nas?
Varken PDA3 eller PDA6 har någon hydraulisk tryckåterkoppling av signaltryck- et som PVC25 har. För att kunna ha kontroll över signaltrycket måste NC- och NO-trycket vara väl definierat över tid, på grund av att signaltrycket blir en funk- tion av dessa. Utan denna tryckåterkoppling klarar ventilerna inte att neutralisera tryckstötar i signaltrycket lika snabbt som om det skulle funnits en återkoppling,
64 Resultat och slutsatser
eftersom strypareorna lägespositioneras.
CPS4 har en tryckåterkoppling till huvudsliden, figur4.6, därför ska den klara
av att neutralisera tryckvariationer. Problemet med styrningen av CPS4 är att den ligger i PDA3 och då krävs hela tiden kontroll av NC- och NO-trycken.
10.7
Har MEMS-teknologin någon framtid inom
hydrauliken?
Av de totalt fem ventiler jag haft till mitt förfogande är det bara en som överlevt, resterande har brustit internt eller externt på grund av kvalitetsbrist i tillverknin- gen. Hur som helst får man inte glömma bort att det är prototyper det handlar om. Ventilerna var ursprungligen konstruerade för pneumatik, men genom att öka spelet mellan rörliga ventildelar till 2µm, vilket är väldigt litet i hydrauliska sam-
manhang, har man tänkt att använda dem i hydrauliska system. [5]
Under hösten 2007 som testerna pågått har Microstaq kontinuerligt informer- ats om mätresultat och fått påpekat vad vi anser som brister. Till en början hade de svårt att acceptera att det skulle vara några fel på deras produkter, men med tiden insåg de mer och mer vilka problem som fanns. En annan svaghet Microstaq haft är deras egna provbänk. De har inte haft möjlighet att själva utvädera sina ventiler vid några högre tryckfall. Linjäritets- och hysteresmätningar som de gjort på PDA3 har ett tryckfall av 6,9 bar (100 psi). Vid detta låga tryckfall har ex- empelvis inte flödeskrafter någon större inverkan på karaktäristiken, varför det kan vara möjligt att Microstaq inte sett dem som ett problem. Efter att jag kun- nat påvisa att flödeskrafterna har betydande inverkan fick jag ett mail från Dane
Davis på Microstaq [5] där han håller med om att flödeskrafterna inverkar, men
för dem är det oklart hur mycket. De har börjat titta på datorbaserade strömn- ingsberäkningar och försöker även se flödeskrafternas verkan på ankaret genom att IR-belysa ventilerna under drift när de genomströmmas av kvävgas som tryckmedi- um. Att använda kvävgas istället för olja när man betraktar den statiska delen av
strömningskrafterna, ekvation10.1, är jämförbart eftersom att Cd-värdet blir nå-
gonstans mellan 0,6 och 0,7 för båda tryckmedier. [16]
I mailet från Dane Davis fick jag också reda på att de haft kvalitetsbroblem un- der tillverkningen av ventilerna under hösten 2007, men att de nu förhoppningsvis löst problemet.
Under avslutningen av detta examensarbete sände Microstaq över en nytil- lverkad PDA3 version 2 med halverad öppningsarea jämfört med PDA3 version 1. Halverad öppningsarea skulle enligt beräkningsmodellen vara positiv för strömn- ingskrafternas negativa inverkan på linjäriteten. Mätningar gjordes på denna PDA3 version 2 som en del av den egenkonstruerade kombinationsventilen med PVC25-
slid. Resultatet i avseende på hysteres och repeterbarhet, figur10.8, var långt över
förväntan, med tanke på vad vi sett tidigare.
Trots de problem som tekniken brottas med finns det stora möjligheter för framtida användning i hydrauliska system. Att ventiler med MEMS-teknologi kan göras väldigt små är ett faktum som talar till MEMS fördel. Ventilpaket som utrustats med MEMS som pilotsteg kan göras betydligt mer kompakta än med
10.7 Har MEMS-teknologin någon framtid inom hydrauliken? 65
dagens solenoider, dessutom är det möjligt att integrera sensorer och delar av styrelektroniken i MEMS.
När man löst problemen med hållfasthet, olinjäriteter, flödeskrafter och snabb- het är det troligt att MEMS-teknologin har en framtid inom hydrauliska applika- tioner. De tester jag utfört under mitt examensarbete och grundar denna rapport på bygger helt på Microstaqs produksortiment. Det börjar även komma andra aktörer på marknaden med liknande produkter, därför ser jag en klar utveck- lingspotential. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 5 10 15 20 25 30 blå = signaltryck ström [mA] tryck [bar]
Figur 10.8.Hysteres och repeterbarhet PDA3 version 2 i kombinationsventil, Drivning:
Litteraturförteckning
[1] Formelsamling i Hydraulik och pneumatik. IKP, Linköpings Tekniska Högsko- la, 1995.
[2] Agrol, Februari 2008. http://www.agrol.de/resources/documents/atf_dexron_iii.pdf. [3] Robert Bengtsson, 2007.
[4] J Österman C Nordling. Physics Handbook for science and engineering uppl.
8. Studentlitterarur, 2006.
[5] R. Dane Davis. Application engineer, miqrostaq inc., Februari 2008. [6] Björn Eriksson, 2008.
