Proefopstelling voor het bepalen van het bewegingsgedrag van luchtcilinders

Proefopstelling voor het bepalen van het bewegingsgedrag

van luchtcilinders

Citation for published version (APA):

Frielink, R. J. A. (1982). Proefopstelling voor het bepalen van het bewegingsgedrag van luchtcilinders. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPB0008). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1982 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.

Proefopstelling voor het bepalen van het bewegingsgedrag van lucht-cilinders.

WPB-rapport nr. 0008

R.J.A. FRIELINK

onderwerp:

proefopsteiling voor het be palen van het bewegingsgedrag van luchtcylinders

vakgroep WPB-Bedrijfsmechanisatie

coach/opdrachtgever: ir. P.W. Koumans

II\.IHOUD

1

l. Inleiding 2

2.

Beschrijving opdracht

3

3.

De invloedsgrootheden

4

3.1

de te testen cylinder

4

3.2

de smoring

4

3.3

de massa

4

3.4

de tegenkracht

6

3.4.1

konstante kracht

6

3.4.2

toenemende kracht

9

3.4.3

afnemende kracht

10

3.5

schokdemping 11

4.

De constructie

12

5.

Pneumatiek

16

6.

De meetapparatuur

18

6.1

de verplaatsing

18

6.2

de snelheid

19

6.3

de versnelling

20

6.4

de drukken

20

6.5

synchronisatie

21

7.

De metingen

23

8.

Slot

24

Bijlagen I

tIm

V

1. INLEIDING

:::==========

Een luchtcylinder is qua principe en antwerp eenvoudig, maar heeft een ingewikkeld bewegingsgedrag.

Een luchtcylinder heeft twee met lucht gevulde compartimenten die zich min of

meer als veer gedragen met een veerkonstante afhankelijk van de plaats van de zuiger. De drijvende kracht is afhankelijk van de drukken aan beide kanten van

de zuiger. Het drukverloop wordt weer bepaald door de smoring en het verplaatsingsgedrag.

Er is een model voor het bewegingsgedrag opgesteld, dat uitgaat van adiabatische toestandsverandering en verliesvrije stroming van de lucht.

Met behulp van een computer kan bekeken worden hoe de cylinder volgens dit model reageert onder verschillende omstandigheden (zie bijlage V).

Volgens dit model is het gedrag sterk afhankelijk van massa, tegenkracht en smoring.

Het model kan getoetst worden met behulp van een proefopstelling, waar deze invloedsgrootheden op gevarieerd kunnen worden. Vandaar de opdracht am zoln proefopstelling te bouwen.

Dit verslag laat zien hoe de opstelling is opgebouwd.

De uiteindelijke opstelling is gebouwd in de werkplaats van de vakgroep WPB, Bedrijfsmechanisatie.

2. BESCHRIJVING OPoRACHT

=========================

Ontwerp en bouw een proefinrichting voar het bepal'en van het bewegingsgedrag van luchtcylinders. Hierander te verstaan: het verloop van verplaatsing, snelheid en versnelling van de zuiger ais funktie van de tijd en het verloop van de drukken aan beide zuigerzijden, eveneens ais funktie van de tijd.

De volgende invloedsgrootheden moeten kunnen worden gevarieerd:

- afmetingen van de iuchtcylinder (diameter en slag);

- constructie van de luchtcylinder (bijv. eindbuffering, zuigerafdichting; dus cylinder van verschillende uitvaering en fabrikaat moeten kunnen worden gemeten);

- smoring van in- en/of uitlaat; - in beweging te brengen massa; - te overwinnen tegenkracht;

- verloop van de te overwinnen tegenkracht, afhankelijk van de plaats van de zuiger (bijv. konstante tegenkracht, toe- of afnemende tegenkracht, sprongsgewijze optredende tegenkracht).

Maak zoveel mogelijk gebruik van onderdelen van het Variabel Bouw Systeem en van opnemers, die in het laboratorium beschikbaar zijn.

3. DE INVLOEDSGROOTHEDEN

---3.1 De te testen cyli nde,r

De proefopstelling is geschikt voor luchtcylinders met een zuigerdiameter

kleiner dan 76 mm en een slag kleiner dan 300 mm, maar is in principe gebouwd veer ee.n cylinder

0

76 mm en slag 300 mm.

Voer de bevestiging van de cylinder is gekozen voer hoeksteunen aan beide uiteinden, die vastgeschroefd kUnnen worden aan de bodemplaat. Dit betekent dat

meting aan een andere cylinder aUeen andere hoeksteunen vereist.

Er dient echter weI nog rekening gehouden te worden met het plaatsen van de drukopnemers (zie 6.4).

3.2 De smoring

Om de mate van smering nauwkeurig te kunnen bepalen, is gekezen vear smoring door middel van 10sse pIaatjes met een bekende opening.

Het geheel ziet er ais voigt uit (exploded view):

3.3 De massa

De luchtcylinder van (2) 76 mm, slag 300 mm heeft een bewegend deel, dat bestaat uit de zuiger en de zUigerstang.

De massa van de zUigerstang is bij een diameter van 22 mm:

m

=

p.v

=

P.Tt

₄

d 2 .1

3 Tt 2

=

7,85.10 '4.0,022 .0,3

De totale massa van zuigersteng en zuiger zel ongeveer 1 kg zijn. Dit is dus de minimaal in beweging te brengen massa.

