Prvi zagon namenskega vrtalnega stroja s hidravličnim ...

Prvi zagon namenskega vrtalnega stroja s

hidravličnim podajanjem

Diplomsko delo

Študent: Gregor Kačič

Študijski program: VS Strojništvo

Smer: Vzdrţevanje

Mentor: Doc. dr. Darko Lovrec

Somentor: Doc. dr. Mitja Kastrevc

Maribor, 2013

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo

Diplomsko delo

II

I Z J A V A

Podpisani Gregor Kačič izjavljam, da:

je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom

doc. dr. Darka Lovrec-a in somentorstvom doc. dr. Mitje Kastrevc-a

predloţeno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloţeno za

pridobitev kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških

fakultet Univerze v Mariboru.

Maribor, __________________ Podpis: _________________________


Diplomsko delo

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Lovrec

Darku in somentorju doc. dr Kastrevc Mitji za

pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.


Diplomsko delo

IV

PRVI ZAGON NAMENSKEGA VRTALNEGA STROJA S

HIDRAVLIČNIM PODAJANJEM

Ključne besede: namenski vrtalni stroj, elektromotorni pogon, podajalni sistem,

prvi zagon

UDK : 621.952-523.3(043.2)

POVZETEK

Namen diplomske naloge je bil opraviti ponovni prvi zagon namenskega vrtalnega

stroja s hidravličnim podajanjem, ki je bil uporabljan za vrtanje ventilskih plošč.

Posebnost vrtalnega stroja je več-vretenska vrtalna glava, ki omogoča vrtanje štirih

lukenj na enkrat.

Zaradi neuporabe v daljšem obdobju ga je bilo potrebno najprej očistiti in ker ni bilo

na voljo nobene dokumentacije, je bilo potrebno izmeriti ter določiti vse parametre,

potrebne za zagon in kasnejšo uporabo. V nalogi je podrobno je opisan pogonski

elektromotor ter postopek priklopa elektromotorja in pomen smeri vrtenja.

Namenski vrtalni stroj je opremljen s hidravličnim linearnim podajalnim sistemom,

kar zahteva regulacijsko tehniko in hidravlični agregat. Ker tudi hidravlični agregat

ni bil v rabi, je bilo tudi v tem primeru potrebno najprej opraviti osnovne

vzdrževalne poseg. Prvi zagon pogonskega elektromotorja je bil najprej opravljen z

neposrednim priklopom na električno omrežje, nakar še posredno preko

prigrajenega frekvenčnega pretvornika.


Diplomsko delo

V

FIRST START OF A SPECIAL DRILLING MACHINE WITH

HYDRAULIC FEED SYSTEM

KEY WORDS: special drilling machine, electric motor, feeding system, first

start

UDK : 621.952-523.3(043.2)

ABSTRACT

The purpose of this diploma work was the first start of a special drilling machine

with hydraulic feed system, which was used to drill the valve plates. Speciality of this

drilling machine is multi-spindle drilling head, which allows drilling four holes at

once.

Due to long period of non-use it first the drilling unit needs to be cleaned, and

because there was no documentation available, it was necessary to measure and

define all the parameters needed for first start and for later use. The paper describes

in detail the electrical motor, process of connecting the motor and the importance of

the direction of rotation.

Special drilling machine is equipped with a hydraulic feed system, which requires

control technology and hydraulic power unit. Even the hydraulic power unit was has

not been in use for a while, which means it also needed basic maintenance

operations prior to use. First start of the propulsion electromotor was performed

with direct connection to the electricity network and then indirectly through an

added frequency converter.


Diplomsko delo

VI

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................ - 1 -

1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA .............................................................. - 1 -

1.2 OPREDELITEV DIPLOMSKEGA DELA ................................................................................... - 1 -

1.3 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ..................................................................................... - 1 -

2 PREDSTAVITEV NAMENSKEGA VRTALNEGA STROJA ........................................ - 2 -

2.1 OSNOVE VRTALNIH STROJEV ............................................................................................ - 3 -

2.2 UPORABA VRTALNEGA STROJA ......................................................................................... - 3 -

2.3 SESTAVNI DELI STROJA ..................................................................................................... - 4 -

2.4 VEČVRETENSKA VRTALNA GLAVA .................................................................................... - 4 -

2.5 MERJENJE VRTILNE HITROSTI............................................................................................ - 6 -

2.6 LASERSKI MERILNIK VRTILNE HITROSTI DYNAPAR HT100 ................................................. - 6 -

2.7 IZMERJENE IN IZRAČUNANE VREDNOSTI ............................................................................ - 7 -

3 OPIS IN PARAMETRI ELEKTROMOTORJA ........................................................... - 10 -

3.1 SPLOŠNO O ELEKTROMOTORJIH....................................................................................... - 10 -

3.2 NALOGE ELEKTROMOTORJEV.......................................................................................... - 10 -

3.3 TRIFAZNI ASINHRONSKI ELEKTROMOTOR ........................................................................ - 11 -

3.4 ZGRADBA ASINHRONSKEGA ELEKTROMOTORJA ............................................................... - 11 -

3.5 PODATKI NA NAPISNI PLOŠČICI ELEKTROMOTORJA ........................................................... - 12 -

3.6 MEHANSKA IZVEDBA IN OBLIKA ELEKTROMOTORJA ........................................................ - 13 -

3.7 ELEKTRIČNE LASTNOSTI ................................................................................................. - 14 -

4 PRIKLOP ELEKTROMOTORJA IN POMEN SMERI VRTENJA ............................ - 15 -

4.1 PRIKLOP ELEKTROMOTORJA ........................................................................................... - 15 -

4.2 POMEN SMERI VRTENJA .................................................................................................. - 15 -

4.3 VRSTE ZAGONOV ASINHRONSKEGA MOTORJA .................................................................. - 16 -

4.4 FREKVENČNI PRETVORNIK .............................................................................................. - 17 -

4.5 SPREMINJANJE VRTILNE HITROSTI MED VRTANJEM S FREKVENČNIM PRETVORNIKOM......... - 17 -

4.6 FREKVENČNI PRETVORNIK LENZE EVS9325 - ES ............................................................ - 18 -

5 HIDRAVLIČNI POGONSKI AGREGAT ..................................................................... - 21 -

5.1 OSNOVE HIDRAVLIKE ..................................................................................................... - 21 -

5.2 PODROČJE UPORABE HIDRAVLIKE ................................................................................... - 21 -

5.3 HIDRAVLIČNI POGONSKI AGREGAT.................................................................................. - 22 -

5.4 PREGLED HIDRAVLIČNEGA AGREGATA ............................................................................ - 24 -

6 POVEZAVA ELEKTROMOTOR IN ČRPALKA ........................................................ - 25 -


Diplomsko delo

VII

6.1 SPLOŠNO O HIDRAVLIČNIH ČRPALKAH............................................................................. - 25 -

6.2 ZOBNIŠKA ČRPALKA ....................................................................................................... - 25 -

6.3 PARKLJASTA SKLOPKA ................................................................................................... - 26 -

7 METODE IN ELEMENTI ZA NADZOR HIDRAVLIČNIH VELIČIN....................... - 28 -

7.1 POMEN NADZORA ........................................................................................................... - 28 -

7.2 SPREMLJANJE DELOVANJA AGREGATA IN STANJA OLJA .................................................... - 28 -

7.3 OPREMA HIDRAVLIČNIH AGREGATOV .............................................................................. - 29 -

7.4 SENZORSKA TEHNIKA ..................................................................................................... - 30 -

7.5 ZBIRANJE INFORMACIJ IN OBDELAVA REZULTATOV ......................................................... - 31 -

7.6 MINIMESS PRIKLJUČKI .................................................................................................... - 32 -

7.7 ANALOGNI MERILNIK TLAKA .......................................................................................... - 32 -

7.8 HYDROTECHNIK POCKET – MULTIKONTROLER ................................................................ - 33 -

7.9 HYDAC HMG3000 ......................................................................................................... - 33 -

8 PRAKTIČEN POMEN POVEZAVE HIDRAVLIČNEGA AGREGATA Z LINEARNIM

PODAJALNIM SISTEMOM .................................................................................................. - 37 -

8.1 LINEARNI HIDRAVLIČNI POGONI ...................................................................................... - 37 -

8.2 ODPRTOZANČNI PREMOČRTNI POGONI ............................................................................. - 38 -

8.3 ZGRADBA ELEKTROHIDRAVLIČNIH PREMOČRTNIH POGONOV............................................ - 39 -

8.4 KRMILNI VENTILI – PROPORCIONALNI VENTILI................................................................. - 40 -

9 SKLEP ............................................................................................................................ - 41 -

10 VIRI IN LITERATURA ................................................................................................. - 42 -


Diplomsko delo

VIII

KAZALO SLIK

Slika 1: Namenski vrtalni stroj v prvotnem stanju .................................................- 2 -

Slika 2: Ventilska plošča ......................................................................................- 3 -

Slika 3: Jermenski prenos .....................................................................................- 4 -

Slika 4: Vrtalne glave ...........................................................................................- 5 -

Slika 5: Zobniški prenos v vrtalni glavi ................................................................- 5 -

Slika 6: Ročni tahometer HT100 ..........................................................................- 6 -

Slika 7: Uporaba tahometra ..................................................................................- 7 -

Slika 8: Določevanje prestavnega razmerja ...........................................................- 8 -

Slika 9: Napisna ploščica s karakteristikami elektromotorja ................................ - 12 -

Slika 10: Priključna omarica in napisna ploščica s podatki .................................. - 15 -

Slika 11: Sprememba smeri vrtenja z zamenjavo faz........................................... - 16 -

Slika 12: Priklop motorja na frekvenčni pretvornik ............................................. - 18 -

Slika 13: Prilagoditveni vmesnik ........................................................................ - 20 -

Slika 14: Hidravlični valj s priključnima mestoma .............................................. - 22 -

Slika 15: Sestavni deli agregata .......................................................................... - 23 -

Slika 16: Hidravlični agregat .............................................................................. - 24 -

Slika 17: Parkljasta sklopka na uporabljenem sistemu motor-črpalka .................. - 27 -

Slika 18: Analogna merilnika tlaka ..................................................................... - 32 -

Slika 19: Naprava Hydrotechnik in prikaz podatkov ........................................... - 33 -

Slika 20: Naprava HMG 3000 s priključenimi štirimi vhodi ............................... - 34 -

Slika 21: Priklopljena senzorja tlaka in merilnik pretoka..................................... - 35 -

Slika 22: Preizkus prikazan v grafu..................................................................... - 36 -


Diplomsko delo

IX

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Izračunane vrtilne hitrosti gnane gredi n2…………………………- 8 -

Preglednica 2: Ostale vrtilne hitrosti vrtalnih glav………………………………..- 9 -

Preglednica 3: Potreben električni tok I [A]……………………………………...- 14 -

Preglednica 4: Zniţanje vrtilne in podajalne hitrosti glede na globino izvrtine….- 18 -

Preglednica 5: Značilnosti frekvenčnega pretvornika Lenze …………………....- 19 -

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko

delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

Diplomsko delo se je analitično in praktično izvajalo v Laboratoriju za oljno hidravliko

Fakultete za Strojništvo Univerze v Mariboru.

