Section:
01. Systems
Chair:
Dipl.-Ing. G. Sondermann, Siempelkamp
Form of presentation:
oral
Duration:
90 Minutes
11:00 am
A new concept of hybrid displacement-throttled control of electro-hydraulic servo systems
Authors:
Dr. Arkadiusz Winnicki | Warsaw University of Technology / Institute of Automatic Control and Robotics | Warsaw | PL
Prof. Ing. Mariusz Olszewski | Warsaw University of Technology / Institute of Automatic Control and Robotics | Warsaw | PL
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In this paper were presented disadvantages and advantages of both main principles of hydraulic energy control: throttled and displacement control.
The most popular solution is a throttling hydraulic systems, where the pump generates all time constant flow of oil which is to be fed to the cylinder or other actuators. To regulate the flow medium are used a number of valves e.g directional valves or pressure valves. In throttled hydraulic systems, the pump generates all time maximum hydraulic power, but by actuators is used only small part of this energy. The rest energy comes back to reservoir across safety-valve and is irrevocably lost.
In displacement hydraulic system, constant-speed induction motors in combination with a variable displacement volume pump is a commonly used solution in order to control flow, or, consequently, the pressure of the medium. The second concept, for the same purpose, representing the application of a constant displacement volume pump in combination with variable rotational speed motors, has recently gained significance in practice due to its attractive price. Such systems provide several advantages such as economical use of energy, user-friendly process control, and ease of maintenance, when compared to hydraulic-mechanical solutions. The disadvantage of using a variable-speed fixed displacement pump in hydrostatic actuation is that the volumetric efficiency is often compromised at low pump speeds and the response time of the actuator is bigger than in throttled hydraulic systems.
For this reason a novel hybrid hydraulic displacement-throttled system control is proposed. The performance and energy efficiency of the new control concept is then verified by experimental results, which show low energy losses and short drive time response proposed conception of control.
11:20 am
Load Prediction-based Energy-efficient Hydraulic Actuation of a Robotic Arm
Authors:
Can Du | University of Bath | Bath | GB
Prof. Andrew Plummer | University of Bath | Bath | GB
Dr. Nigel Johnston | University of Bath | Bath | GB
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In this paper the motion of a two-joint robotic arm is controlled by a variable supply pressure valve-controlled hydraulic system. Each joint is driven by an unequal area actuator using a four-port modulating valve. The flow source is a fixed capacity piston pump driven by a brushless servo motor. The minimum required supply pressure for the demand motion is predicted. It is computed from the predicted piston force, which is found from the demanded motion by applying Lagrange\'s equations of the second kind. The supply pressure for the whole system is the higher one of the two load branches; the other load pressure is then controlled by throttling using its modulating valve. The overall supply pressure is varied by controlling the motor speed. This paper will illustrate the theoretical derivation; simulated and experimental results for several motion demands will be shown and discussed. There is an energy-consumption comparison with a conventional fixed-supply pressure system. Up to 73% energy saving is found experimentally.
11:40 am
Zukunftsweisende elektro-hydraulische Linearsysteme; Erfahrungsberichte und Potentiale am Beispiel elektro-hydraulischer Lenksysteme.
Authors:
Dr. Richard Käsler | WEBER-HYDRAULIK GmbH | Güglingen | DE
Dr. Jacek Zatrieb | WEBER-HYDRAULIK GmbH | Güglingen | DE
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Die Marktentwicklung bestätigt den nach wie vor ungebrochenen Trend zur vermehrten Elektrifizierung bei mobilen Maschinen. Es zeichnet sich darüber hinaus ab, dass elektro-hydraulische Linearsysteme unter technischen Gesichtspunkten, als Steuerungeinheiten ernorme Möglichkeiten bietet. Die Vorteile eines kompakt ausgeführten Lineareinheit sind eine hervorragende Dynamik sowie erhöhte Effizienz und Wirtschaftlichkeit.