Yoor de trillingstijd van een massaveersysteem geldt:

T

=

2TtVf.

, waarbij m

=

massa en k

=

stijfheid van de veer.

Dit betekent dat vaal' een 3 maal zo grote trillingstijd (= 3 maal zo kleine frequentie) een 9 maal zo grote massa nodig is.

am een duidelijk verschil in responsie te kunnen krijgen is het dus wenselijk om een massa van ongeveer 10 kg aan de zuigerstang te kunnen bevestigen.

Het bewegen van een dergelijke massa vraagt om een geleiding.

Een eenvoudige rechtgeleiding wordt geleverd door het Philips Variabel Bouwsysteem. Deze is als voIgt opgebouwd:

De twee driepuntselementen bevriezen de translaties in y- en z-richting en de rotaties om de y- en z-as.

Het tweepuntselement bevriest de rotatie am de x-as.

Over blijft dus de translatie in de x-richting en die is gewenst.

Omdat deze geleiding kinematisch bepaald is, worden er geen hoge eisen gesteld aan zowe! de stijfheid van de assen en de verbindingen van de geleidingselementen als aan de montage van het geheel.

Het gebruik van de assen dan wel het gebruik van de geleidingselementen als bewegende massa, doen die massa met ongeveer 2 kg toenemen.

De minimaal bewegende massa wordt hiermee 3 kg.

Wegens de constructieve mogelijkheden kan de totale op te leggen massa maximaal 30 kg bedragen (zie H 4).

De constructie die de bewegende massa draagt wordt in het vervolg IIwagen" genoemd.

3.4 De tegenkracht

3.4.1. Konstante tegenkracht.

Het opwekken van een konstante, niet plaats- of tijdsafhankelijke tegenkracht, dus in principe "massaloos", kan op een aantal manieren.

Omdat de maximaal door de luchtcylinder te leveren kracht

Tt2

n:

2 5 6

F =

4.d .

~p

=

If

0,076 . 5 . 10

=

22 7 N.

wordt gedacht aan een te leveren tegenkracht van ongeveer 1000 N.

a) Met behulp van veerconstructies:

~\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\~

Door een geschikt nokprofiel te kiezen waar het veeruiteinde over kan afroHen, is het mogeUjk een konstant moment op as A te realiseren.

Voorwaarde: F -veer • a = konstant.

Nadelen:

- 6f de afmetingen van de nok worden erg groot, 6f de nok vereist een zeer nauwkeurig profiel.

fabricage van een dergelijke nok is duur en montage is niet eenvoudig bij F = 1000 N.

I""""""- _ _ _ _ _ ~ (

.f(icx.=t==

,:::=:::=

~==A.iMI_

...

F

"IJ

De mate van toename van de breedte van de veer (zie vorige bIz.) bepaalt het veerverlaop. Een lineaire toename van de breedte resulteert in een konstante kracht F. Zie va or de berekening van de veer bijlage I.

Uit deze berekening valt te conc1uderen dat voar een gewenste kracht van 1000 N de veer enorm groot wordt en dat inklemming moeilijk en gevaarlijk is wegens het buigend moment.

Veranderil1g van de kracht kan door middel van verandering van de straal r, maar heeft als gevolg dat de beschikbare veerlengte een stuk grater maet zijn am een redelijk gebied te bestrijken.

Al met al niet zo 1 n geschikte constructie.

b) Door het opwekken van drage wrijving.

Dit vereist een konstante normaalkracht. Voor een wrijvingskracht van 1000 N, bij een wrijvingscoefficient van 0,5 , is dat 2000 N.

Opwekking van een dergelijke narmaalkracht door bijvoorbeeld gewichten, veren of cylinder levert allerlei specifieke problemen op. Aan het frictiemateriaal zullen ook speciale eisen gesteld maeten worden: f-dyn = f-stat.

Bovendien zal de slijtage enorm groat zijn.

c) Rolmembraan in kombinatie met drukvat.

I

I", fJ)

r

t

!if _, , !u t-~-~

...

I

.,.

..,..

I

..

'-

... \ I I I I • I

Een kanstante druk op het membraan levert een konstante kracht op de stang. Het rolmembraan heeft een zeer lage wrijving.

In de handel zijn SIMRIT -rolmembranen.

Voar maximale slag zijn de afmetingen: H-max.

=

150 mm bij Dc

=

150 mm en

Ok

=

140 mm; dan is Sa

=

Sb

=

130 mm , S-tot.

=

260 mm , dus maximale slag

260 mm.

F 6p =

i;.Tt.Dk2 dus P-vat

=

1,65 bar.

=

i;.Tt.O,1402

1 000 _{0,65 bar}

V== *.Tt.Dk2.S

=

*.Tt.0,1402.0,26

=

4

1 iter

tot

v

=

90 1 iter (drukvat werkplaats) t:N _V = 0,044

Veronderstel P. Vk=C ( k

=

1,4 lucht) adiabatische toestandsverandering

P V k _{u. u}

₌

p' _{I .} V· k _I

Pu V . k

(V~) .Pi stel Pi = 1,65 bar

9

a

1,4

Pu = (94) .1,65 == 1,55 bar

dus 6Pu

=

0,55 bar,

6Pi-C1Pu

dus C1Pi

=

0,153

=

15% terugval in druk

dU5 ook 15% terugval in kracht.

Deze terugval is ontoelaatbaar.

d) Cylinder met drukvat.