1.2 Opredelitev diplomskega dela

Zaradi pomanjkanja dokumentacije je bilo potrebno izmeriti in določiti parametre za potrebe

prvega zagona namenskega vrtalnega stroja. Zaradi daljšega časa neuporabe, je bilo potrebno

komponente najprej vizualno pregledati in dobro očistiti. Naloga vključuje znanja s področja

električnih sistemih, še posebej znanje o priključitvah naprav v omreţje. Poudarek je na

določitvi smeri vrtenja elektromotorja, ker v nasprotnem primeru rezalno orodje ne bi moglo

opraviti svoje naloge. Pomemben podatek je tudi ali je vrtalni stroj s trenutnim prestavnim

razmerjem primeren za vrtanjem prirobnic z danimi dimenzijami in iz podanega materiala. Za

potrebe hidravličnega sistema je bilo potrebno določiti parametre hidravličnega agregata.

Napredna orodja, ki so na razpolago v laboratoriju omogočajo natančno določitev hidravličnih

veličin.

1.3 Struktura diplomskega dela

V uvodu je najprej predstavljen namenski vrtalni stroj in opisani njegovi sestavni deli. Zaradi

pomanjkanja podatkov o vrtilnih hitrostih vrtalnih glav je predstavljen način merjenja,

izmerjene vrednosti in izračuna hitrosti vrtanja. V osrednjem delu naloge je opisan

elektromotor in podani parametri, potrebni za priklop na omreţje. Opisan je priklop na

omreţje s poudarkom na določitvi pravilne smeri vrtenja.

Hidravlični agregat je opisan kot celota, poudarjena je povezava elektromotor-črpalka.

Hidravlične veličine smo izmerili z naprednimi napravami, ki so v lasti laboratorija.


delo

- 2 -

2 Predstavitev namenskega vrtalnega stroja

Namenski vrtalni stroj sestavljata dve večji komponenti, mehanski del za prenos vrtilnega

momenta, ki je potreben za samo vrtanje in hidravlični del, ki je namenjen za podajanje

celotne vrtalne enote. Namen hidravličnega podajalnega sistema je prilagodljivost in moţnost

neodvisnega podajanja glede na vrtilno hitrost vrtanja. Namenski vrtalni stroj je prikazan na

sliki 1.

Mehanski del zajema :

- elektromotor,

- jermensko gonilo z moţnostjo stopenjskega spreminjanja hitrosti,

- štiri-vretensko vrtalno glavo.

Hidravlični del zajema:

- hidravlični pogonski agregat,

- podajalni dvosmerni valj.

Slika 1: Namenski vrtalni stroj v prvotnem stanju


delo

- 3 -

2.1 Osnove vrtalnih strojev

Vrtalni stroji se uporabljajo za vrtanje lukenj v ali skozi različne materiale. Vrtalni stroj

uporablja kot osnovno rezilno orodje sveder, ki je opremljen z rezili na konici. Značilnost

svedra so (sta) spiralno oblikovana bočna rezila, zato je potrebna ustrezna smer vrtenja

svedra. Za pogon vrtalnega stroja se v večini primerov uporablja elektromotor, pri čemer

rezilno orodje in elektromotor nista neposredno povezana. Svedre manjšega premera običajno

vpenjamo v vpenjalne glave. Vpenjalne glave delimo na ročno zatezne, ki jih fiksiramo z

priloţenim ključem in na samo-zatezne. Pri slednjih je prednost, da se ob momentu, ki ga

povzroči rezalna sila vpenjalna glava sama zateguje, zaradi česar je veliko manjša moţnost

zdrsa med svedrom in vrtalno glavo. Večje svedre vpenjamo s pomočjo vpenjalnih trnov, pri

čemer si pomagamo z različnimi pušami za doseganje točne dimenzije trna. Vrtanje različnih

materialov z različnimi rezilnimi orodji zahteva prilagajanje rezilne hitrosti. Zato vrtalno

glavo in elektromotor povezuje jermensko ali zobniško predleţje. To je običajno stopenjski

menjalnik, ki nam omogoča izbiro (nastavljanje) različne hitrosti vrtenja vpenjalne glave.

Industrijski vrtalni stroji uporabljajo brezstopenjsko nastavitev vrtilne hitrosti. Brezstopenjsko

nastavljiva vrtilna hitrost je bila na našem projektu doseţena z uporabo frekvenčnega

pretvornika.

2.2 Uporaba vrtalnega stroja

Vrtalni stroj je bil v osnovi zasnovan za vrtanje ventilskih plošč iz jekla, glej primer na sliki 2.

Prednost uporabe stroja se pokaţe pri velikem prihranku časa, zaradi sočasnega vrtanja 4

izvrtin.

Slika 2: Ventilska plošča


delo

- 4 -

Ker je bilo potrebno opraviti rekonstrukcijo stroja in prvi zagon, o stroju ni razpoloţljive

dokumentacije, je bilo najprej potrebno določiti vse parametre, ki nam dajo informacijo o

moţnih prestavnih razmerjih in s tem moţne hitrosti svedrov.

2.3 Sestavni deli stroja

Da lahko izračunamo vrtilno hitrost svedrov moramo razumeti način prenosa vrtilnega gibanja

od elektromotorja do vrtalnih glav. Iz elektromotorja se preko jermenskega prenosa,

prikazanega na sliki 3, prenaša vrtilno gibanje na gred, ki se nahaja v votlem hidravličnem

valju. Drugi del prenosa se opravi v notranjosti večvretenske vrtalne glave.

Slika 3: Jermenski prenos

2.4 Večvretenska vrtalna glava

Večvretenske glave so namenjene za sočasno vrtanje več lukenj, povrtavanje, grezenje, ... V

našem primeru je šlo za sočasno vrtanje štirih lukenj. Razdalje med luknjami so

neenakomerno in fiksne, zato imajo vrtalne glave stalen poloţaj - namenski stroj za vrtanje

točno določenih izdelkov.


delo

- 5 -

Slika 4: Vrtalne glave

V samem ohišju vrtalnih glav je preprosto konstruiran zobniški prenos, pri čemer je večji

pogonski zobnik v paru z ostalimi štirimi, ki so gnani. Izvedba prenosa je prikazana na sliki 5.

Slika 5: Zobniški prenos v vrtalni glavi


delo

- 6 -

2.5 Merjenje vrtilne hitrosti

V osnovi je bil naš vrtalni stroj opremljen z jermenskim pogonom, ki omogoča tri prestavna

razmerja. Za uspešno preračunavanje vrtilne hitrosti je potrebno poznati hitrost vrtenja. V

našem primeru smo za merjenje vrtilne hitrosti uporabili ročni merilnik Dynapar HT100.

2.6 Laserski merilnik vrtilne hitrosti Dynapar HT100

Hitrost vrtenja je podatek, ki nam pove koliko vrtljajev je naredil rotor v časovni enoti. Ta

časovna enota je običajno sekunda ali minuta. Točna vrtilna hitrost je zelo pomemben podatek

za preračunavanje prestavnega razmerja na našem stroju. Merilnik vrtilne hitrosti je naprava,

ki nam omogoča merjenje vrtilne hitrosti gredi ali diska in jo pogosto imenujemo tahometer.

Beseda izhaja iz grščine – Tachos (hitrost) in metron (meriti).

Slika 6: Ročni tahometer HT100

Ročni merilnik HT 100 prikazan na sliki 6 omogoča več načinov merjenja hitrosti. Moţni

načini merjenja so prikazani na sliki 7. Najpogostejši način je uporaba odbojnega markerja

(lističa), ki ga nalepimo na gred katere vrtilno hitrost ţelimo izmeriti. Naš merilnik uporablja

laserski snop, ki je zaradi svoje značilnosti (koherentne svetlobe) zelo natančen. Merilnik

vsebuje lasersko diodo, ki oddaja ţarek, ki se na odsevniku-markerju odbije. Samo vrtilno

hitrost dobimo tako, da se izmeri v več intervalih čas, ki je potreben med dvema odbojema. Ta

izračun opravi merilnik, izmerjeno vrednost pa nam prikaţe na svetlečem LED zaslonu rdeče

barve. Ta način je nazorno prikazan na sliki 7 desno zgoraj.

Kadar imamo na osi na voljo centrirno izvrtino do katere je moţen dostop (običajno skozi

zaščitni pokrov ventilatorja lahko s pomočjo kontaktnega nastavka prav tako izmerimo vrtilno


delo

- 7 -

hitrost na način kot je prikazano na sliki 7 zgoraj desno. Ob tem moramo paziti, da kontaktni

stoţec iz gume dobro nalega v izvrtino. Ta način merjenja je natančnejši, vendar pogosto

nimamo dostopa z zadnje strani motorja zaradi izvedbe zaščitnega porova ventilatorja, pa tudi

sama izvedba meritve zahteva preciznost in natančnost, ker lahko pride do zdrsa in s tem

nevarnosti za poškodbe.

Sam merilnik ima še dve dodatni funkciji, ki ju lahko uporabimo in sicer štetje (slika 7 spodaj

levo) in merjenje obodne hitrosti (slika 7 desno spodaj). Slednja je zelo priročna če ţelimo

izmeriti hitrost gibanja npr. traku ali jermena. To opravimo s pomočjo nastavka tako da se

disk nastavka kotali po merjencu-traku. Sam prikaz te hitrosti pa ni podan v metričnih enotah,

zato ga je potrebno preračunati po enačbi:

1𝑚

𝑠= 196,9

𝑓𝑡

𝑚𝑖𝑛 (1)

Slika 7: Uporaba tahometra

Ročni merilnik HT100 ima merilno območje za merjenje vrtilne hitrosti med 3 – 99,999

obr/min z natančnostjo ± 0,05 %.

