Digitaalihydraulinen pienoisventtiilijärjestelmä

Tapio Lantela

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Digitaalisen hydrauliventtiilijärjestelmän ohjausreunat koostuvat useista rinnankytketyistä on/off-venttiileistä ja niitä voidaan käyttää hydraulitoimilaitteiden kuristussäätöön samaan tapaan kuin luistityyppisiä proportionaali- ja servoventtiileitä. Hydraulijärjestelmissä usein käytettyihin servo-venttiileihin verrattuna digitaaliset venttiilijärjestelmät mahdollistavat sekä energiankulutuksen pienentämisen että toimilaitteiden ohjaustarkkuuden parantamisen. Kuristussäädössä syntyviä energiahäviöitä voidaan pienentää merkittävästi käyttämällä digitaalisten venttiilijärjestelmien mahdollistamaa erillisreunaohjausta. Digitaaliset venttiilijärjestelmät ovat yleisesti myös vika-sietoisia ja sietävät hyvin hydraulinesteen epäpuhtauksia. Lisäksi niiden vaste voi olla huomat-tavasti nopeampi kuin nopeimmilla servoventtiileillä. Digitaalisten venttiilijärjestelmien käyttö ei toistaiseksi ole yleistä, osittain siksi että niiden rakentamiseen ei ole saatavilla sopivia on/off-venttiileitä. Tällä hetkellä erittäin nopeiden ja erityisesti pienikokoisten digitaalisten venttiilijärjestelmien rakentaminen ei ole mahdollista käyttäen kaupallisia komponentteja. Tässä väitöstyössä esitetyn tutkimuksen tavoitteena on parantaa digitaalisissa venttiilijärjestelmissä käytettyä teknologiaa kehittämällä pienikokoinen ja nopea on/off-venttiili suurella virtauskapasiteetilla ja lisäksi näistä venttiileistä koostuva digitaalinen venttiilijärjestelmä. Tämä väitöskirja esittelee rakenteen nopealle esiohjatulle on/off-venttiilille, jonka tilavuus on noin 3 cm3 ja vasteaika alle 2 ms. Hydraulisten komponenttien suunnittelun lisäksi tällaisen venttiilin kehittäminen vaati pienikokoisen ja erittäin nopean solenoiditoimilaitteen sekä sen ohjaamiseen käytettävän elektroniikan suunnittelun. Tämä väitöskirja analysoi usean tekijän vaikutusta solenoiditoimilaitteen vasteeseen elementtimenetelmäsimulointien sekä prototyyppi-toimilaitteen mittaustulosten avulla. Väitöskirjassa tutkitaan myös vastakkaissuuntaista virta-pulssia käyttävän ohjauselektroniikan vaikutusta solenoiditoimilaitteen sulkeutumisvasteeseen. Lisäksi väitöskirja analysoi solenoidiohjatun istukkaventtiilin pienentämiseen liittyviä fysikaalisia perusteita sekä pienentämiseen liittyviä hyötyjä ja rajoitteita. Väitöskirja esittelee myös kehitettyyn on/off-venttiiliin pohjautuvan pienikokoisen digitaalisen venttiilijärjestelmän rakenteen sekä tutkii kahta ainetta lisäävää valmistusmenetelmää venttiili-järjestelmän virtauskanaviston valmistamiseksi. Tutkitut menetelmät ovat levymetallista laminoi-minen sekä valikoiva lasersulatus. Käyttäen virtaussimulointia virtauskanaviston geometrian parantamiseen sekä valikoivaa lasersulatusta sen valmistamiseen, esitellyn venttiilijärjestelmän virtauskapasiteetiksi saadaan jopa kolme kertaa suurempi kuin parhailla vastaavan kokoisilla servoventtiileillä. Kehitetyn digitaalisen venttiilijärjestelmän vaste on myös merkittävästi nopeampi kuin verrokkina toimivien servoventtiilien.
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Pietola, Matti, Valvoja
  • Kajaste, Jyrki, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8010-9
Sähköinen ISBN978-952-60-8011-6
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • digitaalihydrauliikka
  • on/off venttiili
  • istukkaventtiili
  • esiohjattu venttiili
  • solenoiditoimilaite
  • elementtimenetelmä
  • valikoiva lasersulatus

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Digitaalihydraulinen pienoisventtiilijärjestelmä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä