Stiffness characteristics of hydraulic cylinder system subjected to dynamic loading

Thumbnail Image

Files

master_Lu_Heikki_2022.pdf (4.05 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2022-01-24

Department

Major/Subject

Mechanical Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

78

Series

Abstract

The purpose of this thesis is to determine the stiffness characteristics of a hydraulic cylinder system subjected to dynamic loads. The hydraulic cylinder system consists of a differential hydraulic cylinder with one-way flow control valves in both pressure lines and the configuration is used as a constant velocity actuator system in a paper machine. The hydraulic cylinder system was built and tested under sinusoidal loads with frequencies ranging from 10 to 30 Hz. The stiffness characteristics of hydraulic cylinders are highly nonlinear and, in some cases, hard to predict accurately. The stiffnesses of hydraulic cylinders are composed of a multitude of components, and often determining the stiffnesses requires experimental testing. Examining the dynamic response of a hydraulic cylinder system inevitably leads to experimental testing due to the complexity of the system and due to the difficulty of finding details of system parameters. In rotating machinery, such as paper machines, oscillatory loads occur according to their running speeds. The oscillatory loads often translate to the actuators the machine through structures, which limits the running speeds. Studying the dynamic response of the actuators used in such machines can enable higher running speeds for the machine, or reduce defective products, increasing productivity.

Tämän diplomityön tarkoituksena on määrittää hydraulisylinterijärjestelmän dynaaminen jäykkyys. Hydraulisylinterijärjestelmä koostuu differentiaalisesta hydraulisylinteristä, sekä tämän molempiin painelinjoihin kytketyistä vastusvastaventtiileistä. Sitä käytetään vakionopeuksisena toimilaitteena osana paperikonetta. Järjestelmää kuormitettiin sinimuotoisilla kuormituksilla, joiden taajuudet vaihtelivat välillä 10–30 Hz. Hydraulisylinterien jäykkyysominaisuudet ovat epälineaarisia, ja joissain tapauksissa, hankala selvittää tarkasti. Hydraulisylinterien jäykkyys muodostuu monista komponenteista, ja usein tarkkaan määrittelyyn vaaditaan kokeellisia testejä. Dynaamisen vasteen selvittämisessä kokeelliset tutkimukset ovat välttämättömiä järjestelmän monimutkaisuuden ja usein myös tarkkojen systeemiparametrien arvojen puuttumisen johdosta. Jaksollisia kuormia esiintyy pyörivissä koneissa, kuten paperikoneissa, ja ne määräytyvät pitkälti koneen käyntinopeuden mukaan. Jaksolliset kuormat siirtyvät rakenteiden kautta toimilaitteisiin, mikä rajoittaa käyntinopeuksia. Toimilaitteiden dynaamisen vasteen tutkiminen pyörivissä koneissa voi mahdollistaa suuremmat käyttönopeudet koneelle, tai vähentää viallisia lopputuotteita, parantaen tuottavuutta.

Description

Supervisor

Pietola, Matti

Thesis advisor

Kajaste, Jyrki
Jorkama, Marko

Keywords

hydraulic cylinder dynamics, stiffness, vibration, valve dynamics, hydraulic resonance

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202201301574

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG