetmethode
AÍbeelding 2 toont een schema van de testopstelling. De overbrenging die werd ge-test was een drie-fasen model. Het senerato-risch deel werd door middel van-drie met olie gevulde leidingen met het motorisch deel verbonden. Om de lek via de plunjers
S w i n g I n p u t p i s t o n S t e e l p í p e C o n s t a n t C h e c k v a l v e
I c n " . g "
P r e s s u r e 8 . 4 I ' a r O u t p u t p i s t o nAJb- l. constructie van het proto\)pe van de overbrenging. ( stechts éënfase is afgebeeld. )
$Íasen hydraul
ische
overbreng
ing
Alb. 3. Geregistreerde gegevens van druk p,
in-gaand draaimoment T1 en uitin-gaand draaimo-ment 72.
werd afgegeven, werd opgenomen door een hydraulische pomp. Het uitgaand draaimo-ment werd eveneens qemeten met behulp van een draaimomenÈmeetas. Het toeren'-tal van de uitgaande as werd gemeten met behulp van een elektro-magnetische digita-le tachometer. Ook aan de ziide van het mo-torisch deel werd een vlielwiel gebruikt. Dit vliegwiel was identiek aan het wiel van het input deel. Om de druk te meten werd een piëzo-elektrische signaalgever gemon-teerd op één van de drie leidingen tussen ge-neratorisch en motorisch deel.
Bij de beproevingen werd het toerental van de ingaande as constant gehouden (240 omw. min-l) terwijl het toerental van de
uit-gaande as tussen 4 en 230 omw. -itt-l
geva-rieerd werd door verhoging cq. verlaging
van de drukval over de 'belastingspomp'
met behulp van een naaldafsluiter. Testresultaten
Afbeelding 3 toont de geregistreerde druk p in de leiding, het ingaand draaimoment T1 en het uitgaand draaimoment T2. Geduren-de Geduren-deze test bedroee het toerental van Geduren-de in-gaande as 240 omri. min-l en het toerental van de uitgaande as 60 omw. min-I. De druk p in aÍbeelding 3 werd gemeten aan de zijde van het motorisch deel, in de leiding. De druk werd eveneens semeten aan de ài-de van het generatorisËh ài-deel, maar hét bleek dat de drukken aan beide ziiden van de leiding niet noemenswaardig ïerschil-den. De tijd tussen de pieken van de druk p in aÍbeelding 3 correspondeerde met de tijd waarin de ingaande as één omwenteling maakte. Gedurende de periode tussen de pieken van de druk veranderden het in-gaand draaimoment T1 en het uitin-gaand draaimoment T2 drie keer omdat de geteste overbrenging drie plunjers had in zowel het eeneratorisch deel als het motorisch deel. ÁÍbeelding 3 geeft duidelijk weer, dat de fluctuaties van het ineaand draaimoment
T1 erg groot zijn. Deïaarde van het
in-gaand draaimoment blijft echter altijd posi-tief. De fluctuaties van het uiteaand draai-moment T2 zijn veel kleiner da-n die van het ingaand draaimoment.
Lijst van gebruikte symbolen
A1 : zuigeroppervlak generatorisch deel (cm'l)
A2 : zuigeroppervlak motorisch deel (cm':)
e 1 : krukarmJengte van het generatorisch deel (cm)
e 2 : momentarmJengte van het motorisch deel (cm)
n 1 : toerental van de ingaande as (omw/min)
t2 : toerental van de uitgaande as (omw/min)
Pio : opgenomen vermogen (kW)
Pout :afgegevenvermogen(k\M)
Plor. : vermogensverlies (kW)
p : drukvandevloeistof(bar)
Tl :ingaanddraaimoment(Nm)
Tlo,"- : gemiddelde waarde van het ingaand draaimoment (Nm)
T2 :uitgaanddraaimoment(Nm)
T2."- : gemiddelde waarde van het uitgaand draaimoment (Nm)
Dim. (L2) (L2) (L) (L) (T-t) (T-') (F.L.T-t1
@.r.r-t;
(F.L.r-t;
(F.r.-z;
(F.L) (F.L) (F.L) (F.L) T I .,f-vl *..- l'^.._-,F.-,-/,-\,- me- lei- ex-nd) iog r d e 'het eel) rche r t r e L T l a t J r de de to-let ich 3rs@
a)
AJb. 2. Testopstelling.(l) Generatorisch deel van de geíeste over- (8) Hydromotor
brenging (9) Draaimoment-meetas (voor het uitgaand
(2) Motoisch deel van de geteste over- draaimoment)
brenging ( 10) Tachometer (voor het toerental van de
uit-(3) I-eidingen gaande as)
(4) Terugslagkleppen (l I) Wiegwiel
(5) Draaimoment-meetas (voor het ingaand (12) Hydraulische pomp
draaimoment) (13) Voeding voor de constante druk naar de
(6) Tachometer (voor het toerental van de in- retourplunjers ( 17 bar)
gaande as) ( 14) Voedingvoor lekcompensatie (8,4 bar)
(7) Wiegwíel (15) Signaalgevervoorvloeistofdruk
te compenseren werd elke leiding
afzonder-lijk, vi; terugslagkleppen, verbónden met een voedins.