2.7 Izmerjene in izračunane vrednosti

Ker nas zanimajo vrtilne hitrosti jermenic in samo prestavno razmerje, tako na jermenicah kot

na zobniškem prenosu v vrtalni glavi, je potrebno opraviti meritve s pomočjo opisanega


delo

- 8 -

merilnika vrtilne hitrosti. Opravljene meritve z napravo HT100 so pokazale naslednje

vrednosti:

- vrtilna hitrost na vpenjalni glavi n3 = 4013 obr/min,

- vrtilna hitrost na pogonski jermenici n1 = 2975 obr/min,

Preglednica 1: Izračunane vrtilne hitrosti gnane gredi n2

D [ mm ] d [ mm ] I n2 [obr/min]

51 90 0,356 1666

66 76 0,87 2583

80 61 1,31 3901

Slika 8: Določevanje prestavnega razmerja

Glede na to, da je iz vizualnega pregleda (slika 8) razvidno, da je jermen nastavljen na

najmanjšo jermenico (motor zgoraj) in na največjo spodaj, lahko izraţamo s pomočjo

izmerjene vrtilne hitrosti na vrtalni glavi prestavno razmerje para zobnikov v njej:

𝑖𝑧 =𝑛3

𝑛2 =

4013

1666 = 𝟐,𝟒 (2)


delo

- 9 -

S pomočjo prestavnega razmerja lahko izračunamo še ostale vrtilne hitrosti vrtalnih glav –

preglednica 2.

Preglednica 2: Ostale vrtilne hitrosti vrtalnih glav

n2 [obr/min] i n3 [obr/min]

1666 2,4 4013

2583 2,4 6199

3901 2,4 9362

Na podlagi izmerjenih vrednosti smo ugotovili, da nam vrtalni stroj omogoča tri nastavitve

vrtilnih hitrosti, kar pa seveda za natančno obdelavo ni dovolj. Za zahtevnejše nastavitve, ki

jih pogojujejo novodobne tehnologije obdelave, je smiselna uporaba frekvenčnega

pretvornika, ker le ta omogoča brezstopenjsko nastavitev hitrosti vrtanja. Iz izmerjenih

vrednosti razberemo tudi, da izmerjena vrtilna hitrost elektromotorja za 4,7 % presega

nazivno vrtilno hitrost nn=2840 [obr/min], ki smo jo odčitali iz napisne ploščice motorja.


delo

- 10 -

3 Opis in parametri elektromotorja

3.1 Splošno o elektromotorjih

V sodobnem času si proizvodnje brez elektromotorjev praktično ne moremo predstavljati.

Predvsem za realizacijo rotacijskih gibanj je elektromotor najenostavnejša in najučinkovitejša

rešitev. Sodoben razvoj elektronskih komponent pa je pripomogel, da so se določene vrste

elektromotorjev, ki jim ni bilo moţno regulirati vrtilne hitrosti razširile tudi za ta namen. Tako

je elektromotor postal najpomembnejši pogonski element.

Če ţelimo elektromotor pravilno uporabiti do njegove potencialne zmogljivosti moramo

dobro poznati njegovo zgradbo, načine obratovanja in specifične lastnosti, ter pravilno izbrati

ali preveriti pravilnost izbire samega elektromotorja, predvsem njegovih karakterističnih

vrednosti (priključne napetosti, moč, vrtilno hitrost in navor).

3.2 Naloge elektromotorjev

Osnovna naloga vsakega elektromotorskega pogona (ki ga imenujemo elektromehanski

pretvornik) je, da povezuje električno omreţje, ki dobavlja električno energijo in delovnim

strojem, ki je porabnik mehanske energije. Pretvorba električne energije v mehansko se izvaja

v elektromotorju. V smeri od omreţja preko elektromotorja do delovnega stroja teče

energijski pretok. Pri najenostavnejših elektromotorskih pogonih (npr. pri nekaterih

gospodinjskih strojčkih, pa tudi pri enostavnih pogonih črpalk, ventilatorjev, zgoščevalnikov,

mlinov in podobnih strojev) je prisoten samo energijski pretok. V tehniki avtomatizacije

proizvodnih procesov pa je poleg energijskega pretoka prisoten še pretok signalov oziroma

pretok informacij. Za dobro poznavanje je potrebno poznati nekatere značilnosti kot so:

- ZAGON: ko elektromotor vklopimo in le ta steče ima nalogo, da pospešuje do nazivne

vrtilne hitrosti. Pri tem ni vseeno kako dolgo motor pospešuje, saj to v povezavi z

bremenom, ki je vezano na sam motor vpliva na segrevanje navitij, s tem pa tudi na

ţivljenjsko dobo navitij in same izolacije. Zelo pomembno je, da motor doseţe polno

obremenitev šele, ko je dosegel svojo nazivno vrtilno hitrost.

- NAZIVNA OBREMENITEV: vsak elektromotor je izveden tako, da ima optimalno

določeno delovno točko s tem določeno nazivno obremenitev, ki je podana na napisni

ploščici stroja. Zelo pomembno je, da nazivne obremenitve elektromotorja ustrezajo

nazivnim obremenitvam strojev, ki jih poganjajo, se čemer dosegamo optimalne


delo

- 11 -

izkoristke. Zahteve glede nazivnih obremenitev so zelo odvisne od delovnega procesa za

katerega je elektromotor predviden. Najpomembnejši parameter za izbiro elektromotorja

je vrsta obremenitve npr. trajna, impulzna ali kombinirana obremenitev.

- NASTAVLJANJE VRTILNE HITROSTI: Za zahtevnejše tehnične procese moramo

izbrati elektromotorje, ki omogočajo regulacijo vrtilne frekvence.

- ZAVIRANJE: Za zmanjšanje oziroma odpravo neproduktivnih časov, za preprečevanje

prevelikih vrtilnih hitrosti kot tudi za doseganje ţelenih potekov vrtilne hitrosti (če je le

mogoče s koristnim vračanjem energije nazaj v omreţje) moramo elektromotorske pogone

zavirati. To nalogo v večini primerov opravljajo elektromotorji sami, lahko pa ob

električnem zaviranju uporabimo še dodatne mehanske zavore, ki jih proizvajalec pogosto

predvidi kot dodatno opremo in lahko sluţijo v pomoč aktivnemu zaviranju ali opravljajo

svojo funkcijo pri mirovanju elektromotorja

3.3 Trifazni asinhronski elektromotor

Najpogosteje uporabljen elektromotor v industriji je trifazni asinhronski elektromotor. Zaradi

svoje enostavne zgradbe, robustnosti, visokega izkoristka in nizkih vzdrţevalnih stroškov pa

tudi nizke cene je postal osnoven pogonski agregat. Njegova slaba lastnost je, da je

nastavljanje vrtilne hitrosti teţavno. Z razvojem sodobne stikalne elektronike pa je tudi na tem

področju prišlo do dodatnih moţnosti, ki omogočajo tako nastavljanje vrtilne hitrosti, kakor

tudi uporabo elektromotorjev v zavornem in generatorskem reţimu.

3.4 Zgradba asinhronskega elektromotorja

Asinhronski elektromotor je sestavljen iz mirujočega dela, imenovanega stator, in gibajočega

dela, ki ga imenujemo rotor. Oba dela sta ločena z ozko zračno reţo, ki ni večja od nekaj

desetink milimetra. Stator po obliki spominja na votel valj, sestavljajo ga lamele stisnjene v

paket, ki je z vijaki pritrjen na ohišje iz jeklene litine. Lamele so iz dinamo pločevine in so

med seboj izolirane s papirjem ali so pa lakirane z izolacijskim lakom. Ta način sestavljanja

lamel onemogoči, da bi se v statorju razvili znatni vrtinčni tokovi. Rebrasto ohišje

elektromotorja poskrbi za boljše odvajanje toplote, kar pa seveda za hlajenje ni dovolj. Na osi

motorja je pritrjen ventilator, ki skozi odprtine v leţajnem ščitu sesa hladilni znak v notranjost

motorja. Na notranjem robu statorskega dela so skozi lamele izsekani utori, skozi katere je

vtisnjeno trifazno navitje oziroma več le teh. Naloga trifaznega navitja v statorju stroja je


delo

- 12 -

ustvarjanje vrtilnega magnetnega polja, na katerem temelji delovanje asinhronskega motorja.

V najenostavnejšem primeru dvopolnega stroja so v utorih statorskega paketa nameščena 3

navitja s po dvema poloma, za vsako fazo po eno, ki so med seboj geometrično premaknjena

za 120º.

Na čelnih straneh statorja sta nameščena leţajna ščita, ki nosita valjasta leţaja, v katerih se

vrti centrično nameščen rotor stroja. Rotor se najpogosteje gradi v izvedbi s kratkostično

kletko, redkeje pa v izvedbi z drsnimi obroči in rotorskim zaganjalnikom.

3.5 Podatki na napisni ploščici elektromotorja

Vsak električni stroj mora imeti vedno na razpolago osnovne podatke o njem, zato je nanj

pritrjena napisna ploščica - tablica. Na njej sp navedeni vsi podatki katere moramo vedeti pred

priklopom in prvim zagonom elektromotorja.

Slika 9: Napisna ploščica s karakteristikami elektromotorja

Napisna ploščica podaja podatke za trifazni elektromotor vrste T s kratkostično kletko,

zaščitne oznake IP 54. Elektromotor je grajen s predpisi mednarodne elektrotehnične komisije

IEC, ter ustreza naslednjim standardom:

- IEC 34

- IEC 72

- IEC 85


delo

- 13 -

- DIN VDE 0530 T1

Elektromotor je namenjen široki uporabi v industriji obrti in kmetijstvu.

3.6 Mehanska izvedba in oblika elektromotorja

Elektromotor je zgrajen z zaščitno stopnjo IP52 po IEC 34-5. Zaščita IP 54 preprečuje dotik

delov pod napetostjo, dotik notranjih rotirajočih delov. Grajen je tako, da ne dopušča vdora

škodljivega prahu in vode, tudi pri škropljenju vode ali hladilnega sredstva z vseh strani. Pri

postavitvi elektromotorja je priporočen dodaten pokrov predvsem v vertikalni smeri, ki

preprečuje vdor vode vzdolţ gredi elektromotorja. Luknje za odtekanje kondenzata niso v

standardni izvedbi in jih je potrebno posebej naročiti.

