Design av pumpregulator för Konstantflödes-, Konstanttrycks- och Lastkännande system
Projektidé
Framtida krav
Framtidens mobila hydraulapplikationer kommer i större
utsträckning att kräva högre energieffektivitet, lägre
kostnad och bättre prestanda än vad vanliga fasta
hydraulpumpar erbjuder idag. Dessutom kommer det krav
på att operatören inte får utsättas för stora
vibrationsdoser. Genom att använda en gemensam ställbar
hydraulpump till de olika funktioner som idag används i
lastbilar skulle prestandan och funktionaliteten kunna öka
väsentligt. Tillsammans med den svenska
hydraulmaskinstillverkaren SUNFAB genomför
“pumpgruppen” en utveckling av en elektronisk regulator
som skall möjliggöra exakt styrning av både lastkännande,
konstanttrycks- och konstantflödessystem. Dessutom skall
regulatorn innehålla extrafunktioner så som felsökning och
loggning.
Målet med detta projekt är att implementera och
grundligt testa två reglerkoncept och föreslå en färdig
lösning där kostnadseffektivitet och prestanda värderas
högt. Runt omkring systemet skall också många
användarfunktioner läggas in, dels för att användaren
aldrig skall kunna köra systemet utanför dess
arbetsområde men också för att ge ökad möjlighet att
logga fel. Dessutom skall användarfunktionerna kunna
ge diagnostik samt innehålla funktioner som underlättar
operatörens handhavande. Pumpen skall aldrig kunna
kavitera och oscillationer skall inte kunna förekomma.
För att kunna utvärdera prestanda och styrprinciper har
en komplett simuleringsmodell konstruerats i
Matlab/Simulink. Regulatorerna testas och ställts in där
för att sedan överföras på det verkliga systemet. Dessa
modeller används sedan till att ge en första bild av
systemets uppförande vid införande av nya förändringar.
Reglerkoncept 2
Reglerkoncept 1
(Complementary control)
(Direkt styrning med servoventil)
Simulerat test
Verkligt test
Resultat
Reglerkoncept 1 är vid
konstanttrycksreglering känsligt för
parameterinställning i regulatorn
och kräver dynamisk
tryckåterkoppling för att uppnå god
snabbhet med tillräcklig stabilitet.
Slutsats
Efter studie av alla testfall för de båda
reglerkoncepten drar vi slutsatsen att
båda system är snarlika vad gäller
prestanda. Dock är reglering med
complementary control mer väldämpat
och är även lättare att styra med
regulator. Styrning med servoventil är
snabb men kräver dynamisk
tryckåterkoppling för stabilitet. Då även
reglerkoncept 2 är den klart billigaste
lösningen ser vi ingen anledning till att
inte använda detta system i framtiden.
Test av konstanttryckssystem där
syftet är att trots införda störningar
hålla ett så konstant tryck som möjligt
Utförande: Långsam fyrkantsvåg
(steg) 80-100% av öppningsarea för
lastventil. Tid [s] på x-axeln och tryck
[Pa] på y-axeln.
Danne monterar pump
inför en körning.
Test av lågpassfilter
för signalbehandling
Simulerat test
Verkligt test
Resultat
Reglerkoncept 2 fungerar rent allmänt
över förväntan. Det är smidigt och lugnt
vid uppstart och avstängning samt håller
en klart låg ljudnivå vid samtliga tester.
Systemet har aldrig heller uppvisat
instabilitet.
Pumpgruppen vill speciellt tacka vår huvudbeställare Sunfab
Hydraulics AB i Hudiksvall men även Danfoss som försett oss med
tryckgivare för mätning av system och lasttryck samt Sun
Hydraulics som försett oss med utrustning för att generera PWMvåg till vår TB ventil. Danfoss har även installerat
frekvensomvandlaren som möjliggör hastighetsstyrning av
elmotorn från XPC-Target. Dessutom vill vi tacka Lidköpings
Tractor Pulling klubb som sponsrat oss med en säkerhetshöjande
sprängfilt.
Pumpgruppen består av:
Eric Andrén, Martin Karlsson, Daniel Gustavsson, Robert Bengtsson, Robert Snabb