Het rolmembraan zou geschikt zijn aIs de diameter kleiner zou zijn en de slag grater. Een luchtcylinder met deze afmetingen is weI verkrijgbaar, maar heeft ais nadeel de hogere inwendige wrijving.

C1P-toel. = 11 bar bij de meeste cylinders.

F = 1000 N

F

103

A

== -

=

P - 11.105 dus d=34 mm V

=

~d2.300

=

0,27 l i t e r , Pu

₌

_(90,27) 9

a

1 ,4 _.12 11,95 bar terugval in kracht

11-~~,95

== 0,5% .

De grootte van de tegenkracht· kan eenvoudig ingesteld worden door middel van de druk in het drukvat.

Uiteindelijk is gekozen voor de laatst genoemde mogelijkheid, omdat: de constructie vrij simpel is;

- het instellen van de grootte van de tegenkracht eenvoudig is;

een drukvat, compressor en een cylinder zijn in de werkplaats aanwezig; de compressor levert een maximale absolute druk van ongeveer 11,5 bar; de cylinder heeft een slaglengte groter dan 300 mm;

de diameter van de zuiger is 32 mm; gecombineerd met de maximale druk van

de compressor levert dit:

~.O,0322.10,5.105

= 845 N.

3.4.2. T oenemende tegenkracht.

De bekendste vorm van met de verplaatsing toenemende Kracht is de veer. Veren zijn in a11erlei maten, stijfheden en soorten te koop.

Voor een veerweg van 300 mm is de keuze min of meer beperkt tot druk- of trek-schroefveren.

Drukveren vragen bij een bepaalde indrukking ge1eiding van de veer tegen knik, trekveren niet. De keus valt dus in eerste instantie op trekveren.

Gewone trekveren hebben een lineaire karakteristiek d. w. z. de trekkracht neemt recht evenredig toe met de verplaatsing.

Een veerweg van 300 mm kan bereikt worden door serieschakeling van veren. De maximale uittrekking van de veren is dan:

Aantal veren: 1 2 3 4 5

f-max. in mm: 300

150

100

75 60

Omdat massaal gefabriceerde veren goedkoper zijn dan veren op bestelli ng, is een keuze gemaakt uit de collectie van Tevema ( zie bijlage II).

A1s beste combinatie komt uit de bus een serieschakeling van 4 veren T 32600

met f-max.

=

75,70 mm. De daarbijbehorende trekkracht is 237 N.

Parallelschakeling van 2 x 4 veren levert een dubbele trekkracht n1. 474 N. Ott lijkt in eerste instantie genoeg, maar kan a1tijd vergroot worden door verdere parall elschakeli ng •

De veerstijfheid van deze combinatie en de maximale trekkracht kan nu veranderd worden door de combinatie van veren te veranderen.

2

x

3 in plaats van 2

x

4 veren levert dezelfde maximale trekkracht, maar een stijfheid die 4/3 maal zo groot is. Bij de opstelling dient men dan rekening te houden met de toelaatbare uitrekking van de veren, in dit geval 225 mm. 1 x 4 veren levert een stijfheid die

i

x 20 groot is als de aorspronkelijke

en een maximale trekkracht die

!

x zo groat is.

3.4.3. A fnemende tegenkracht.

Hierbij wordt in eerste instantie gedacht aan het simuleren van statische wrijving die voornamelijk bij sledeconstructies optreedt en verdwijnt zodra de slede beweegt. Om deze statische wrijving te overwinnen is een bepaald drukverschil in de cylinder nodig. Zodra dit drukverschil groot genoeg is, zel de slede bewegen en als gevolg daarvan zal de statische wrijving overgaan in dynamische wrijving, die meestal veel kleiner is.

Door het verminderen van die tegenwerkende kracht zal er een overschot aan drukverschil zijn, dat zich manifesteert in een grate versnelling van de slede. Na het bekrachtigen van de cylinder zai het dus even duren vaordat er genoeg druk apgebouwd is en dan zal de slede wegschieten met sen extra grote versnelling. Dit kan lei den tot instabiel bewegingsgedrag van de slede.

In sen extreem geval kan de slede zelfs weer tot stilstand komen, als de slede ten gevolge van die grote versnelling zover doorschiet dat het drukverschil

kleiner wordt dan noodzakelijk voor de dynamische wrijving. Dan zou het verhaal weer overnieuw beginnen en de slede zich met horten en stoten verplaatsen.

De houder (2) bevat een wrijvingsblokje (1). Door middel van de moer (4) wordt de huls (3) omhoog geschroefd en zai het wrijvingsblokje tegen de beweegbare wagen aankomen.

De moer wordt gedraaid totdat de randen van de houder en de huls op gelijke hoogte zijn. Dit heeft een indrukking van de veren tot gevalg van 2 mm die onafhankelijk is van de afstand van de wagen tot de bademplaat.

Gekozen is vaor een pakket van 8 x 6 schotel veren Schnorr 626 E1 6. Vaar deze veren geldt P-max. = 30 N bij f = 0,25 mm.

Paralleischakeling van 6 veren geeft P-tot.

=

180 N. Serieschakeling van 8 nesten geeft f-tot. = 2 mm.

Toepassing van wrijvingsmateriaal met wrijvingscaiHficient 0,5 (bijv.

Ferodo) geeft een wrijvingskracht van 90 N. Zodra de wagen van het blokje af is gereden verdwijnt die kracht.