Ohišje statorja, leţajni ščiti, nogi ter ventilatorska kapa so izdelani iz posebne visoko

kvalitetne aluminijeve litine po postopku tlačnega litja. Leţajni ščiti in statorsko ohišje so

izvedeni s hladilnimi rebri. Na statorju in leţajnih ščitih so štiri ojačitvena rebra, skozi katera

se s spojnimi vijaki privijejo stator in leţajna ščita. Nogi nalegata na ojačena rebra in sta

pritrjeni z noţnimi vijaki na stator. Leţajni ščiti so v pestu ojačeni z obroči iz sintra. Nogi sta

konstruirani tako, da sta na notranji in zunanji strani ojačeni z rebri. Ventilator na gredi,

običajno izdelan iz propilena, omogoča zadosten pretok zraka in deluje neodvisno od smeri

vrtenja. Ventilatorska kapa je pritrjena na leţajni ščit na ventilatorski strani in je oblikovana

tako, da usmerja hladilni zrak po površini elektromotorja.

Tipska označba T 90 L 2 pomeni:

- T … osnovna izvedba (trifazni motor)

- 90 … velikost po IEC

- L … dolţina navitja statorja

- 2 … število polov

Elektromotor je leţajen na obeh straneh s kvalitetnima in precizno dimenzioniranima

krogličnima leţajema. Leţaja sta dvostransko zaprte izvedbe in ne potrebujeta dodatnega

mazanja. Leţaja prenašata delno tudi aksialne sile, ki nastopajo pri normalnem obratovanju

elektromotorja v vodoravni in predvsem v navpični legi elektromotorja. Teţa rotorja in

jermenice v navpični legi leţi znatno pod mejo dopustne aksialne obremenitve leţaja. Za

velikost 90 po IEC je predpisan leţaj 6205 2Z.


delo

- 14 -

3.7 Električne lastnosti

Moč elektromotorja se lahko zmanjša ali zveča, če se spremenijo naslednji obratovalni pogoji:

- če se spremeni omreţna napetost ali frekvenca za več kot ±6 %,

- če se spremenijo hladilni pogoji,

- obratuje elektromotor pri posebnem pogonu,

- mora elektromotor ustrezati še drugim predpisom poleg DIN VDE 0531 T1.

Standardni elektromotorji so zgrajeni za priključek na omreţje Δ230 V / Y400 V pri 50 Hz.

Ker je naš motor starejše izvedbe ima priklop Δ230 V/ Y380 V pri frekvenci 50 Hz. Pri tej

priključitvi motor doseţe moč 2,2 kW.

Preglednica 3: Potreben električni tok I [A]:

Vezava in napetost Frekvenca Potreben tok

Δ240 V 50 Hz 8,3 A

Y380 V 50 Hz 4,8 A

Normalna hladilna temperatura okoliškega zraka je do 40 ⁰C. Pri 60 ⁰C motor doseţe le še 80

% svoje nazivne moči. Motor lahko obremenimo z nazivno močjo pri postavitvi nad 1000 m

nadmorske višine, če upoštevamo, da mora biti temperatura za vsakih 100 m za pribliţno 1 ⁰C

niţja.

Faktor cosφ pove, kolikšen del navidezne moči opravlja delo, zato mu pravimo faktor

delavnosti izmeničnega toka. Na tablici lahko preberemo, da je na našem motorju faktor cosφ

= 0,8.


delo

- 15 -

4 Priklop elektromotorja in pomen smeri vrtenja

4.1 Priklop elektromotorja

Ob priklopu elektromotorja je potrebno upoštevati vezalno shemo, ki se običajno nahaja v

priključni omarici na elektromotorju. Priključna omarica je v našem primeru nameščena na

bočni strani elektromotorja (glej sliko 10), zaradi praktičnega vidika pa je nad njo tabela s

podatki. Pri motorjih z zvezda/trikot zagonih je potrebno odstraniti vse mostičke na priključni

ploščici in sponke povezati po vezalni shemi. Pri motorji z neposrednim zagonom zvezda ali

trikot, pa je potrebno mostičke priklopiti po vezalni shemi. Zaradi tehnologije obdelave je

zelo pomembna pravilna smer vrtenja, ker v primeru napačne smeri vrtenja sveder ne

odrezuje.

Slika 10: Priključna omarica in napisna ploščica s podatki

4.2 Pomen smeri vrtenja

Smer vrtenja elektromotorja je pri vrtalnem stroju zelo pomembna, ker v primeru nepravilne

smeri vrtenja rezilno orodje ne odrezuje pravilno, ali pa sploh ne odrezuje.

Standardni elektromotorji so primerni za vrtenje v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri

urinega kazalca. Priključitev napajalnih priključkov faz L1, L2, L3, na U1, V1, W1 povzroči

vrtenje gredi elektromotorja v smeri urinega kazalca (glede na izhod gredi na pogonski


delo

- 16 -

strani). Če zamenjamo dve povezavi doseţemo vrtenje elektromotorja v nasprotno stran, kar

prikazuje slika 11.

Slika 11: Sprememba smeri vrtenja z zamenjavo faz

4.3 Vrste zagonov asinhronskega motorja

Zagon asinhronskega motorja je postopek, ko motor priključimo na omreţje in se začne vrteti

vedno hitreje, vse do končne vrednosti vrtilne hitrosti. Čas pospeševanja se imenuje zagonski

čas. Zagone motorja lahko spremljajo različni problemi npr., če priključimo elektromotor s

stikalom neposredno na omreţje steče v trenutku zagona velik tok, ali tako imenovani

zagonski tok, ki je lahko od 3 do 8 krat večji od nazivnega toka, ki je specificiran za določen

elektromotor. Iz omreţja pa ne moremo odvzemati poljubno visokih tokov, ker se lahko

pojavi prevelik padec napetosti do ostalih porabnikov. Priporočeno je, da neposredno

priklapljamo samo motorje manjših oz. najmanjših moči. Problem pri zagonu predstavlja tudi

velik zagonski moment, ki povzroča sunke, ki so škodljivi za napravo ali stroj. Zato

uporabljamo mehke zagone, pri katerih je cilj zmanjšati zagonski moment. Problem pa

nastane tudi pri raznih strojih, pri katerih se pri delovanju povzroči veliko trenja in lahko

pride do premajhnega zagonskega momenta. Pri teh napravah je cilj povečati zagonski

moment.

Zagone asinhronskega elektromotorja delimo na:

- direktni zagon,

- zagon z upori v rotorskem tokokrogu,

- zagoni z zniţano napetostjo – mehki zagoni.


delo

- 17 -

4.4 Frekvenčni pretvornik

Frekvenčni pretvorniki se uporabljajo za regulacijo vrtljajev trifaznih asinhronskih

elektromotorjev. Z nadzorovanjem hitrosti vrtenja elektromotorjev prilagajamo delovanje

naprav spremenljivim se potrebam ter zmanjšamo porabo energije. Pretvorniki se največkrat

uporabljajo za elektromotorje pri ventilatorjih, kompresorjih in črpalkah, zasledimo jih pa tudi

pri regulaciji hitrosti transportnih naprav in različnih orodij.

Kot nam ţe samo ime pove, pretvarjajo električno napetost konstantno frekvence v napetost

druge, spreminjajoče se frekvence. Vhodna napetost je lahko enofazna (za manjše moči do

pribliţno 1,5 do 2kW) ali trifazna. To napetost pretvornik najprej usmeri, nato pa s krmiljenim

vklapljanjem elektronskih stikal izdela potrebno večfazno izhodno napetost ţelene frekvence.

Mikroprocesor je srce frekvenčnega pretvornika, ki upravlja razsmernik in zagotavlja

delovanje motorja z nastavljenimi parametri. Ob spreminjanju obremenitve motorja prilagaja

izhodno napetost in poskrbi za konstantno hitrost vrtenja motorja, poleg tega pa še na vhodih

sprejema zunanje ukaze, na izhodih prikazuje stanje in reţim delovanja, skrbi pa tudi za

zaščito pretvornika in motorja. V primeru napačnega delovanja ali večjih daljših obremenitev

mikroprocesor izklopi izhodno napetost ter na prikazovalniku in ustreznih izhodiščih javi

napako. Omogoča nam nastavitev velikega števila parametrov, ki določajo mejne vrednosti

pri delovanju, karakteristike in hitrosti odzivanja, dodatno zaviranje in drugo.

Frekvenčni pretvornik lahko s serijsko komunikacijo poveţemo z osebnim računalnikom. S

pripadajočo opremo lahko nastavimo parametre delovanja pretvornika, nadzorujemo

delovanje ter shranjujemo podatke o nastavitvah in delovanju pretvornika. V okviru

rekonstrukcije vrtalne enote smo uporabili frekvenčni pretvornik proizvajalca Lenze

EVS9325 – ES.

4.5 Spreminjanje vrtilne hitrosti med vrtanjem s frekvenčnim

pretvornikom

Tako prevelika kot tudi premajhna vrtilna hitrost svedra lahko povzroči uničenje ali poškodbo

svedra. Zelo je pomembno, da se s svedri manjšega premera ne vrta s premajhno vrtilno

hitrostjo. V večini primerov krivec za zlom svedra prevelika vrtilna hitrost. V primeru, da bi

naš vrtalni stroj uporabljali za vrtanje nerjavečega jekla, bi morali upoštevati tabelo 4, ki nam

priporoča zniţanje vrtilne in podajalne hitrosti glede na globino izvrtine. Globina se določa


delo

- 18 -

glede na premer svedra, tako, da se začne zniţevanje hitrosti ko globina izvrtine doseţe

trikratnik premera.

Preglednica 4: Zniţanje vrtilne in podajalne hitrosti glede na globino izvrtine

(VIR: http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=194)

Globina vrtanja Vrtilna hitrost Podajalna hitrost

Do 3x premer Normalna Normalna

3x premer -10 % -10 %

4x premer -20 % -10 %

5x premer -30 % -20 %

6x premer -35 % -20 %

4.6 Frekvenčni pretvornik Lenze EVS9325 - ES

Uporabljeni frekvenčni pretvornik Lenze EVS9325 – ES izhaja iz modelne skupine 9300. Ni

samo preprosti frekvenčni pretvornik, ampak je hkrati tudi servoinverter, na katerega lahko

priklopimo tudi servo motorje. V našem primeru je bil uporabljen kot klasičen frekvenčni

pretvornik. Na sliki 12 je prikazan priklop motorja na frekvenčni pretvornik.