Het sener;torisch deel werd aansedreven door-een hydromotor en het ingaaid draai-moment werd gemeten met behulp van een
draaimoment-meetas. Het toerental van de
ingaande as werd gemeten met behulp van een foto-elektrische disitale tachometer. Om fluctuaties in het to-erental van de in-gaande as af te zwakken werd een stalen vliegwiel gemonteerd. De diameter van dit wiel bedroeg 29,5 cm en de dikte 6,5 cm. Het vermogen dat door het motorisch deel
$Íasen hydraul
ische overbreng
i ng
AÍbeelding 4 geeft grafisch de verandering van de gemiddelde waarde van het ingaand draaimoment T1."un wê€Í bij verandering van het toerental van de uitgaande as n2 als het toerental van de ingaande as n 1 constant blijft. De gemiddelde waarde van het in-gaand draaimoment werd verkregen door
de geregistreerde waarde van het ingaand
draaimoment uit aÍbeelding 3 te integreren over een periode en t delen door de periode-tijd. Afbeelding 4 toont duidelijk aan dat de gemiddelde waarde van het ingaand draai-moment een maximum waarde aanneemt als n2 ongeveer gelijk is aan 80 omw. min-I, terwijl de waarde van het gemid-delde ineaande draaimoment afneemt in
zo-wel het -hoge als het lage toerengebied.
Af-beelding 5 toont de betrekking tussen de ge-middelde waarde van het uitgaand draaimo-fir€Dt T2-.uo en het toeren-tal van de uit-gaande as n2 als het toerental van de ingaan-de as constant wordt gehouingaan-den. Uit af-beelding 5 blijkt duidelijk dat de gemid-delde waarde van het uitgaand draaimo-Ír€Irt T2r.uo groter wordt á]s het toerental van de uitgaande as afneemt. Als het toeren-tal van de uitgaande as een bepaalde waar-de bereikt wordt waar-de waarwaar-de van het uit-gaand draaimoment gelijk aan nul. Uit het principe van de geteste over-brenging blijkt dat de overover-brenging zonder meer kan werken als de snelheid van de uit-gaande as gelijk is aan nul. Vanwege de lek in de hydraulische pomp die werd gebruikt om de overbrenging te belasten, was het ech-ter niet mogelijk het uitgaand draaimoment te meten als de snelheid van de uitsaande as nul was. De gemeten, en in aÍbeJldingen 4 en 5 weergegeven, minimum waarde van het toerental van de uitgaande as bedroeg ongeveer 4 omw. min-I. Hierbij was de naaldafsluiter in de perszijde van de pomp die de belasting opnam volledig gesloten. Onder deze conditie werden srote fluc-tuaties in het toerental van de ui-tsaande as waargenomen Deze fluctuaties- werden veroorzaakt door een ongelijkmatig lek-gedrag van de hydraulische pomp die werd
gebruikt om het systeem te belasten. Uit de
waarnemigen tijdens de metingen bleek dat
de prestatie van de geteste overbrenging bij
lage snelheden veel beter was dan die van conventionele hydromotoren. De betere prestatie bij lage toerentallen wordt veroor-zaakt door de negatieve helling van de ka-rakteristiek van het uitsaand draaimoment in het lage toerenbereiË zoals afb. 5 duide-lijk aangeeft. Conventionele hydromotoren hebben daarentegen een draaimoment--karakteristiek diiin het laee toerenbereik een positieve helling heefl waardoor de prestatie bij lage snelheden tijdens be-lasting niet zo goed zijn.