Im Rahmen des Beitrags werden unterschiedliche Konzepte von elektro-hydraulischen Linearsystemen vorgestellt und bewertet. Am Beispiel eines Lenkzylinders werden eingangs grundlägend zwei Steuerungskonzepte erörtert; Ventilgesteuerte Systeme die jeweils mit einem aufgeprägtem Volumenstrom gespeist werden und verdrängergesteuerte Systeme die Bedarfsorientiert berieben werden. Anhand von zahlreichen Untersuchungen (u.a. Dynamik, Effizienz und Wirtschaftlichkeit) werden die Konzepte gegenübergestellt und bewertet. Als Ergebnis der Untersuchung wird ein neues, innovatives elektro-hydraulisches Lenksystem vorgestellt.
Die Vorteile eines kompakt ausgeführten elektro-hydraulischen Lenkungssystems sind ein verbessertes Fahrverhalten und erhöhte Sicherheit. Im Weiteren wird ein besonderes Augenmerk der Wechselwirkung der Lenk- und Federungssysteme untereinander gewidmet und insbesondere die erheblichen Potentiale bei der gezielten Abstimmung beider Systeme aufgezeigt. Im Ergebnis entstehen Auslegungsprinzipien für die zielgerichtete Abstimmung und Anpassung der Systeme an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Abschließend werden Erfahrungen und Ergebnisse aus Fahrversuchen zur anschaulichen Bestätigung der Auslegungsprizipien vorgestellt.
Der technische Freiraum der umgesetzten elektro-hydraulischen Lenkung bietet durch die Entkopplung von Lenkrad- und Lenkmodul enorme Möglichkeiten. Es ist nur eine Frage der Anzahl verfügbarer Fahrzeugdaten und deren Kombinationen im Steuergerät, um dem Fahrer das Führen des Fahrzeugs unter allen vorstellbaren Betriebsbedingungen so sicher und einfach wie möglich zu machen. Bei der realisierten elektro-hydraulischen Lenkung mit beobachterbasierte Zustandsregelung standen neben einem optimierten Lenkgefühl, die Funktionalität der aktiven Allradlenkung und einige fahrdynamische Aspekte im Fokus. Nur durch die vorgestellte ganzheitliche Abstimmung des Lenksystems, können die Anforderungen des Marktes zur Erzielung höchster Komforteigenschaften sowie Steigerung der maximalen Höchstgeschwindigkeit in nächster Zukunft erfüllt werden.
Die Erfahrungsberichte und Auslegungskriterien werden am Beispiel einer mobilen Arbeitsmaschine vorgestellt.
12:00 pm
Employing Hydraulic Transmission for Light Weight Dynamic Absorber
Authors:
Tobias Corneli | TU Darmstadt - Institut für Fluidsystemtechnik | Darmstadt | DE
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Pelz | TU Darmstadt | Darmstadt | DE
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A new dynamic absorber concept, called hydrodynamic absorber, is presented. The absorber employs hydrostatic transmission to reduce weight and material need. At the same time the functionality compared to classical dynamic absorber is improved.
The absorber is build out of a double-sided piston of cross section A connected by elastic elements (spring, beam, …) to the vibrating structure. Both piston sides communicate due to a closed loop pipe of cross section a=α^(-2) A and length L. Due to the piston movement the fluid mass m= ρLa is accelerated. The piston movement and the fluid movement is geared by the factor α^2. With this transmission factor the effective absorber mass is given m_t= α^2 m≫m.
The concept of hydraulic absorber is known already to reduce the dynamic force transmission by hydraulic mounts. Up to now hydraulic absorbers are not used to reduce structural vibrations.
Within the paper the design, prototype, physical model and experimental validation of the hydrodynamic absorber is shown.
A critical discussion and comparison to classical dynamical damper is given. Doing so, the advantages in performance (damping behavior), application and effort (reduced weight, reduced package) become clear.