Slika 12: Priklop motorja na frekvenčni pretvornik

http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=194


delo

- 19 -

Preglednica 5: Značilnosti frekvenčnega pretvornika Lenze

Dopustna napajalna napetost (Vrated) 320 … 440 VAC

Stikalna frekvenca (fs) 8 ali 16 kHz

Omreţni tok z dušilkami na napajalnih

priključkih (Ir)

12 A

Omreţni tok brez dušilk na napajalnih

priključkih (Ir)

16,8 A

Dovoljena moč motorja (Pr) 5,5 kW

Izhodna moč 9 kVA

Izhodni tok (Ir8) pri fs = 8 kHz 13 A

Maksimalni izhodni tok (IM8) pri fs = 8 kHz 19,5 A

Izhodni tok (Ir16) pri fs = 16 kHz 9,7 A

Maksimalni izhodni tok (IM16) pri fs = 16 kHz 14,6 A

Za enostavnejše upravljanje je frekvenčnemu pretvorniku dodan še vmesnik, ki ima funkcijo

enostavnega nastavljanja vrtilne hitrosti, ter moţnost upravljanja z zunanjim analognim

signalom. Prav tako ima tudi stikalo ki omogoči delovanje (varnostno stikalo) regulatorja.

Sam vmesnik ima ob moţnosti vodenja z analognim signalom še moţnost preciznega

nastavljanja vrtilne hitrosti s pomočjo deset-obratnega potenciometra, kar nam omogoča

natančno nastavitev vrtilne hitrosti.


delo

- 20 -

Na sliki 13 je prikazan vmesnik, kjer je na desni strani stikalo za vklop regulatorja. Stikalo na

levi strani je namenjeno izboru načina vodenja, navzgor vodenje z zunanjim analognim

signalom (modra in rdeča bananska vtičnica), navzdol vodenje s potenciometrom. Na

vmesniku sta na desni strani modra in rdeča bananska vtičnica za priklop indikatorja vrtilne

hitrosti (analogni signal 0 do 10 V).

Slika 13: Prilagoditveni vmesnik


delo

- 21 -

5 Hidravlični pogonski agregat

Kot omenjeno uvodoma, je podajanje namenske vrtalne enote izvedeno s pomočjo posebnega

podajalnega hidravličnega valja, krmiljenega z ventilom. Ustrezno hidravlično energijo

zagotavlja hidravlični agregat, katerega je bilo potrebno prav pregledati, rekonstruirati,

opremiti z ustreznimi senzorji oz. mesti za priklop le teh, ter opraviti prvi zagon.

5.1 Osnove hidravlike

Beseda hidravlika izhaja iz grške besede hidor (voda) in aulos (cev), kar predstavlja besedo

hidraulikus, ki pomeni prenos in pretvorbo energije ter informacij, ki jih dobimo s pomočjo

tekočine. Najbolj razširjena je industrijska hidravlika, ki se imenuje tudi oljna hidravlika.

Osnovne zakonitosti mehanike tekočin so pričeli odkrivati ţe v antiki, močan razcvet pa se je

začel od 17. stoletja dalje. Samo fizikalno znanje ni zadoščalo, šele napredek tehnologije je

omogočil tehnično izrabo znanih zakonitosti. Uporabiti je bilo potrebno primerne kovine in

gradiva za tesnjenje ter razviti tehnologijo natančne obdelave sestavnih delov. Napredek

uporabne hidravlike je omogočil razvoj stabilnih cementacijskih jekel, kvalitetne sive litine,

umetne gume in razvoj postopkov finega brušenja ter honanja. Posamezni uporabni

hidravlični stroji so se pojavili ţe v prejšnjem stoletju, vendar je več kot 90 % danes

uporabljenih hidravličnih strojev nastalo šele po drugi svetovni vojni.

5.2 Področje uporabe hidravlike

Hidravlika je uporabna v številnih vejah tehnike, ker je povezana s pojmom mehanizacije in

avtomatizacije. Velik uporabnik hidravlike je strojegradnja v najširšem pomenu besede. Stroje

s precejšnim deleţem hidravlične opreme uporabljamo v številnih panogah, npr. kmetijstvu,

gozdarstvu, prometu, rudarstvu, energetiki, gradbeništvu itd… Hidravlika ima veliko vlogo v

preoblikovalni in odrezovalni tehniki (hidravlične stiskalnice, CNC tehnike obdelovalni stroji

itd…). Veliko se uporablja tudi na področju letalske in vojaške tehnike ter jedrske in procesne

tehnologije.

V našem primeru govorimo o hidravličnem podajalnem sistemu. Podajanje pri vrtanju pomeni

premik v vzporedni smeri glede na os vrtenja svedra. Takrat govorimo o linearnem

podajalnem sistemu. Osnovni gradnik tega sistema predstavlja hidravlični valj, ki je zaradi


delo

- 22 -

specifične konstrukcije namenskega vrtalnega stroja votel. Hidravlični valj s priključnima

mestoma je prikazan na sliki 14. Hidravlični valj se krmili preko proporcionalnega ventila,

tlak za pogon pa »zagotavlja« hidravlični agregat.

Slika 14: Hidravlični valj s priključnima mestoma

5.3 Hidravlični pogonski agregat

Hidravlični pogonski agregat pretvarja mehansko energijo elektromotorja v hidrostatično

energijo hidravlične tekočine, ima pa še dodatne funkcije (filtriranje, hlajenje in gretje

hidravlične tekočine), uporaben je v različnih hidravličnih napravah in skupaj z drugimi

hidravličnimi komponenti tvori razne hidravlične sisteme.


delo

- 23 -

Slika 15: Sestavni deli agregata

Rezervoar zagotavlja potrebno količino hidravlične tekočine za normalno delo hidravličnega

sistema, omogoča usedanje nečistoč in vode na dnu ter izločanje plinov iz hidravlične

tekočine, ter omogoča izmenjavo toplote preko sten rezervoarja. Volumen rezervoarja

mobilnih hidravličnih sistemov določimo glede na celoten volumen vseh vgrajenih valjev, za

industrijske hidravlične sisteme pa določimo volumen rezervoarja glede na volumenski pretok

črpalke kar je odvisno od načina obratovanja.


delo

- 24 -

Slika 16: Hidravlični agregat

5.4 Pregled hidravličnega agregata

Ker hidravlični agregat, podobno kot vrtalna enota dalj časa ni bil v uporabi je bilo potrebno

opraviti pregled in osnovne vzdrţevalne posege. Zaradi moţne kontaminacije smo zamenjali

hidravlično olje in filter, pregled rezervoarja pa ni nakazal usedlin ali delcev, ki bi nakazovali

nevarno obrabo črpalke. Večji problem je predstavljal, elastični del parkljaste sklopke,

katerega je bilo zaradi dotrajanosti in poškodb zamenjati.

Agregat je bil v osnovi opremljen samo z analognim manometrom, kar pa za sodobno

diagnostično tehniko ne pride v poštev. Zaradi tega smo ga dogradili z merilnimi, t.i.

Minimess priključki, na katere lahko priključimo tlačne senzorje, ki nam omogočajo stalno ali

občasno spremljanje hidravličnih veličin.


delo

- 25 -

6 Povezava elektromotor in črpalka

6.1 Splošno o hidravličnih črpalkah

Hidravlične črpalke so naprave, ki mehansko energijo pretvarjajo v hidravlično energijo

delovne tekočine, ker dajejo hidravlično energijo določenemu volumnu tekočine jih

imenujemo tudi volumne črpalke. Delimo jih na dve osnovni skupini:

- hidravlične črpalke z rotirajočimi deli,

- hidravlične črpalke z nihajočimi deli.

Glede na prostornino tlačenja razlikujemo tri osnovne tipe črpalk:

- konstantne črpalke,

- nastavljive črpalke,

- regulacijske črpalke.

Ločimo črpalke z enosmernim in dvosmernim delovanjem, obe izvedbi pa sta lahko za

konstanten oziroma nastavljiv pretok, ali pa se prilagajata določenim pogojem. Mehanizem za

upravljanje omogoča regulacijo v črpalkah s spremenljivim pretokom.

Črpalke so izdelane tako, da lahko imajo regulacijo pretoka, moči ali tlaka. Za poenostavljeno

prikazovanje hidravličnih črpalk uporabljamo mednarodno navedene simbole, ki so

predpisani v standardu ISO 1219.

6.2 Zobniška črpalka

Zobniška črpalka spada med najpreprostejše in najcenejše izvedbe hidravličnih črpalk. Je

črpalka s konstantnim pretokom. Poznamo zobniško črpalko z notranjim in zunanjim

ozobjem.

Pri tej črpalki je en zobnik gnan, drugi pa je v sojemnem ubiranju. Ko se zob odmakne iz

vrzeli nasprotnega zobnika nastane podtlak zaradi volumna v sesalnem delu črpalke. Vsesana

tekočina zapolni vrzeli med zobmi in se tako z vrtenjem zobnikov prenaša po obodu na tlačno

stran. V vmesnem prostoru zob med sesalnim in tlačnim delom (na mestu oprijema

zobniškega para) ostane tekočina, ki se iztisne skozi utor v tlačni prostor, sicer bi nastale

tlačne konice, s tem pa šumenje in poškodbe črpalke. Največ zobniških črpalk je izdelanih za

tlake od 60 do 160 bar, manj pa za tlake do 200 bar.

Prednosti črpalke so:


delo

- 26 -

- enostavnejša konstrukcija (glede na ostale) manjše število delov,

- enostavna zamenjava delov,

- majhna občutljivost na nečistoče v olju,

- nizka cena glede na ostale črpalke.

Slabosti črpalke so:

- neprijeten šum pri velikih tlakih,

- slab volumenski in celotni izkoristek.

Zobniška črpalka ni toliko uporabljena zaradi zahtevnejše izdelave notranjega ozobja.

6.3 Parkljasta sklopka

Sklopka veţe dve gredi ali druge elemente, ki jih med obratovanjem lahko ločimo. Delimo jih

na sklopke za vklapljanje, sklopke za prosti tek in momentne sklopke.

Izravnalni element pri parkljastih sklopkah je venec iz elastomera. Preko sklopa pesta in

elastičnega venca, ki je brez zračnosti, se vrši prenos vrtilnega momenta in dušenje vibracij.

Elastomerni venec odločilno določa lastnosti celotne sklopke oz. celotnega pogonskega

sklopa. Brezzračna zveza elastomernega venca in pesta sklopke se doseţe s predhodnim

prednapetostim stiskanjem venca. Servomax elastične sklopke izravnavajo koaksialne napake,

kotne lege osi ali aksialnega zamika. V osnovi so venci iz štirih različnih elastomerov, ki jih

označujemo z:

- izvedba A-trdota elastomera 98 ShA (rdeče barve),

- izvedba B-trdota elastomera 64 Shd (zelene barve),

- izvedba C-trdota elastomera 80ShA (rumene barve),

- izvedba D-trdota elastomera 92ShA – elektro prevoden – za Ex področja (črne barve).