AÍb. 6 toont de grafiek van het totaal ren-dement van het- prototype van de over-brenging. Het totaal rendement is als volgt gedefrnieerd:
T2mean n"
lolaat renoement :_- x luu (%)
T l m e a n n ,
5 1 0
Het totaal rendement volgens aÍb. 6 neemt de grootste waarde aan als het opgenomen vermogen het grootst is (vergelijk aÍb. 4). De maximum waarde van het totaal ren-dement bedraagt in dit geval 74Va. Afb.7 toont de veranderingen van het opgenomen
vermogen Pi"(=2 T1,n"uo.n1l60), het
af-gegeven vermogen Port(:2 T2^"uo.n2/ 60)
en het vermogensverlies P1or, (: Pin-Pou1)
bij een constant toerental van de ingaande as van 240 omw. min-1. Door het constant toerental van de ingaande as verloopt de kromme van het opgenomen vermogen Pin identiek aan die van het ineaand draaimo-ment. zoals die in afbeeldlng 4 werd ge-toond. uit afb. 7 blijkt duidelijk, dat het
ver-mogensverlies het grootst wordt als de
snel-heid van de uitgaande as nul wordt, dus
stilstaat. Het vemosensverlies neemt af als
de snelheid van de-uiteaande as toeneemt. Deze tendens wordtveóorzaakt door het af-nemen van de drukverhoging in de leiding bij toename van het toerental van de gaande as. Als het toerental van de uit-gaande as gelijk is aan nul wordt het ver-mogensverlies hoofdzakelijk veroorzaakt door de wrijvingsverliezen in het generatori-sche deel omdat het motorisch deel stilstaat.
Volgens aÍb. 7 bedraagt het vermogensver-lies bii stilstand van de uitgaande as 30% Iies bij stilstand van de uitgaande as 30Zo van de waarde van het maximum n.-van de waarde n.-van het maximum op-genomen vermogen. Uit dit feit bli
genomen vermogen. Uit dit feit blijkt
duide-lijk dat het generatorisch deel van het proto-proto_
type van de overbrenging een relatiefgroot wrijvingsverlies veroorzaakt. Daarom is de maximum waarde van het totaal rendement van de overbrenging niet zo hoog. Als een
generatorisch deel kan worden
ge-óonstrueerd dat veel lagere wrijvingsvËr-liezen heeft, dan kan een veel hogere waar-de voor het totaal renwaar-dement vaí waar-de over-brenging worden verkregen.
Vergelijking van de testresultaten met de theoretisch berekende waarden
AÍb. 8 toont de vergelijking tussen de testre-sultaten en de berekende waarden van de karakteristiek van het insaand
draaimo-ment van het prototype. De-berekende
waar-de die wordt aangegeven door de
ononder-broken lijn, werd verkregen uit de theoreti-sche analyse die in het vorige rapport werd beschreven (l). In deze analyse werden de energieverliezen en de massa-effecten van de bewesende delen verwaarloosd. De ab-scis in afb. 8 is een dimensieloze
toerental-s F
ts
FÍ
-AJ de dl A d ) N 4 0 3 0È
l i ? oË
è
Ê
ÁJb. 4. Gemeten waarden voor het gemiddeld ingaand draaimom€fit T1^"orbij eei toerental van de uitgaande as n2 als het toerental van de ingaande as n 1 constant wordt gehouden.
o 50 Íoo 'uo
n. toïr,
tuo
AÍb. 6. Gemeten waarden voor het totaal-rendement van het protoq)pe van de over-brenging.
h e r p
-AJb. 5. Gemeten waarden voor het gemiddeld uítgaand draaimoment T2^"o, bi een toeren-tal van de uitgaande as n2 als heÍ toerentoeren-tal van de ingaande as consÍant wordt gehouden.
I t z r p n
A/b. 7. Veranderingen van het opgenomen
ver-mogen P6 het afgegeven verver-mogen Pou, en het vermogensverlies P6r, bij een toerenÍal van de uitgaande as n2.
n z r P m
3-Íasen
hydraul
ische overbreng
i ng
;ver-30Vo oP- ride- 'oto-root .s de nent ge- veI- aar- ver-t d e itre-r d e mo- 1AÍ- 'eti-'erd r d e van ab- tal-5 0 o o o)
- c a o n .= 2 4 0 t p F o o o / oT
o otonen als de berekende waarden. De verschillen tussen de test- en de theoretische resultaten komen hoofdzakelijk voort uit de wrijvingsverliezen in het generatorisch deel van de overbrenging.
AÍb. 9 toont de vergelijking tussen de testre-sultaten en de berékáde-waarden van de karakteristiek voor het uitgaand draaimo-ment van het prototlpe van de over-brenging. De berekende waarden werden
evenèens afgeleid in het vorige rapport. Uit
afb. 9 blijkt dat de testresultaten bijna overeenkomen met de berekende waarden.