3.5 Schokdemping

Naast het gebruik van eindbuffering in de te testen cylinder is het ook mogeJijk externe schokdempers aan te brengen.

Op deze manier kan bijvoorbeeld hydraulische en pneumatische demping met elkaar vergeleken worden.

4. DE CONSTRUCTIE

---Het geanalyseerde uit het vorige hoofdstuk dient gebundeld te worden in een constructie.

Streven hierbij is deze constructie zo goedkoop en eenvoudig mogelijk te maken. De meest ideale constructie is zodanig dat aile krachten, oak traagheidskrachten, op een lijn liggen, zodat er geen momenten dus ook geen rotaties optreden.

De wagen wordt geleid door middel van het variabel bouwsysteem.

.. F

~z

y

De rotatie om de z-as wordt verhinderd door de twee drierollenelementen. Om schranken zaveel mogelijk te voorkomen is het gewenst de krachten zo dicht mogelijk bij de hartlijn van de drierollenelementen te laten aangrijpen, het Hefst precies op de hartlijn.

De wrijvingskracht Lg. v. het tweerollenelement kan uiteraard niet op die hartlijn aangrijpen, maar die kracht zal vrij klein zijn.

Het laten aangrijpen van de krachten op de hartlijn kan in principe het eenvoudigst door de rollenelementen aan de vaste wereld te bevestigen en de geleidingsas te laten bewegen. Het geheel zou er dan aIs voIgt uitzien:

-

..n.

-

_u I

_-

I 0

®

()

---

-

'-

8]'- '----5::D 300 70 300 230 300 520

l~

De tot ale opbouwlengte wordt dan 2270 mm.

Bevestiging van de rollen aan de wagen geeft een veel compactere constructie:

...

c ...

-

v I

_-

_-

I

_k

_-+

I I

r

-[(') 0

..

, . " "'t::::= -IV v 550 170 300 520

De tot ale opbauwlengte is 1540 mm.

Het nadeel van deze canstructie is de afstand tussen aangrijpingslijn van de

krachten en de hartlijn van de drierollenelementen. Ter voorkaming van schranken worden die elementen een stuk uit elkaar geplaatst.

Ten opzichte van de vorige constructie is de minimale massa kleiner door het ontbreken van een lange geleidingsstaaf tussen de cylinders. Bovendien vereist

de compacte constructie een minder nauwkeurige montage van de cylinders en recht-geleiding.

Het grootste nadeel van eerstgenoemde constructie is echter de totale opbouwlengte.

V~~r de bouw van de opstelling was een bodemplaat ter beschikking van 1 bij 1,5 meter; zonder allerlei kunstgrepen te klein voor die constructie.

Met het oogpunt op schranken is het oak wenselijk het massamiddelpunt ap gelijke (z- )hoogte te monteren als de rollenhartlijn:

M

Dit vraagt wei regelmatig bijstellen van de armen waar de bovenste wielen aan gemonteerd zijn, omdat die nu de zwaartekracht opvangen (zie bijlage III). Plaatsing van de veren op gelijke afstand van de cylinder en de tegencylinder in het verlengde van de te testen cylinder levert geen momenten t.o. v. die

cy li nder op.

~==- ----:..--::.~~I 1- te testen cylinder 2- tegenkrachtcylinder 3- wagen

4-

geleidingsassen 5- 6- 7- 8-geleidingselementen massa oplopende kracht afnemende kracht I

....

P I

De bevestiging van de cylinder dient min of meer flexibel te geschieden:

Via de dopmoer (2) duwt de zuigerstang tegen de steun (3) van de wagen. Het U-profiel (4) voorkomt dat de wagen "weg kan lopen" en zorgt voor de krachtdoorleiding ais de zUigerstang de wagen trekt.

De praktijk wees uit dat de moer (1) de neiging heeft los te trillen. Daar moet bij het meten op geiet worden. Het vastzetten van het profie! dient te gebeuren bij ingetrokken zuigerstang.

Door het U-profiel weg te laten kan het gedrag van de wagen bij het los opduwen be keken worden.

Om de krachtdoorleiding van steun naar steun te verbeteren en vermoeiing te voorkomen, zijn voor de opstelling twee drukstaafjes gemaakt. Een stuk strip dat tussen de gewichten gelegd kan worden en een buisje vaal' het geval er geen gewichten op de wagen liggen.

5. PNEUMATIEK

---Het bekrachtigen van de cylinders vindt plaats volgens het schema op de volgende bladzijde.

Een stuurventiel aan de tegenkrachtcylinder is handig, omdat het op druk brengen van het drukvat ongeveer

I!

uur in beslag neemt.

Het 3/3 ventiel heeft 3 standen:

1. de cylinder is verbonden met het drukvat;

2. de cylinder is verbonden met de buitenlucht; het drukvat is afgesloten; 3. drukvat en cylinder zijn afgesloten. Afhankelijk van de vorige stand van het

ventiel is de druk in de cylinder nu gelijk aan de druk in het drukvat of gelijk aan de buitenluchtdruk.

De cylinder gedraagt zich nu volgens p. Vk = c bij adiabatische toestandsver-andering . of volgens p. V = c bij isotherme toestandsverandering.

Wegens de geluidsoverlast zijn aan de ontluchtingsopeningen van het 5/2 ventiel geluidsdempers gemonteerd.