Zaradi svojih lastnosti se parkljaste sklopke z elastomeri uporabljajo predvsem pri:

- pogonski tehniki s servo motorji,

- obdelovalnih strojih,

- napravah za avtomatizacijo,

- tiskarskih strojih,

- strojih za pakiranje,

- industrijskih robotih,

- splošni strojegradnji,

- zvezah dviţno vretenskih pogonov,

- regulacijski tehniki…itd.


delo

- 27 -

Slika 17: Parkljasta sklopka na uporabljenem sistemu motor-črpalka


delo

- 28 -

7 Metode in elementi za nadzor hidravličnih veličin

7.1 Pomen nadzora

Zaradi vse višjih cen hidravličnih strojev in strojev, ki vsebujejo hidravlično opremo in z vse

večjimi zahtevami uporabnikov v zvezi s srednjim časom med odpovedmi, so proizvajalci

hidravlične opreme prisiljeni v svoj hidravlični sistem umestiti sistem za nadzor hidravličnih

veličin. To je še posebej potrebno pri tistih strojih in napravah, od katerih se zahteva velika

zanesljivost in bi zastoj ali okvara predstavljala veliko večji strošek, kot ga predstavlja

preventivni nadzor in pravočasno ukrepanje. Učinkovit nadzor ima velik pomen tudi na

odročnih krajih, kjer je oteţen dostop vzdrţevalnega osebja. Z razvojem brezţičnega omreţja

lahko iz oddaljene lokacije neprekinjeno spremljamo dogajanje v hidravličnem sistemu in šele

po zaznani nepravilnosti angaţiramo vzdrţevalno osebje, da teţave odpravijo. Tak nadzorni

sistem razbremeni osebje in zmanjša moţnost človeške napake, ki se lahko zgodi pri meritvah

z analognim odčitavanjem ali pri vizualnem pregledu. Prav tako zmanjša pa tudi potrebno

število vzdrţevalnega osebja.

7.2 Spremljanje delovanja agregata in stanja olja

Sodobni hidravlični sistemi niso samo opremljeni le s sistemom za merjenje fizikalnih veličin,

temveč tudi s sistemom za spremljanje stanja hidravlične tekočine. Od hidravličnih pogonskih

agregatov, ki so sestavni del nekega stroja ali naprave, uporabnik pričakuje energijsko varčno

in zanesljivo delovanje ob čim manjših vzdrţevalnih posegih. Veliko hidravličnih agregatov

je izpostavljeno zelo surovemu industrijskemu okolju, kjer je veliko nečistoč in je moţnost

kontaminacije olja velika. Ţe pri snovanju agregata ali sistema je potrebno upoštevati zelo

pomemben faktor in sicer vzdrţevanje. Zaradi slabih odločitev v fazi snovanja lahko

uporabnik skozi ţivljenjsko dobo naprave veliko izgubi, zaradi velikih obratovalnih in

vzdrţevalnih stroškov. Upoštevanje pomena vzdrţevanja je pri snovanju agregata ključnega

pomena. Za natančno določanje termina vzdrţevanja je zelo pomembna informacija o

delovanju agregata in o stanju hidravličnega olja. Poleg zgodnje detekcije raznih nepravilnosti

med obratovanjem in posledično preprečevanje okvar, pa nam nadzorni sistem omogoča tudi

kontinuirano zbiranje in dokumentiranje vseh obratovalnih podatkov.


delo

- 29 -

Veliko pozornosti je pri hidravličnih agregatih namenjeno nadzoru stanja hidravličnega olja.

Proizvajalci hidravlične opreme v večini primerov čas menjave olja določijo s časovnim

intervalom. Praviloma ti intervali vključujejo varnostno rezervo pri čemer se ne upošteva

uporaba kvalitetnejšega olja ali manjša obremenitev agregata. Zaradi tega se npr. lahko

hidravlične tekočine menjajo, ko so še v dobrem stanju in ne moremo zaznati nenadnega

poslabšanja kvalitete ali mogoče kontaminacije olja. Pri draţjih napravah in napravah z veliko

količino hidravlične tekočine, se kot alternativa določenim intervalom menjave olja uporablja

spremljanje stanja tekočine s periodičnim odvzemom vzorcev in njihove analize. Takšen

način spremljanja stanja omogoča prilagajanje termina menjave olja glede na dejansko stanje

tekočine. Vendar je šibka točka te metode visok strošek in še vedno je moţnost napake ali

nenadne spremembe stanja olja med posameznimi odvzemi vzorcev.

7.3 Oprema hidravličnih agregatov

Hidravlični agregati starejših izvedb, namenjeni za industrijsko uporabo, so imeli vgrajeno le

najnujnejšo opremo za nadzor delovanja: optični kazalnik nivoja olja, manometer za nadzor

obratovalnega tlaka in nekateri še optični kazalnik za nadzor zamašenosti filtrov. Tako

opremljen agregat pa nam je dajal le posredne informacije o dejanskem stanju v sistemu.

Agregate manjših velikosti in agregate od katerih ni zahtevana velika zanesljivost oz. okvara

ne predstavlja velikih stroškov ali zastojev, se opremljajo le s to osnovno opremo. Novejša

industrijska oprema in s tem agregati so modularno grajeni in ţe imajo prigrajene komponente

za spremljanje zgoraj naštetih osnovnih parametrov.

Velik pomen v hidravličnem agregatu ima rezervoar hidravlične tekočine. Oblikovanju

hidravličnega rezervoarja se v praksi večinoma nameni premalo pozornosti. Njegova pravilna

zasnova je pogoj za celotno delovanje hidravličnega sistema. Morebitne napake med

snovanjem rezervoarja se pokaţejo šele med obratovanjem, ter lahko povzročijo veliko teţav

pri uporabi in samem vzdrţevanju. Primarna naloga rezervoarja hidravlične tekočine je

seveda shranjevanje hidravlične tekočine, vendar je še tu veliko sekundarnih nalog, ki se jih

velikokrat zanemari in se jim ne posveti dovolj pozornosti.

Te naloge so :

- hlajenje hidravlične tekočine,

- izločanje zraka iz hidravlične tekočine,

- izločanje kondenzata iz hidravlične tekočine,

- umirjanje hidravlične tekočine,


delo

- 30 -

- kompenziranje volumna zaradi temperaturnih sprememb,

- odlaganje nečistoč, zmanjšanje hrupnosti ipd…

Pri konstruiranju rezervoarja hidravličnih tekočin so nam v veliko pomoč različna

simulacijska orodja (npr. CFD – Computational Fluid Dynamics), ki nam dajo vpogled v

dogajanje v notranjosti rezervoarja. Z njimi lahko določimo skrite mrtve točke tekočine in

nakazujejo mesto turbulentnega toka. Ti podatki nam pa pomagajo izpopolniti rezervoar.

V našem primeru glede na vidik konstrukcijske zasnove rezervoarja nismo imeli velikega

vpliva, raze da smo na podlagi znane (ugotovljene) velikosti vgrajene črpalke in velikosti

rezervoarja preverili in določili največjo še dopustno oz. še priporočljivo vrtilno hitrost

uporabljanega elektromotorja. Kot ţe omenjeno v prejšnjih poglavjih, smo predvideli tudi

moţnost pogona elektromotorja preko frekvenčnega pretvornika. Več pozornosti smo

namenili nadzoru obratovalnih veličin.

7.4 Senzorska tehnika

Sodobne metode spremljanja stanja omogočajo kontinuirano zajemanje podatkov z

namenskimi senzorji, ki so vgrajeni na napravi. Takšno zajemanje podatkov nam omogoča

pregled, ne le trenutnega stanja, temveč tudi pogled stanja za daljše obdobje. Osnovni

predpogoj za uvajanje on-line nadzornega sistema so senzorji.

Senzorji postajajo cenovno vedno bolj dostopni in z razvojem omogočajo vedno bolj dosledne

meritve. Kontinuirano zbiranje podatkov z on-line metodo, nam omogoča stalno kontrolo nad

določenimi parametri, ki nam povejo stanje v hidravličnem agregatu. Tako lahko zaznamo

nenadne spremembe, ki se največkrat zgodijo z kontaminacijo ali izrabo hidravlične tekočine.

Meritev stanja hidravlične tekočine je veliko bolj zahtevno od zgolj meritve tlaka ali meritve

temperature, ker stanje olja pogojuje več fizikalnih lastnosti. Senzorska tehnika na tem

področju je v razvojni fazi, vendar se določene ţe lahko dobi na trgu. Najpogostejši senzorji

za določanje stanja hidravlične tekočine merijo:

- stopnjo čistosti / število tujih delcev,

- vsebnost vlage ali vode,

- viskoznost,

- dielektrične konstante.

Poznamo tudi več-veličinske senzorje, ki merijo več parametrov hkrati.


delo

- 31 -

Mesto vgradnje senzorjev je zelo odvisna od samega sistema in močno vpliva na točnost in

doslednost razbrane informacije. Za določitev optimalnega merilnega mesta se posluţujemo

različnih simulacijskih orodij, najboljše ţe omenjeno CFD-simulacijo tekočine.

Najenostavnejši način montaţe senzorjev je na glavnem povratnem vodu, tako merimo

tekočino, ki je dejansko prepotovala sistem, s tem pa dobimo najrealnejšo sliko dejanskega

stanja v primerjavi z meritvami.

7.5 Zbiranje informacij in obdelava rezultatov

Senzorji pošiljajo električni signal, ki ga je potrebno še obdelati v smiselno informacijo oz.

preprosto berljivo veličino. Vsi senzorji posredujejo signal v krmilnik, ki ima poleg primarne

naloge obdelave podatkov še nalogo, da evidentira in posreduje podatke. Tako si lahko

ustvarimo bazo podatkov, v kateri lahko primerjamo fizikalne lastnosti olja in kemične

lastnosti (periodični odvzem vzorcev) Tako lahko vzpostavimo direktne povezave med

kemijskimi in fizikalnimi lastnostmi, ter glede na opaţene kemijske fizikalne spremembe,

predčasno odredimo odvzem vzorcev. Sistem lahko nadgradimo z inteligentnim sistemom

obdelovanja podatkov in ga sprogramiramo, da nas opozori o mejnih vrednostih npr. vodja

vzdrţevanja dobi SMS o prekoračeni temperaturi v določenem agregatu. Tak sistem omogoča

tudi nastavitev kritičnih vrednosti, pri kateri se bi agregat sam ustavil. S takšnimi

inteligentnimi sistemi zmanjšamo teţave pri upravljanju sistema za nadzorovanje stanja in

hitreje določimo dotrajanost sistema ali hidravlične tekočine. Razvoj informacijskega sistema

nadzorne tehnike gre v smeri avtomatizirane analize podatkov in posredovanje poenostavljene

informacije uporabniku. S preprostim uporabniškim vmesnikom, bi z rastočo tehnologijo

pametnih telefonov in tabličnih računalnikov imeli dostop, do vseh potrebnih podatkov

povsod kjer se bomo nahajali. Osnovni pogoj bo seveda dostop do interneta, kar pa ne bo

problem, ker je pokritost z mobilnim internetom velika in še raste.

