Design and Construction of a Facility for Testing Friction in Hydraulic Cylinders
Author
Henriksen, Daniel
Term
2. term
Education
Publication year
2010
Pages
92
Abstract
This thesis investigates friction in hydraulic servo systems with a focus on hydraulic cylinders and the central question of how cylinder friction can be determined and modeled. Following a review of friction phenomena and models, a flexible test concept, Load-by-Cylinder, was developed in which a secondary cylinder applies a controlled load to the test cylinder. Based on system requirements (stroke 500 mm, piston velocity 0.5 m/s, flow 50 l/min, pressure 200 bar), a mounting frame was dimensioned and verified by structural analysis. The hydraulic system comprises MOOG D633 servovalves for both test and load subsystems, a fixed-displacement pump with a pressure relief valve, and an experimental setup with a real-time PC (LabVIEW), pressure transducers, an accelerometer, position sensing, and a custom-designed load cell. The coupled fluid-mechanical dynamics were modeled in nonlinear form and linearized for control design. A PI-based velocity servo for the test cylinder and a PI-based force servo with velocity feedforward for the load cylinder were designed, targeting a load-system bandwidth 5–10 times higher than the test system; stability and bandwidth were assessed using the linear model. Due to delays, construction of the test facility could not be completed before the deadline, so no experimental results or friction parameter identification are available; instead, the work delivers the concept, mechanical and hydraulic design, measurement strategy, models, and controllers as a foundation for subsequent testing.
Specialet undersøger friktion i hydrauliske servosystemer med fokus på hydrauliske cylindre og den centrale problemstilling om, hvordan friktion i en cylinder kan bestemmes og modelleres. Efter en gennemgang af friktionsfænomener og relevante modeller blev der udarbejdet et fleksibelt testkoncept, Load-by-Cylinder, hvor en sekundær cylinder påfører en styret belastning på testcylinderen. Ud fra systemkrav (slag 500 mm, stempelhastighed 0,5 m/s, flow 50 l/min og tryk 200 bar) blev en monteringsramme dimensioneret og verificeret ved strukturanalyse. Det hydrauliske system omfatter MOOG D633-servoventiler i både test- og belastningsdel, en fastforskydningspumpe med trykaflastningsventil samt et forsøgssetup med realtime PC (LabVIEW), tryktransducere, accelerometer, positionsmåling og en specialdesignet loadcell. Systemets fluid-mekaniske dynamik blev modelleret ikke-lineært og lineæriseret til reguleringsdesign. Der er udviklet en PI-baseret hastighedsservo til testcylinderen og en PI-baseret kraftservo med hastigheds-feedforward til belastningscylinderen, med målsætning om, at belastningssystemet er 5–10 gange hurtigere end testsystemet; stabilitet og båndbredde er analyseret på den lineære model. På grund af forsinkelser kunne konstruktionen af testfaciliteten ikke færdiggøres før deadline, og der foreligger derfor ingen eksperimentelle resultater eller parameteridentifikation af en friktionsmodel endnu; arbejdet leverer derimod koncept, mekanisk og hydraulisk design, målestrategi, modeller og regulatorer som grundlag for efterfølgende forsøg.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]