LUCHT LEIDING 0 8mm

I

I-'

... I

6. DE MEET APPARA TUUR ::=:::::::;=::=:=:::==

Voor het meten van verplaatsing, snelheid en versnelling zijn er een aantal mogeUjkheden.

Omdat de snelheid de afgeleide van de verplaatsing is en de versnelling de afgeleide van de snelheid is, is het in principe voldoende Mn van deze drie te meten.

Het meten van alle drie levert echter controlemogelijkheden op en blijkt eenvoudig te zijn, terwijl integreren of differentHken allerlei problemen met zich

meebrengt. Daarom worden verplaatsing, snelheid en versnelling ieder afzonderlijk gemeten.

6.1 De verplaatsing

Deze wordt gemeten met behulp van een weerstand:

r - T ' I 11rrr-1I

-""'"""mfl"iT----nTludt

~

Over de weerstand van ongeveer 100 Q staat een spanning van 15 V.

Het spanningsverschil tussen de aan de wagen bevestigde loper en de min-pool van de spanningsbron is recht evenredig met de verplaatsing van de loper. De weerstand is draadgewonden met een spoed van 0,65 mm.

Dit betekent dat het trajekt gedigitaliseerd is met 300₆ = 460 mogelijke 0, 5

meetwaarden, zodat nauwkeurig meten mogelijk is.

Uit metingen blijkt dat de loper voar verbeteringen vatbaar is.

Door bepaalde trillingen, bijvoorbeeld bij het lopen tegen de einddemping, kan de loper gedeeltelijk van de weerstand loskomen:

Dit geeft een klein spanningsverschil, dat weliswaar niet erg storend is in het verplaatsingsbeeld, maar dat verholpen kan worden door een smaller kontaktvlak van de loper. Het verend gedeelte van de loper mag niet verkleind worden, omdat dan de veerkracht te klein kan worden.

Die veerkracht en de slijtage van de draad dienen regelmatig in de gaten gehouden te worden.

6.2 De snelheid

Deze wordt gemeten met behulp van een tachometer:

Tussen twee rollen wordt een staaldraad (veren staaldraad 0 0,25 mm) gespannen. De draad wordt bevestigd aan de loper van de wagen en wordt driemaai om het wiel van de tachometer geslagen.

Op deze manier is de radiale kracht op de tachometer minimaal, dus ook de wrijving in de tachometer minimaal.

De tachometer geeft een signaal van 0,02 omw/min Volt

V _{t ==}

0:6

_{n: .W ==}

°1

_{n: .}

6

:! _r

°1

6 _:! r == n: 'V t

9..J

Vo 1 t

=

Tt rad/s

Voar een spanning van 20 V bij v

=

1 mls is dus een r nodig:

r == 0n:,6. 2 1

6.3 De versnelling

De versnelling wordt gemeten met een versnellingsopnemer .Dit is in dit gevel een inductieve opnemer, die een kleine spanning efgeeft ,afhankelijk van de optredende versnelling.

De spanning wordt versterkt door een versterker die een spanning afgeeft ,bruikbaar voor een oscilloscoop of transi ent-recorder.

Om hage frequenties (ruis) uit het signaal te filteren is de opnemer met rubberringetjes gemonteerd. Dit heeft nagenaeg hetzelfde effect ais filtering langs

elektranische weg.

6.4 De drukken

Het drukverschil over de zuiger bepaalt welke kracht de cylinder ter beschikking heeft voar het overwinnen van de wrijving en de tegenkracht. Het krachtoverschot resulteert in een versnelling van de in beweging te brengen massa.

De drukken aan beide kanten van de zuiger worden gemeten met behulp van

piszoeiektrische drukopnemers. Deze wekken lading op die door middel van een lading-versterker wordt omgezet in een spanning. Met een calibrator kan de lading-versterker gesikt worden. Het principe van ladingopwekking heeft ais gevalg dat het in principe niet magelijk is statische drukken te meten. Dit kan echter omzeild worden De versterker kan op drie manieren gebruikt worden:

- voor hoge frequenties (short)

- vaar middelhoge frequenties (medium)

- voar lage frequenties en quasistatisch (long)

Testen van de apparatuur laat zien dat bij meten in de stand "short" aileen de hage frequenties zichtbaar worden. In de stand "medium" zakt de spanning aanzien-Ujk binnen tienden van seconden, terwijl de druk constant moet zijn.

In de stand "long" is de spanningsafval pas merkbaar na een minuut, terwijl ook de voar deze opstelling hage frequenties nag goed weergegeven worden. Zadaende is het mogelijk de absolute druk te meten, mits vaor ledere meting de versterker gereset wordt, zodat de beginwaarden steeds hetzelfde zijn.

Indien de te testen cylinder beschikt over einddemping, dan moeten de drukopnemers in de dempingskamers geplaatst worden, zodat het werkelijke drukverschil gemeten wordt.

Bij het bepalen van de beschikbare kracht moet erop gelet worden ap welk oppervlak de betreffende druk werkzaam is.

VLE///

r-" D / / / / / Idz dd f

-

-

-

I

,

-W2

-Voor de einddemping is dat:

1(D2-d~)

V _{oar e zUlgerstangzlJ e} d · "d . d IS at: Tt

Ii

(D2 d2)

-

z

6.5 Synchronisatie

De metingen worden gesynchroniseerd door middel van een transient-recorder (Biomation). De recorder kan op een aantal manieren 4096 meetwaarden opnemen in het geheugen.