Predpogoj za uvajanje merilne tehnike in montaţo senzorjev pa je ustrezna moţnost priklopa

senzorjev. Le ti so lahko trajno nameščeni (in jih ne moremo prenašati iz enega mesta na

drugega) ali pa je to omogočeno. V tem primeru moramo imeti na agregatu nameščene

ustrezne merilne priključke, npr. Minimess priključke.


delo

- 32 -

7.6 Minimess priključki

Minimess priključke so razvili v podjetju Hydrotechnik ţe leta 1964. Njihova filozofija je

»Test with confidence« oziroma po naše testiranje s samozavestjo. V osnovi je Minimess

namenjen merjenju lastnosti tekočine na določeni točki, brez motenja delovanja hidravličnega

sistema. Sistem mehkega tesnjenja s pomočjo krogličnega tesnila omogoča sistem brez izgube

hidravlične tekočine oz. brez puščanja. Priključek ali senzor se preprosto privijači na merilno

mesto, brez uporabe orodja in nadleţnega onesnaţenja okolja merilnega mesta. Minimess

priključki omogočajo merjenje temperature in tlaka z istim senzorjem. V osnovi je bilo

namenjeno za merjenje tlaka, novejše pa imajo temperaturne sonde, ki so v stiku z medijem.

Dober prenos toplote med medijem in temperaturnim senzorjem, pomeni dobro meritev

temperature. Na Minimess lahko priključimo različne merilce in senzorje.

7.7 Analogni merilnik tlaka

Analogni merilnik tlaka, primer prikazan na sliki 18, je izmed vseh uporabljanih senzorjev

najbolj preprost, ter primeren za nameščanje na Minimess priključek. Na sliki 18 prikazani

analogni senzor tlaka ima območje merjenja od 0 do 250 bar. Zaradi cenovno ugodne nabavne

vrednosti in enostavne montaţe se lahko uporablja kot stalni sistem spremljanja hidravličnega

tlaka.

Slika 18: Analogna merilnika tlaka


delo

- 33 -

7.8 Hydrotechnik Pocket – Multikontroler

Hydrotechnik Pocket – Multikontroler je starejša izmed dveh uporabljenih naprav za merjenje

tlaka in pretoka. Hkrati omogoča prikaz samo dveh kanalov hkrati oz. kot prikazano na sliki

19 smo beleţili tlaka p1 in p2. Opravili smo tudi meritev pretoka in prišli do ugotovitve, da

neobremenjena črpalka pri nazivnih vrtljajih n=1420 obr/min doseţe pretok 52 L/min in

premaguje tlak p1=4,5 bar. Pri maksimalni obremenitvi smo zabeleţili tlak 143 bar in s tem

dobili tudi podatek, na kakšno vrednost je nastavljen varnostni ventil.

Slika 19: Naprava Hydrotechnik in prikaz podatkov

7.9 Hydac HMG3000

Hydac HMG 3000 (slika 20) je mobilna merilna naprava višjega razreda namenjena za prikaz

in snemanje podatkov. Uporabniku omogoča, da s pomočjo preprostega in zmogljivega

operacijskega sistema izvede široko paleto meritev v zelo kratkem času. Zato je HMG 3000

zmogljiv in zanesljiv pomočnik v področjih kot so servisi, vzdrţevanja, testiranje tehnologij,

zagotavljanje kakovosti in ugotavljanje stanja naprav.


delo

- 34 -

Slika 20: Naprava HMG 3000 s priključenimi štirimi vhodi

Naprava je bila zasnovana za merjenje tlaka, temperature in pretoka medija v hidravliki, tudi

v pnevmatiki. S pomočjo pametnih senzorjev lahko izvajamo več meritev hkrati. Poleg

analognih vhodov ima HMG 3000 tudi digitalne vhode, na katere lahko priključimo merilce

obratov in frekvence. Zaradi širokega polja uporabe je tako primeren za tiste, ki občasno

opravljajo meritve, kot je primeren za tiste, ki se s tem ukvarjajo profesionalno, se pravi vsak

dan opravljajo meritve in dokumentirajo zbrane vrednosti. Programska oprema se lahko

nadgrajuje preko USB povezave, kar na omogoča, da bomo vedno imeli najnovejšo

programsko opremo.

Prednosti :

- preprosta in uporabniku prijazna uporaba,

- praktično usmerjeno oblikovanje,

- velik in grafično zmogljiv barvni zaslon,

- hitra in avtomatska osnovna nastavitev preko avtomatskega zaznavanja senzorjev,

- priključenih je lahko do 10 senzorjev,

- spremlja se lahko do 32 kanalov,

- frekvenca osveţevanja je na 0,1 ms,

- široko polje merjenja napetosti od -10 V do +10 V in 0 V do 5 V,

- zelo velika spominska kapaciteta za snemanje merilnih krivulj,


delo

- 35 -

- veliko funkcij merjenja: Normalno merjenje, snemanje hitrih krivulj in dolgoročno

merjenje,

- merilnika tlaka HDA 4748 imata merilno območje 0 - 400 bar,

- merilnik pretoka EVS 3100 meri od 6 - 60 L/min.

Slika 21: Priklopljena senzorja tlaka in merilnik pretoka

Naprava zaradi zmogljive grafike učinkovito prikazuje izmerjene podatke. Ti so lahko v

numerični obliki ali pa v grafični obliki, pri čemer imamo moţnost spremljanje grafa, ki ga

naprava riše sprotno z opravljanjem meritev. Na sliki 22 je kot primer prikazan graf pri

katerem smo s spreminjanjem bremena in vzporednim reguliranjem obratov črpalke s

pomočjo frekvenčnega pretvornika dosegli enakomeren pretok.


delo

- 36 -

Slika 22: Preizkus prikazan v grafu


delo

- 37 -

8 Praktičen pomen povezave hidravličnega agregata z linearnim

podajalnim sistemom

V nadaljevanju še par besed namenimo še uporabi in moţnostim krmiljenja namenske vrtalne

naprave. Obnovljeno namensko vrtalno enoto je potrebno opremiti še ustreznim ventilom in

krmilnim sistemom. Kratke informacije podane v okviru tega poglavja niso predmet tega

diplomskega dela, temveč sluţijo kot izhodišče za zasnovo oz. izbiro primernega koncepta

vodenja vrtalne enote.

8.1 Linearni hidravlični pogoni

Linearni ali premočrtni hidravlični pogon predstavlja zaradi svojega, ţe v osnovi

premočrtnega delovanja, enega najenostavnejših pripomočkov za izvedbo translatornih

delovnih in pomoţnih gibanj na strojih. Z njimi se uspešno izognemo problemom pretvorbe

rotacijskega gibanja v translatorno, hkrati pa omogočajo togo in brezzračno povezavo z

bremenom.

Hidravlični pogoni, kakor tudi hidravlične naprave nasploh, se odlikujejo predvsem po visoki

gostosti energije, ki jim omogoča doseganje velikih hitrosti in pospeškov ter delovnih sil.

Pogonski mehanizmi lahko imajo majhne vgradne mere, ter enostavno in učinkovito zaščito

proti preobremenitvam.

Z ozirom na visoke zahteve v pogledu natančnosti pozicioniranja ter širokem področju

nastavljivih hitrosti, ki jih od sodobnih pogonskih sistemov zahtevamo, je potrebno omeniti

tudi določene slabosti hidravličnih naprav. Le te so predvsem stisljivost tekočin, občutljivost

na spremembe delovne temperature, problemi tesnjenja ter neenakomernosti gibanja z

zatikanjem pri majhnih hitrostih.

Intenziven razvoj v zadnjih letih je omogočil, da je z uporabo kvalitetnih hidravličnih valjev,

krmilnih ventilov in senzorjev, predvsem pa intergracije z mikroelektroniko, odpravljena

večina omenjenih slabosti. Prav tako kot v drugih vejah tehnike je tudi na tem mestu odigral

veliko vlogo mikroračunalnik.

Svetovni proizvajalci tovrstne opreme ponujajo danes široko paleto proizvodov v različnih

cenovnih razredih, ki so odvisni predvsem od namena uporabe.


delo

- 38 -

Vsekakor pa poseben pomen predstavlja uporaba mikroračunalnika in računalniške opreme.

Sprva se je to pojavilo kot del tako imenovanega CNC krmilja, ki je dajal krmilniku ventila

signal ţelene vrednosti. Predvsem razvoj mikroprocesorjev je pripeljal do naglega razvoja

tudi na področju hidravlike. Mikroprocesor (sprva enobitni, nato osembitni) je s svojim

razvojem pripeljal do revolucionarnih doseţkov v različnih vejah znanosti ter najavil močan

val sprememb v sami proizvodnji. S popularizacijo računalnikov predvsem v osemdesetih in

začetku devetdesetih let, je prodor tovrstnih izdelkov postajal vedno večji tudi na področju,

kjer se to ni pričakovalo (vsaj ne tako hitro). Prav sinteza sposobnega mikroračunalnika in

klasičnih krmilnikov naj bi pripeljala do nove generacije krmilnikov, ter novega vala

elektrohidravličnih pogonov (tako premočrtnih kot tudi rotacijskih). Zlasti upadanje cen

posameznih komponent mikroračunalniške tehnike in samih mikroračunalnikov je omogočilo

razvoj novih konceptov krmilnikov elektrohidravličnih ventilov namenjenih podajalnim

pogonom. Glede na način krmiljenja lahko hidravlične pogone delimo na cenene

odprtozančne sisteme ter zaprtozančne sisteme.

8.2 Odprtozančni premočrtni pogoni

V praksi srečamo veliko število primerov uporabe, ki pogonskemu mehanizmu ne nalagajo

pretiranih zahtev. To še zlasti velja za nekatere vrste lesnih strojev, strojev za preoblikovanje

plastičnih mas in kovin, ter najenostavnejše streţne naprave, kjer se razpon nastavljivih

hitrosti giblje med 0,05 do 1 m/s, natančnost pozicioniranja pa do 0,1 mm.