[7] Microstaq Inc., Februari 2008. http://www.microstaq.com/products/cps4.html. [8] Castrol Industri, Februari 2008. http://www.castrolindustri.se/castrol/
upload/PDFer/ILS_Produktfaktan_2006_vr1.pdf.
[9] MCDE Johan Hansson, Parker Hannifin AB, December 2007.
[10] Achim Greis Klaus-Dieter Linsmeier. Electromagnetic Actuators. Moderne Industrie, 2000.
[11] Karl-Erik Rydberg Olof Olsson. KOMPENDIUM I HYDRAULIK. IKP Linköpings Universitet, 1993.
[12] Parker, 2007.
[13] MEMX Paul McWhorter. Sökord: Mems technology, December 2007.
http://www.memx.com/technology.htm.
[14] Johan D. Busch Roger G. Gilbertson. A survey of micro-actuator technologies for future spacecraft missions. The Journal of The British Interplanetary
Society, 49:129–138, 1996.
[15] Karl-Erik Rydberg. Hydraulic servo systems, 2006. TMHP 51. [16] Professor Karl-Erik Rydberg, Februari 2008.
68 Litteraturförteckning
[17] Wikipedia Homepage the free encyclopedia. Sökord: Deep reactive ion etching, Februari 2008. http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_reactive_ion_etching. [18] Wikipedia Homepage the free encyclopedia. Sökord: hydraulic drive system,
Februari 2008. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_drive_system. [19] Wikipedia Homepage the free encyclopedia. Sökord: hysteres, Februari 2008.
http://sv.wikipedia.org/wiki/Hysteres.
[20] Wikipedia Homepage the free encyclopedia. Sökord: solenoid, Februari 2008. http://sv.wikipedia.org/wiki/Solenoid.
[21] Lennat Ljung Torkel Glad. Reglerteknik, Grundläggande teori. Studentlit- teratur, 1989.
.1 Nomenklatur 69
.1
Nomenklatur
Storhet Namn Enhet
A :area [m2] Cq :flödeskoefficient [−] F :kraft [N ] Fs :flödeskraft [N ] G :överföringsfunktion [−] I :ström [A] P :effekt [W ] R :resistans [Ω] U :spänning [V ] V :volym [m3] k :fjäderkoefficient [N/m] p :tryck [P a] ps :försörjningstryck [P a] psignal :signaltryck [P a] pt :tanktryck [P a] q :flöde [m3/s] qin :flöde in i volym [m3/s] s :laplace operator [−] w :areagradient [m] x :sträcka [m] βe :effektiv kompressionsmodul [P a] δ :strålvinkel [◦] ρ :densitet [kg/m3] τ :tidskonstant [s] Tilläggsindex 1 ordningstal 2 ordningstal A ordningstal B ordningstal m maximal
Bilaga A
A.1
Scilabkod, sluten oljevolym
Denna kod visar tryckstegring i sluten oljevolym: clear Pc
clear Pcbar
Be=1000e6; // [Pa] Cq=0.67; // [-] ra=270; // [kg/m3]
V=30e-6; // [m3] Aktuell oljevolym. Pp=20e5; // [Pa]
A=0.44e-6; // [m2] Storlek på stryparea. Pc0=0;
dt=0.00001; t=[0:dt:0.015]; k=length(t)-1; Pc(1)=Pc0;
for i=1:k // Lägger en teckenbit för att kunna räkna med absolutbelopp if (Pp-Pc(i))<0 // i rotuttrycket och undvika imaginära tal.
si=-1; else si=1; end
Pc(i+1)=Pc(i)+si*dt*(Be/V)*(Cq*A*sqrt((2/870)*(abs(Pp-Pc(i))))); end // Trycket i varje punkt blir föregående tryck
// plus tryckderivatan gånger längden på tidssteget. Pcbar=Pc*1e-5; // Omvandling till bar.
tm=t*1000; // Omvandling till ms. clf plot(tm,Pcbar) xlabel(’tid [ms]’) ylabel(’tryck [bar]’) 70
A.2 Scilabkod, flödeskrafter 71
A.2
Scilabkod, flödeskrafter
ps=20e5;
A1m=.22e-6*1; //Area 1, maximal A2m=.09e-6*1; //Area 2, maximal w1=sqrt(A1m)*3; //Antagen areagradient k=850; //Antagen fjäderkonstant Cq=.67; delta=(69/180)*3.141593; a=2*Cq*cos(delta); //p, F och A är vektorer A1=[0:A1m/1000:A1m]; A2=A2m-A1.*(A2m/A1m); p=((A1.ˆ2)./(A1.ˆ2.+A2.ˆ2)).*ps; F=A1.*(k/w1+(ps-p).*a+A2m/A1m)-A2m; p_b=p*1e-5; A11=A1*1e6; clf subplot(1,2,1) plot(A11,p_b,’b’) xgrid(1) title(’signaltryck PDA3’); xlabel(’area A1 [mm2]’); ylabel(’tryck [bar]’); subplot(1,2,2) plot(F,p_b,’r’) xgrid(1); title(’signaltryck PDA3’); xlabel(’kraft [N]’); ylabel(’tryck [bar]’);