Dit betekent dat de vermogensverliezen die
optreden in het motorisch deel en de leiding zèer klein zijn. Vanwege die olielekkage is de werkelijke drukverhoging lager dan de theoretisch berekende waarde. Daarom zijn de gemeten waarden van het uitgaand draai-moment in het gebied van de lage waarde oo de abscis in aÍb. 9 kleiner dan de bere-kènde waarden. In het gebied met een hoge waarde op de abscis zijn de gemeten waar-den van het uitgaand draaimoment groter dan de berekende waarden omdat hier de massa-effecten van de bewegende delen van de overbrenging een rol gaan spelen. De verschillen die worden veroorzaakt door de
massa-effecten zullen groter worden als het
toerental van de ingaande as nl hogeÍ wordt.
Conclusie
In dit artikel, dat een vervolg is op de theore-tische beschouwing van een automatheore-tische hydraulische overbrenging door middel van 3-fasen wisselstroom, worden de testresul-taten beschreven van het protot)?e van de overbrenging. Het slagvolume van het gene-ratorisch deel van dit prototype bedroeg 12,3 cmt per fase en de maximum drukver-hoging van de vloeistofbedroeg 263 bar.
Voor het generatorisch deel van het
prototy-pe werd een iets gewijzigde hydraulische pomp met 3 plunjers gebruikt. Het moto-risch deel van het protot)?e werd volledig
nieuw ontworpen. Het
lekkage-com-pensatiesysteem functioneerde niet geheel
berfect waardoor het maximum toerental van de ingaande as van het prototlpe
be-oerkt bleef tot minder dan 300 omw' min-1.
b. p.o.u.n bevestigden echter volledig dat
de basisgedachte vàn de automatische
hy-draulisc[e overbrenging met behulp van een 3-fasen wisselstroom goed was.
Tiidens de experimenten-die in dit artikel
wórden beschreven bedroeg de maximum waarde van het gemeten totaal rendement
van het prototypà 7 47o . De belangrijkste
-re-den vooi een delgelijke lage waarde van het totaal rendemeni is het wrijvingsverlies in het generatorisch deel. Hetzal zeker
moge-Iiik;iin een veel hogere waarde voor het
to-táal réndement te uelkriigen als een genera-torisch deel kan wordèn geconstrueerd waarin de wrijvingsverliezen worden be-oerkt.
be semeten karakteristieken voor het in-en hét uitgaand draaimomin-ent van het,proto-tlpe werden vergeleken met de karak-têiistieken die waren voorspeld aan de
hand van de theoretische analyse die in een
eerder artikel werd behandeld. De overeen-komst tussen de gemeten en de berekende waarden waren in het algemeen goed te noe-men. Verder bleek uit de proeven, dat de fluctuaties van het ingaand draaimoment veel groter waren dan die van de geteste overbienging bij lage snelheden van de uit-saande ai veèl beter waren dan die van con-ientionele hydromotoren.
Dankbetuiging
De schrijver spreekt zijn dank uit aan prof.
dr. ir. W. M. J. Schlósser voor zijn
aan-moedigingen en gastvrijheid. Ook spreekt de schrijver zijn waardering uit voor de hulp die hij van J. Daniels mocht ontvangen om het prototype te realiseren en aan de me-dewerkers van het aandrijftechnisch labora-torium van de Technische Hogeschool Eind-hoven voor hun hulp tijdens de uitvoering van de proeven met het protot)?e van de overDrengrng.
Literatuur
(l) A. Hibi, Automatísche hydraulische
over-brengíng met behulp van 3-fasen wísselstroom, Aandrijftechniek 6/79, 5 juni 1979, pp 302-3 10. F + o
=
3 0É
F F- ?o 1 . 0Aíb. 8. Vergeliiking van de berekende waar-írn ,o, de"kàrakíeristiek voor het ingaand
draaimoment met de gemeten waarden.
, 0 0 1 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 n ! ' 2 4 0 r P o
\
à
\
5 0-b AzCz llz fi1 €1ftrAíb. 9. Vergeliiking van de berekende waar-ítr ron de"kirakreristiek voor het uitgaand
draaímoment met de Semeten waarden.
verhouding. Door middel van deze
dimen-sieloze toerental verhouding wordt de
theo-retische karakteristiek van het ingaand
draaimoment weergegeven door een enkele
lijn voor elk toerental van de ingaande en de uitgaande as. Uit afb. 8 blijkt duidelijk dat de testresultaten dezelfde tendens
ver-0 . 6 o . E Az e' flz A t ? , h r F
É
r-o.7 'eld en-)an ?r-en tal 79Opstellingvan heÍ generatorísch deel van de overbrenging.
AandriiÍtechniek, 8 oktober '1979
Opstelling van het motorisch deel van de overbrenging'