V tehničnem pogledu so tovrstni pogoni večinoma izvedeni tako, da je hidravlični valj

krmljen z dvo poloţajnim magnetnim ventilom, oziroma z ventilom z omejenim točno

določenim številom krmilnih leg, medtem ko se signali nastavljanja donosno zaustavitvene

točke, krmilijo s pomočjo končnih stikal. Ţelene hitrosti se v grobem dosegajo z uporabo

dušnih ventilov.

Spremembe delovnih postopkov zahtevajo zato vsakokratno ponovno nastavljanje omenjenih

elementov.

Zaradi potrebe po večji fleksibilnosti sodobnih strojev, je bil s strani proizvajalcev

hidravličnih sistemov storjen nadaljnji razvojni korak na področju odprtozančnih pogonov, ki

morajo imeti temu primerno nizko ceno. Razviti so bili namreč tako imenovani ceneni (low-

cost) programabilni elektrohidravlični sistemi.


delo

- 39 -

8.3 Zgradba elektrohidravličnih premočrtnih pogonov

Pogon je sestavljen iz hidravličnega delovnega valja, krmilnega ventila, merilnega

pretvornika poloţaja, močnostne elektronike za krmiljenje magnetov in elektronskega

krmilnega sistema. Vsaka od naštetih komponent se razlikuje med posameznimi proizvajalci,

predvsem pa je to odvisno od tehnoloških zahtev ter ekonomskih in cenovnih faktorjev.

Sestavine elektrohidravličnega premočrtnega pogona naj bi bile med seboj usklajene. Pri tem

je hidravlični valj, kot izvršni organ, odločilnega pomena. Zlasti je pomembna kvaliteta

izdelave valja, kakor tudi kvaliteta in vrsta materiala tesnil, ki mora zagotoviti minimalno

trenje. Tako naj bo hidravlični valj za sodobne hidravlične pogone sposoben delovati pri

ekstremno visokih hitrostih, kakor tudi pri ekstremno nizkih hitrostih in najmanjših pomikih

(npr. 0,01mm) brez ˝stick-slip˝-a. dandanes dosegamo zahteve z visoko kvaliteto obdelave

cevnice valja in z izbiro specialnih materialov tesnil (teflon). V posebnih primerih, pa s

hidrostatičnim uleţajenjem bata in batnice hidravličnega valja.

Druga izredno pomembna komponenta elektrohidravličnega pogona je merilni senzor,

oziroma merilni pretvornik poloţaja. V grobem ločimo predvsem pogone z najvišjimi

zahtevami, kjer so v uporabi inkrementalni pretvorniki, nameščeni direktno na saneh stroja.

Pri vseh ostalih zvrsteh pogonov, pa nudijo proizvajalci, glede izbire merilnega senzorja,

široko paleto moţnosti. V ospredju so prav gotovo tiste vrste merilnih pretvornikov, ki jih je

mogoče namestiti direktno v hidravlični valj, tako da so zaščiteni pred zunanjimi

poškodbami, odpade pa tudi zaščita pred zasukom batnice. Prednosti elektrohidravličnih

premočrtnih pogonov z intergriranimi (notranje vgrajenimi) senzorji so predvsem naslednje:

- kompaktni in robustni pogoni,

- visoka dinamika, ponovljivost in togost,

- visoka obratovalna varnost,

- visoka produktivnost zaradi individualne rešitve pogona,

- povezave velike gostote moči hidravlike s hitro in natančno obdelavo signalov, s

pomočjo elektronike v sisteme z visokim učinkom.

Nadalje je mogoče izbirati ustrezen merilni sistem tudi glede na to ali je krmilni sistem

izveden v analogni oziroma digitalni elektronski tehniki.


delo

- 40 -

8.4 Krmilni ventili – proporcionalni ventili

Krmilni ventili predstavljajo vmesni člen, ki omogoča pretvorbo električnega signala v

odgovarjajočo vrednost pretoka delovnega fluida, torej pretvornik ene vrste energije v drugo.

Posebej zanimivi so tisti krmilni ventili, ki se odlikujejo po zvezdni pretvorbi. Za tako

imenovane elektrohidravlične pogone so posebej zanimivi potni krmilni ventili. Iz te skupine

sta znana elektrohidravlični servoventil in elektrohidravlični proporcionalni ventil.

Razvoj raznih vrst ventilov je zahteval izdelavo ventila, ki bi ohranjal lastnosti servo ventila,

vendar bi bil robustnejši, lahko izmenljiv in precej cenejši od servo ventila. K razvoju

takšnega ventila je največ prispeval razvoj proporcionalnega magneta in s tem povezanega

proporcionalnega ventila.

Spoj klasičnega dvo poloţajnega ventila (mehanskega dela) in proporcionalnega magneta je

pripeljal do izvedbe, ki po večini ustreza danim zahtevam (robustna izvedba, manjša

občutljivost na umazanijo, enostavno vzdrţevanje, lahka izmenljivost,…). Vendar pa se s

takšnimi ventili ne dosegajo dinamične lastnosti, ki bi bile podobne dinamičnim lastnostim

servo ventilov.

Področje uporabe proporcionalnih ventilov se močno širi, predvsem na področju hidravličnih

krmilja, v novejšem času pa tudi na področju uporabe v regulacijskih krogih (posebne izvedbe

tako imenovanih regulacijskih proporcionalnih ventilov). Čeprav je njihova uporabnost na

tem področju omenjena zaradi slabšega dinamičnega obnašanja in relativno nizke natančnosti

glede na servo ventile.


delo

- 41 -

9 Sklep

Namen diplomske naloge je bil opraviti prvi zagon namenskega vrtalnega stroja s

hidravličnim podajanjem, ki je namenjen za istočasno vrtanje lukenj v ventilske plošče.

Zaradi neuporabe je bil stroj v zanemarjenem stanju, razen tega pa se je izgubila vsa potrebna

dokumentacija o parametrih delovanja in o navodilih za zagon in uporabo. Čiščenje je

pokazalo, da je vrtalni stroj kljub zanemarjenosti v dobri delovni kondiciji.

Elektromotor je bilo potrebno priključiti na omreţje, zaradi izgube dokumentacije smo morali

razbrati podatke iz napisne ploščice na elektromotorju in eksperimentalno določiti pravilno

smer vrtenja. Poudarek na pravilni smeri vrtenja je pomemben zaradi tehnologije obdelave,

saj pri vrtanju sveder ne odrezuje če se vrti v napačno smer.

Po opravljenem priklopu je bilo potrebno določiti vrtilne hitrosti vrtalnih glav, ki jih omogoča

jermenski prenos s tremi prestavami. Z merjenjem hitrosti glav in elektromotorja v eni

prestavi in merjenjem premerov jermenic smo lahko določili ostali dve vrtalni hitrosti. Ker

smo vrtalni stroj priključili tudi na frekvenčni pretvornik, je opisana smiselnost uporabe

sprejemljive vrtalne hitrosti pri vrtanju in navodila za izvajanje.

Hidravlični podajalni sistem namenskega vrtalnega stroja poganja hidravlični agregat.

Hidravlični agregat je bil pred uporabo pregledan in izvedeni so bili osnovni vzdrţevalni

posegi. Nadgrajen je bil tudi s priključki Minimess za stalno ali občasno spremljanje

hidravličnih veličin.

Parametre hidravlične črpalke smo izmerili s pomočjo merilne opreme iz laboratorija. Merilna

oprema obsega od preprostih manometrov do kompliciranih in naprednih merilnih naprav za

merjenje in beleţenje podatkov.


delo

- 42 -

10 Viri in literatura

[1] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo napravila Joţe

Puhar, Joţe Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2003.

[2] Speeds and feeds for drilling and reaming stainless steels [svetovni splet]. British

stainless stell association. Dostopno na WWW :

http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=194 [16.8.2013]

[3] Parkljaste sklopke z elastomeri [svetovni splet] Sensor d.o.o Dostopno na WWW :

http://www.sensor.si/pogonska-tehnika/proizvodi-rw/parkljaste-sklopke-z-elastomeri-ek/

[13.8.2013]

[4] Nadzorni sistemi sodobnih hidravličnih agregatov [svetovni splet] Finance.si Dostopno

na WWW : http://www.finance.si/251826/Nadzorni-sistemi-sodobnih-

hidravli%C4%8Dnih-agregatov [13.7.2013]

[5] HMG 3000 [svetovni splet] Hydac AS Dostopno na WWW : http://www.hydac.com/no-

en/products/measurement-display-and-analysis-tools/measuring-instruments/handheld-

measuring-instruments/hmg-3000.html [5.8.2013]

[6] Hydrotechnik Minimess [svetovni splet] Hydrotechnik GmbH Dostopno na WWW :

http://www.hydrotechnik.com/download/pdf/Hydrotechnik_Minimess_KAEN.pdf

[8.8.2013]

[7] SHB 9300 Servo inverters [svetovni splet] Lenze Automation GmbH Dostopno na

WWW : http://www.lenze.com.tr/documents/products/techdocs/9300-

servo/SHB_9300_Servo_inverter_v5-3_EN.pdf [8.8.2013]

[8] Darko Lovrec: Osnove hidravlike – e-skripta, Moodle

[9] Mitja Kastrevc : Mikroprocesorski pomnilnik elektrohidravličnega pogona s

proporcionalnim ventilom ( Magistrska naloga , Maribor 1991)

http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=194

http://www.sensor.si/pogonska-tehnika/proizvodi-rw/parkljaste-sklopke-z-elastomeri-ek/

http://www.finance.si/251826/Nadzorni-sistemi-sodobnih-hidravli%C4%8Dnih-agregatov

http://www.finance.si/251826/Nadzorni-sistemi-sodobnih-hidravli%C4%8Dnih-agregatov

http://www.hydac.com/no-en/products/measurement-display-and-analysis-tools/measuring-instruments/handheld-measuring-instruments/hmg-3000.html



http://www.hydrotechnik.com/download/pdf/Hydrotechnik_Minimess_KAEN.pdf

http://www.lenze.com.tr/documents/products/techdocs/9300-servo/SHB_9300_Servo_inverter_v5-3_EN.pdf

http://www.lenze.com.tr/documents/products/techdocs/9300-servo/SHB_9300_Servo_inverter_v5-3_EN.pdf

Prvi zagon namenskega vrtalnega stroja s hidravličnim ...

Documents

Transcript of Prvi zagon namenskega vrtalnega stroja s hidravličnim ...