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Engineering

Ventilgesteuerter Antrieb

Bewegen Sie den Befehl eines Vierwegeschiebers und sehen Sie den Schlitten folgen: mit einem Schieber geschlossener Mitte geschieht innerhalb der Überdeckung nichts, dann landet die Geschwindigkeit auf der quasistatischen Bilanz der beiden Steuerkanten und der Reibung, und in Nullstellung wird die Last fest gehalten. Wechseln Sie auf einen Schieber offener Mitte und das Ventil leckt in Nullstellung 2 Cd w u sqrt(ps/rho), beide Kammern stehen auf halbem Speisedruck, aber der kleinste Befehl kippt die Drücke steil zur Last. Drücken Sie gegen den Schlitten und lesen Sie die nötige Druckdifferenz. Das pQ der Speisung wird gegen Drosselung, Fv der Last, Reibung und Ölkompression verbucht.

Von Mykhailo Makarov

Ventilgesteuerter Antrieb — Bild aus der Anwendung
Bild aus der Anwendung

Was passiert

Ein Vierwegeschieber dosiert 100-bar-Öl in einen symmetrischen Zylinder, der einen 100-kg-Block auf Schienen schiebt. Der Schieber folgt dem Befehl mit 5 ms Verzögerung; seine vier Steuerkanten öffnen um w·(x − u) bei geschlossener Mitte (Überdeckung) oder w·(x + u) bei offener Mitte (Unterdeckung), so hat die erste eine Totzone von der Überdeckung und die zweite eine Nullleckage und einen steilen Druckverstärkungsfaktor. Turbulente Blendenströme speisen zwei kompressible Kammern, der Kolben trägt die Masse gegen Coulomb- und viskose Reibung, eine äußere Kraft und elastische Endanschläge. RK4 mit 20 µs bei Kammerdrücken nicht unter dem Tank; das pQ der Speisung trifft Drosselung, Fv der Last, Reibung und Kompression bis auf Rundung.

Zum Ausprobieren

Geben Sie einen kleinen Befehl und innerhalb der Überdeckung bewegt sich nichts; einen größeren und der Schlitten läuft auf der Kantenbilanz. Öffnen Sie die Mitte und lesen Sie Nullleckage und Druckverstärkung bei gehaltenem Schlitten.

Das Modell und seine Grenzen

Rechteckige Steuerkanten ohne Radialspiel oder Strömungskräfte, Schieber erster Ordnung, konstanter Kompressionsmodul, Reibung als tanh. Verstärkungen und Leckagen sind die dieses idealisierten Schiebers.

Gleichungen des Moduls
Gleichungen
A_PA = w·(x − u) (closed centre),  A_PA = w·(x + u) (open centre)
Q = C_d·A·√(2Δp/ρ),  dp_A/dt = (β/V_A)·(Q_PA − Q_AT − A·v)
m·dv/dt = (p_A − p_B)·A − F_fr(v) − F_ext + F_stop
Q_null = 2C_d·w·u·√(p_s/ρ),  p_L = p_s·((u+x)² − (u−x)²)/((u+x)² + (u−x)²)

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Luftkompressor

Starten Sie einen Einzylinderkompressor an einem Zehnliterkessel und sehen Sie das Manometer steigen: jeder Hub saugt Luft durch die Einlassplatte, presst sie heiß zusammen und schiebt sie durch die Auslassplatte, sobald der Zylinder den Kessel übertrifft. Die je Zyklus geförderte Masse schrumpft mit dem Füllen des Kessels, nahe der Schadraumformel 1 − c ((p/p0)^(1/n) − 1); ein größerer Schadraum fördert weniger. Beim Solldruck stoppt der Schalter den Motor, der Entlaster entlüftet den Zylinder und die Maschine läuft aus; öffnen Sie den Verbraucher und der Kessel stellt sich ein, wo Förderung und Entnahme gleich sind. Motorarbeit und Einlassenthalpie werden gegen die innere Energie des Gases, die Wärme an Wand und Raum und die weitergegebene Luft verbucht.

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Öffnen Sie den Regler einer liegenden Maschine, die mit 6 bar Luft gespeist wird, und sehen Sie den Flachschieber dem Kolben voreilen: Überdeckung und Voreilwinkel des Exzenters sind so gelöst, dass der Dampfkanal im Totpunkt um das Voreilen öffnet und bei der gewählten Füllung schließt, genau acos(1 − 2c) des Kurbelwinkels. Verkürzen Sie die Füllung und die Luft expandiert im Zylinder, weniger Luft je Joule Arbeit, aber weniger Arbeit je Zyklus; belasten Sie die Bremse, bis der mittlere indizierte Druck sie nicht mehr trägt und die Maschine stehen bleibt; stellen Sie die Kurbel in den Totpunkt und sie läuft nicht an. Die zugeführte Enthalpie wird gegen Auspuff, Wand, Gasenergie und indizierte Arbeit verbucht, die indizierte Arbeit gegen Schwungrad, Reibung und Bremse.

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Drehen Sie einen Beta-Stirlingmotor an, dessen heiße Kappe bei 650 K steht und dessen kalter Raum auf 300 K gehalten wird: der Verdränger schiebt die Luft zwischen beiden hin und her, der Arbeitskolben eine Vierteldrehung dahinter nimmt die Arbeit ab, und der Druck folgt dem Schmidt-Gesetz M R / (Vh/Th + Vc/Tc + Vr/Tr). Lesen Sie die Kreisarbeit gegen die geschlossene Schmidt-Formel und die zu- und abgeführte Wärme gegen den Carnot-Wirkungsgrad; belasten Sie die Bremse, bis der Motor stehen bleibt; kühlen Sie das heiße Ende und sehen Sie die Arbeit schrumpfen; setzen Sie beide Enden auf eine Temperatur und das Schwungrad läuft aus. Ändern Sie den Phasenwinkel und finden Sie die neunzig und ein paar Grad, die die meiste Arbeit geben. Die Gasarbeit wird gegen Schwungrad, Reibung und Bremse verbucht.