Van 1, 2 of 4 ingangssignalen wordt met een vaste tussentijd de gemeten waarde in het geheugen opgeslagen. Die tijd is instelbaar.

Voor 1 ingangssignaal zijn 4096, voor 2 signalen 2048 en voor 4 signalen 1024 geheugenplaatsen per signaal beschikbaar.

Zodoende kunnen 4 metingen gesynchroniseerd worden.

Is het wenselijk een van deze vier een keer beter te bekijken, dan kan dat door aIleen dat signaai met de recorder op te nemen.

Metingen van verplaatsing, snelheid, versnelling en drukken aan beide kanten van de zuiger kunnen niet tegelijkertijd 9pgenomen worden in de transientrecorder. Daarom zijn de metingen in bijlage IV opgesplitst in twee delen:

- 1 maal meting van verpiaatsing, snelheid en drukken - 1 maal meting van verpiaatsi ng, snelheid en versnelling. Uiteraard zijn oak andere combinaties mogelijk.

Op de uitgang van de recorder kan een oscilloscoop of een x-y-schrijver aangesioten worden.

7. DE METINGEN

---Met behulp van een aantal metingen is de betrouwbaarheid van de signaien bekeken. Van een aantal metingen zijn door een x-y-schrijver grafieken gemaakt (zie bijlage IV). Door een foute stand van het 3/3 ventiel aan de kleine cylinder is in plaats van

geen tegenkracht een oplopende tegenkracht gecreeerd. De cylinder is nu een afgesloten ruimte waar de druk toeneemt naarmate het volume kleiner wordt. Uitgaande van een adiabatische toestandsverandering geldt p. Vk

=

c.

De begindruk is 1 bar .Hieronder voIgt een beschrijving van de metingen bij een leidingdruk van 6 bar, zander smoringsplaatjes, zander massa en zander veren.

Op tijdstip t1 wordt het 5/2 ventiel omgesehakeld; dit betekent: eerst wordt de ontluchti ng van de zuigerstangzij de van de cyli nder ge initieerd •

Op t2 vindt bekrachtiging van het andere compartiment plaats. Zodra (ap t3) het drukverschil groat genoeg is om de rustwrijving te overwinnen, begint de zuiger

te bewegen. Als gevolg van die beweging wordt het volume aan de inIaatzijde vergroot, dus de inlaatdruk valt af, waardoor de kracht op de zuiger weer minder

wordt en de zuiger langzamer gaat bewegen. Hierdoor loopt de druk eehter weer op en zal de zuiger sneller bewegen, etc.

Oit verschijnsel dempt Iangzaam uit.

Van t3 tot t4 wordt het drukverschil langzaam grater ais gevolg van de afgesloten tegenkrachtcylinder. Op t4 loapt de zuiger tegen zijn einddemping aan.

De kleine dempingsruimte met grate uitstraomweerstand zorgt ervaor dat de druk sterk toeneemt en de zuigersnelheid sterk afneemt. Er treedt eenzelfde soort trillingsverschijnsel op ais net beschreven.

Op t5 komt de zuiger in de uiterste stand. De druk aan de inlaatzijde loapt ap tot de leidingdruk; de druk in de dempingsruimte neemt af door het leegstromen van die ruimte.

Vanaf t6 vindt min of meer hetzelfde plaats als vanaf tl, aileen verloapt de beweging in tegengestelde richting.

Dit betekent dat het zuigeroppervlak aan inlaatzijde in plaats van Tt

4- . D2

Tt( 2 2

wardt:

if

D _{-d z)} en aan uitlaatzijde precies andersom.

8. SLOT

De praefopstelling, zoals die nu gebouwd is, laat een groat aantal mogelijkheden over voor de gebruiker am de opstelling Vaal' hem zo geschikt mogelijk te maken.

- Omdat het massamiddelpunt van de met gewichten beladen wagen nu niet in een lijn ligt met de cylinders blijkt verdraaiing van die wagen op te treden bij grate versnellingen als gevolg van zijn traagheid. De piaatsing van de cylinders kan echter eenvoudig veranderd worden.

- Er zijn een aantal mogelijkheden om een plotselinge belasting op te leggen aan de te testen cylinder.

De zuigerstang kan losgekoppeld worden van de wagen, waarop de wagen op een bepaal-de afstand van bepaal-de cylinbepaal-der geplaatst wordt, zodat bepaal-de zuigerstang pas na bewegen een massa opgelegd krijgt. Door de wagen met een eenvoudig te maken steun tegen

te houden kunnen oak de veren bevestigd en de tegenkrachtcylinder bekrachtigd worden.

- De massa van de wagen met aanhangsels is bijna 4 kg .Dit is voor het meten met een kleine massa vrij groat.

Voor het meten met een zo klein mogelijke massa moet de wagen gedemonteerd wor-den. Met een U-profiel anaioog aan het profiel dat gebruikt wordt Vaal' het bevestigen van zuigerstang aan wagen, kunnen de zuigerstangen van de beide cylinders

met eikaar verbonden worden, eventueel samen met de veren. Aan dit profial moet dan oak nag een lapel' bevestigd worden voor het meten van verplaatsing en snelheid. De opnemers moeten dan uiteraard dichter bij de cylinders geplaatst worden.

De opstelling biedt ongetwijfeld meer variaties, geheel afhankelijk van de fantasie van de gebruiker.

