Hydraulisen puomin avoimen piirin koordinaattiohjaus paine-ero-tilavuusvirta-approksimaation avulla
Peltola, Jussi (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014042423854
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014042423854
Tiivistelmä
Diplomityön tavoitteena oli kehittää mahdollisimman hyvä koordinaattiohjaus. Sen tuli olla jälkiasennettavissa perinteisen ohjauksen rinnalle työkoneisiin, joissa on käytetty sähköohjattuja proportionaaliventtiileitä. Työssä keskityttiin tutkimaan suuntaventtiilin yli vallitsevasta paine-erosta saatavan tilavuusvirtatiedon hyödyntämistä ohjauksessa.
Työn ensimmäisessä vaiheessa koordinaattiohjaus toteutettiin käyttäen 0-peittoisilla karoilla ja karan asematakaisinkytkennällä varustettuja suuntaventtiileitä. Hydrauliseen kuristukseen perustuen saatiin paine-erosta käyttökelpoista tilavuusvirtasignaalia ja koordinaattiohjauksen liikeradan seurannassa oli parhaimmillaan vain 3 cm:n virhe koenosturin työliikkeen pituudella.
Toisessa vaiheessa käytettiin työkoneissa yleisesti esiintyvää positiivisin karapeitoin varustettua mobiiliventtiilistöä, jossa oli karakohtaiset painekompensaattorit. Painekompensaattoreiden takia ei paine-eron mittaaminen puhtaasti suuntaventtiilin karan yli ollut mahdollista, jonka takia tyydyttiin koordinaattiohjaus toteuttamaan ilman paineen mittausta luottaen painekompensaattoreiden toimintaan. Käytetyn venttiilistön kavitoinninestotoiminnon huomiointi ohjauksessa jäi ratkaisematta ja se ohitettiin vastusvastaventtiileiden avulla. Koordinaattiohjauksen tarkkuus mobiiliventtiileillä oli vaatimaton ja tulosten toistettavuus heikko.
Tulosten perusteella todettiin avoimellakin koordinaattiohjauksella olevan mahdollista saavuttaa lupaava tarkkuus ammattikuljettajiin verrattuna. Mobiiliventtiilistöön liittyvät, työn aikana esiinnousseet epäkohdat olisi ratkaistava ennen käytettyjen menetelmien soveltamista käytännön kohteisiin. The objective of this master’s thesis was to develop a practical coordinated control which would be able to installed afterwards parallel with the traditional control system to the construction machines which has been equipped by electrically operated proportional valves. Exploitation of the volume flow information from the pressure difference over the directional control valve was the focus of the thesis.
In the first stage of the thesis the coordinated control was executed by using control valves which were equipped with zero lapped and feedback controlled spools. Based on the hydraulic orifice, an applicable volume flow signal was achieved and the trajectory error was only 3 cm on the length of the test cranes working range.
In the second stage of the thesis, in construction machines commonly used mobile directional control valve unit with overlapped and pressure compensated spools, was used for coordinated control. Measurement of the pressure difference over the spools was not available due to pressure compensators and hence the coordinated control was accepted to realize without the pressure measurement and by relying on the performance of the pressure compensators. Observing the anti-cavitation function of the valve unit on the control system was unsolved and the problem was ignored by the restrictor valves. The accuracy of the coordinated control with mobile valves was unpretentious and the repeatability of the results was insufficient.
On the base of the results, compared to professional operator the promising accuracy of the coordinated control with open-loop system was noticed to being available. Complications with the mobile valves which were arisen during the thesis have to be clarified for utilizing the methods to practical destinations.
Työn ensimmäisessä vaiheessa koordinaattiohjaus toteutettiin käyttäen 0-peittoisilla karoilla ja karan asematakaisinkytkennällä varustettuja suuntaventtiileitä. Hydrauliseen kuristukseen perustuen saatiin paine-erosta käyttökelpoista tilavuusvirtasignaalia ja koordinaattiohjauksen liikeradan seurannassa oli parhaimmillaan vain 3 cm:n virhe koenosturin työliikkeen pituudella.
Toisessa vaiheessa käytettiin työkoneissa yleisesti esiintyvää positiivisin karapeitoin varustettua mobiiliventtiilistöä, jossa oli karakohtaiset painekompensaattorit. Painekompensaattoreiden takia ei paine-eron mittaaminen puhtaasti suuntaventtiilin karan yli ollut mahdollista, jonka takia tyydyttiin koordinaattiohjaus toteuttamaan ilman paineen mittausta luottaen painekompensaattoreiden toimintaan. Käytetyn venttiilistön kavitoinninestotoiminnon huomiointi ohjauksessa jäi ratkaisematta ja se ohitettiin vastusvastaventtiileiden avulla. Koordinaattiohjauksen tarkkuus mobiiliventtiileillä oli vaatimaton ja tulosten toistettavuus heikko.
Tulosten perusteella todettiin avoimellakin koordinaattiohjauksella olevan mahdollista saavuttaa lupaava tarkkuus ammattikuljettajiin verrattuna. Mobiiliventtiilistöön liittyvät, työn aikana esiinnousseet epäkohdat olisi ratkaistava ennen käytettyjen menetelmien soveltamista käytännön kohteisiin.
In the first stage of the thesis the coordinated control was executed by using control valves which were equipped with zero lapped and feedback controlled spools. Based on the hydraulic orifice, an applicable volume flow signal was achieved and the trajectory error was only 3 cm on the length of the test cranes working range.
In the second stage of the thesis, in construction machines commonly used mobile directional control valve unit with overlapped and pressure compensated spools, was used for coordinated control. Measurement of the pressure difference over the spools was not available due to pressure compensators and hence the coordinated control was accepted to realize without the pressure measurement and by relying on the performance of the pressure compensators. Observing the anti-cavitation function of the valve unit on the control system was unsolved and the problem was ignored by the restrictor valves. The accuracy of the coordinated control with mobile valves was unpretentious and the repeatability of the results was insufficient.
On the base of the results, compared to professional operator the promising accuracy of the coordinated control with open-loop system was noticed to being available. Complications with the mobile valves which were arisen during the thesis have to be clarified for utilizing the methods to practical destinations.