De statische-wrijving-imitatar is nog niet operationeel. Er is nag geen wrijvingsblokje gemanteerd en de schotel veren dienen eerst schoongemaakt te worden. De imitator is dan aak aHeen nog maar getest zander blokje; het effect is echter

zichtbaar.

De praefopstelling zal ongetwijfeld op velerlei gebieden verbeterd kunnen worden, maar functioneert in ieder geval in de huidige toestand.

Tot slot zou ik iedereen willen bedanken die een positieve bijdrage heeft geleverd bij de totstandkoming van deze proefopstelling en met name de heren

Koumans, (coach) Renders,

van Raoij, van Stiphout en van Tartwijk.

Mijn speciale dank gaat uit naar mijn vriendin Marie-Ange Arpot voar het typen van het verslag.

Twee veren met toenemende breedte

Voor een trapeziumvormige veer geldt

E 2

....E ::::

Om

V

9£

2 Om E ::: 9 • V P E r - - - f - _ _ _

-!.

0: b(x)

----

..

r-

...".---F=constant

V = b.Tt .r.h met b gemeten op midden van gekromde deel:

=Tt.r.h {ax + b_O} met a = tan Ct.

a . h.Tt . r . x + h. b O .Tt. r Ax + dus £ _p = F

₌

= Voor een 0

=

E 2 m B met A = 2 Om (Ax + B)

9£

dE 0 2

---E

m _A dx

9E

.

0 2 m .a.h.rr.r

9E

2 TtO m 9E .h.r.tan Ct. a.h.Tt.r en B

gebogen veer geldt h

1 .tp

=

h.bO·rr.r

Neem aan dat de veer een halve cirkelboog vormt

cr

=

E

₂

_{. Tt . r} h .rr m E h

= 2

r dus F = rr £2 h2 h.r.tan Ct.

9E

_4r2 rr£ h3 tan

a.

= 36 r

,

\ Ai

--~

F

h

E verenstaal

=

210 . 10

9

N/m2

0_{0 •2 verenstaal}

=

1700 N/mm2

5

2

2. 1 • 10 N/mm

dan geldt voor verenstaal: h

r 20

m

E 0,0162

n:; E 2

dus bij maximale doorbuiging geldt F = 0,0162 . 36 .h .tan

a

neem aan tan

a

= 0,1 (geleidel ijk verloop) dan is voor een kracht F = 1000 N : h2 = _n:;E 36 h = 5,8 mm dus r :::: h = 358 mm 0,0162 breedte konstruktie ~ 4r = 1432 mm De totale veerlengte n:; . r + !.s 1275 mm

Grootste breedte veer ~ij b

O

=

20

mm):

Buigend moment: Mb

=

E.I

1 • yJ

=

_re.

S:1

.re

r E.!

=

_r 1 3 1 == 12 .E.b.h .--;:

=

8,11 10

5

Nmm

=

811 Nm . F . 0,0162. tan

a

s

-

--I ( l \ 'A.. s

=

slag

=

300 mm b ~ 85 mm 2 (mm )

Trekveren Tevema

Veren met een maximale trekkracht;at200 N.

aantal dr Om L _f,

_P,

veren Cat.nr. 2,5 15,5 123 75,70 237 4 T 32600 2 2,8 17,2 138 81 293 4 T 32720 3 2,8 27,2 86,6 87,60 200 4 T 32740 4 2,8 27,2 112 137 200

3

T 32750 5 2,8 27,2 154 219 200 2 T 32760 6 2,8 27,2 210 328 200 T 32770 7 3,2 18,8 156 81 ,8 386 4 T 32840

Veren te bestel1en per 10, dus l[efst een type. Wegens inbouwlengte keuze: type 1.

Rolgeleiding (3 rollen)

aluminium leg. Type 01 b1 51 L1 t1 t5 H3 dr x Or x br Kodenr.: ,,~// M:

...

:r

'\

J RG 613 ₆ 16 M3 18 10 6 12.5 2,5 x 8 x 2,8 8222-173-81840 RG10/3 10 22 M4 28 15 9 20 4 x 13 x 5 8222-173-81790 I

i

r-!1.., .

RG15/3 15 30 M5 37 20 11 30 8 x22 x 7 8222-173-81720 , : I t1-1 i _RG2513 25 46 M6 54 35 13 50 15 x 35 x 11 8222-173-81650 L b 1

-

i , ; - J!L

1

_{RG40/3 40 66 M8 70 50 17,5 80 25 x 52 x 15 8222-173-82700} L~ l,1, . ...; br,.. H3 --~ ...

-

-:

...

..

{----Q:

Rolgeleiding (2 rollen)

aluminium leg.

t

r- -:

_{Type 01 b1 51 L1 t1 t5 H3 H4 dr x Or x br Kodenr.:} ,

_{.. t}

"0

1

RG 612 _{6 16 M3 18 -10 6 12,5 10 2,5 x 8 x 2,8} 8222-173-81890

L '

RG1012 _{10 22 M4 28 15 9 20 14 4 x 13x 5} 8222-173-81820 RG15/2 _{15 30 M5 37 20 11 30 20 8 x 22 x 7} 8222-173-81

no

RG25/2 _{25 46 M6 54 35 13 50 30 15 x35x11} 8222-173-81700 H4 I , _{RG4012 40 66 M8 70 50 17,5 80 44 25 x 52 x 15 8222-173-82730}

-

-

-.l

51i1

iii.

41i1

1

iii iii.

24

41i1

9

iii.

35

iii.

22

31i1

iii.

21i1

8

Pb

00 -

1iI.1iI1iI385

.~2

G'\;;:

,e

b l to

1iI.31i1

I

>I iii.

18

Db - 1iI.1iI1iI385 ."2

21i1

7

Ipo

L

b

- iii.

- 1iI.1iI1iI1iI •

25

m

iii.

16

_P

_{- 81i11i11i11i11i1 N/m"2}

0.25

I

XO •

1iI.1iI05 •

1

iii

6

W

_{- 10.0 N}

0.14

I

_•

• lli1.1i1 kg

A

ra - 10.1iI*11i1~-6

."2

0

iii.

21i1

5

0.12

-1

iii

0. l1i1

4

iii.

15

0. 1i18

-20

3

iii.

10

_1iI.1iI6

V

2

I

-30

0. 1i14

iii.

1i15

-41i1

1

_OJ iii.

1i12

...

_

.

--iJ) \0 CD

-50

0.1i10

0.01i1

0

<

_!l) C5l C5l C5l

_I

C5l

_I

C5l C5l C5l

=

&sa C5l C5l C5l C5l Sli

_I

m •• o Sli

....

N

en

"'It In (D _t--

m

IiiI

....

T. It E. -II.

a....

12-3-1982

50

0.40

10

0.24

4B

9

B.35

0.22

30

0.20

B

- - - -

Po

0.3B

f

0.1B

20

7

I

Pb

0.16

0.25

10

6

B.14

A

0

B.2B

5

B.12

00 -

0.00385

m~2

-10

0.1B

4

Ob • B.BB3B5 m

A

2

0. 15

L

_{- B.25 m}

b

• B.BB0 m

B.BB

p

_{- BB0B00}

_{N/ ..} A 2

-2B

3

Xo -

0.005 m

B.10

2

I

w

- 5B0.0 N

V

S.06

m - B.l kg

-30

ro -

IB.8*10·-6 m-2

0.04

rb -

2.8*10·-6 m

A

2

B.8S

-4B

1

B.B2

CD

_.

~

.

.-III \0

-50

e.ee

8. Be

0

m

_<

!Sa !Sa !Sa !Sa

₁₁

!Sa !Sa

₁₁

!Sa !Sa !Sa

0-!Sa !Sa !Sa

m

_ftt

!Sa !Sa . . . . 0 !Sa

58

8.48

18

8.24

00 -

8.88385 m-2

Ob - 8.88385 m-2

48

9 L

- 8.25 m

8.35

8.22

_{b - 8.888 m}

p

_{- 888888}

_N/m-2

..

38

8.28

8

Xo - 8.885 m

W

_{- 18.8 N}

8.38

m - 18.8 kg

8.18

ro - 2.8*18--6 m

A

2

28

7

_{rb - 18.8*18--6 m}

A

2

8.25

8.16

18

6

8.14

8

8.28

5

8.12

-18

8. 18

4

I

8.15

8.88

I

-28

3

I

8.18

_8.B6

I

-38

2

8.84

I

8.85

-48

B.82

1

CD

_.

~.

-

Ol

-58

8.8"

".8"

8

10 (() m 151 151 151 151 151 151 151 m 151

_m

_{•• o}

151

<

151 l'5l l'5l

_~

l'5l l'5l l'5l l'5l m 151 T. H. E.

-w.

B. No 12-3-1982

....

N (T) Ul UJ

r--

m CD 151

....

0

Beweging

1

uchtcy

1

i

nder; inlaat gesmoord;grote kracht

A

V H

P

_zU1ger

.

50

0.40

10

0.24

_{00 -}

_{0.00385 .A2}

40

9

Ob - 0.00385 .-2

0.35

0.22

L

- 0.25 •

b - 0.01tJ0 •

P

- 8001tJ01tJ

N/."2

30

0.20

8

I~

xO •

0.01tJ5 •

0.

30

W

• 500.0 N

1tJ. 18

"

•

• 0.1 kg

21tJ

7

"

ro • 2.0*10--6 .·2

I

rb • 10.0*11tJ--6 .·2

0.25

0.16

"

10

6

I

""

0.14

"-0

0.20

5

"

0.12

I

-10

0. IItJ

4

I

0.15

0.1tJ8

I

... ... Po

-21tJ

3

I

--

--0.10

_1tJ.06

-30

2

I

1tJ.04

J

0.05

--.

CD

_.

-41tJ

1

...-III

1tJ. 1tJ2

\0 CD

<

_a..

-51tJ

0.00

1tJ. ItJItJ

0

CSl CSl CSl

II

CSl CSl CSl .sa CSl .sa _{• • • 0} CSl

T. H. E.

-v. a.

N. 12-3-1992 CSl

...

CSl N

ro

CSl "It Ul t'51 CSl U) I ' CSl CD .sa m .sa CSl CSl

x.

< ). o

-SCif stCl,n"l,

•

2,fS SQ.~II" p<~ "-1M

,

.

/ /

, /

. /

.

x

/ / / / / 1M =. ~o It::l

q.ee" verCv\, q{LVl k.3~k/"o'j.tr

Ap

~ s:b.-,AY I (Je.t" ",.,ur'''j

/

/

/

G"l--'O<N\~ \A()Q\, < AXJ b " d~

4'WJ?"'~1AO~~ \.ooob' V}J)~ f) X? O~VVI h') " , V I

/

x

•

x