Resultados obtidos

Para os quatro exercícios aqui expostos foram realizados ensaios de movimento, consistindo na alteração do valor de comando da válvula direcional (exercícios E1 e E2) ou da bomba de cilindrada variável (exercícios E3 e E4). As rampas de aceleração e desaceleração foram mantidas desativadas. Estes ensaios decorreram com a válvula limitadora de pressão ajustada a 50 bar.

O ajuste da válvula de contrapressão foi realizado de acordo com as considerações feitas para o conjunto de exercícios B. Resulta assim que, no caso da carga atuante sobre a câmara

Exercícios de comando proporcional do movimento

secundária, esse ajuste seja de 14,5 bar, enquanto, no caso de carga atuante sobre a câmara principal, esse seja de 10 bar.

Os resultados são apresentados e analisados nas subsecções seguintes. 5.2.4.1 Exercício E1

Na Tabela 5.11 são apresentados os tempos de movimento e de inversão do sentido de movimento, registados para o movimento de subida e de descida da massa. A Tabela 5.12 é reservada para a apresentação das pressões registadas nesses movimentos.

Para a configuração de carga utilizada neste exercício, o movimento de subida da massa corresponde ao recuo do atuador, sendo o contrário para o movimento de descida.

Comando válvula

[%]

Subida massa (recuo) Descida massa (avanço) Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] 10 13516 115 3875 279 15 5922 115 2120 257 20 3139 118 1376 240 25 2020 126 961 236

Tabela 5.11 – Tempos de movimento e de inversão obtidos no ensaio ao exercício E1

Comando válvula

[%]

Subida massa (recuo) Descida massa (avanço)

𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑩− 𝒑𝑨. 𝜶

[bar] 𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar]

𝒑𝑩− 𝒑𝑨. 𝜶 [bar] 10 16,3 41,6 17,9 7,9 28,6 17,1 15 15,4 40,6 18,2 8,6 29,5 17,0 20 15,0 39,9 18,0 9,5 30,7 16,9 25 14,2 39,0 18,3 10,0 31,5 16,9

Tabela 5.12 – Pressões registadas em ambas as câmaras do atuador no ensaio ao exercício E1

Na análise ao circuito hidráulico do conjunto de exercícios B (ponto 4.2.1) foi referido que os tempos de avanço e de recuo do atuador são relacionados pela razão de áreas:

∆𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜

∆𝑡_{𝑟𝑒𝑐𝑢𝑜} = 𝛼

No presente exercício, o tempo de subida da massa corresponde ao movimento de recuo do atuador, enquanto o tempo de descida corresponde ao seu avanço. A análise da tabela acima permite observar que, considerando o mesmo valor de comando da válvula direcional para o movimento de subida e de descida da massa, a relação anterior não se aplica. Verifica-se aliás que o tempo de subida da massa é superior ao tempo de descida, quando era esperado o inverso (como de facto se verificou anteriormente no exercício B1, onde foi realizado o movimento do atuador na mesma configuração de carga).

Analisando a pressão de alimentação na subida (𝑝𝐵), verifica-se que esta possui um valor

significativamente próximo do valor de pressão máximo do circuito. Isto significa que a queda de pressão no orifício de alimentação da válvula direcional é pequena, uma vez que a válvula

limitadora de pressão se encontra em descarga parcial ao tanque. Por consequência, o caudal que a atravessa será também pequeno, resultando num maior tempo de subida da massa.

A pressão da bomba é assim insuficiente para assegurar a queda de pressão na válvula direcional necessária para o correto movimento do atuador.

Foram calculadas as quedas de pressão nos orifícios de alimentação da válvula direcional, para ambos os movimentos:

∆𝑝_𝑃−𝐵= 𝑝_{𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎}− 𝑝_𝐵

Movimento de subida (recuo)

∆𝑝_𝑃−𝐴 = 𝑝_{𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎}− 𝑝_𝐴

Movimento de descida (avanço)

Os resultados destes cálculos são resumidos na Tabela 5.13:

Comando válvula

[%]

Subida massa (recuo) Descida massa (avanço)

∆𝒑𝑷−𝑩 ∆𝒑𝑷−𝑨

10 8,4 42,1

15 9,4 41,4

20 10,1 40,5

25 11,0 40,0

Tabela 5.13 – Cálculo de quedas de pressão de alimentação na válvula direcional no exercício E1

Daqui resulta que, embora o comando da válvula seja idêntico para o movimento de subida e para o movimento de descida, a queda de pressão na válvula será diferente, e consequentemente, o caudal será diferente para cada movimento.

Relativamente aos tempos de inversão do sentido de movimento, constata-se que também apresentam um comportamento distinto do verificado no exercício B3. Nestes últimos os tempos de inversão apresentam-se relativamente constantes (151 ms para a inversão da subida e 136 ms para a inversão da descida).

Neste ensaio observa-se uma tendência crescente do tempo de inversão da subida com o aumento da velocidade do atuador, por um lado, devido ao aumento do sobrecurso e, por outro, à sucessiva diminuição da queda de pressão aos orifícios da válvula direcional. Destaca-se, contudo, que este tempo de inversão é inferior ao verificado no exercício B3, indicando assim que a válvula direcional proporcional possui uma dinâmica mais rápida que a válvula direcional convencional.

Os tempos de inversão da descida apresentam uma tendência inversa da verificada nos tempos de inversão da subida. Apresentam igualmente valores claramente superiores a estes últimos. Apesar do aumento do sobrecurso caraterístico da inversão a velocidades sucessivamente superiores, a queda de pressão aos orifícios da válvula direcional no movimento de subida apresenta uma tendência crescente, indicando assim uma maior capacidade de resposta do sistema.

5.2.4.2 Exercício E2

Na Tabela 5.14 são apresentados os tempos de movimento e de inversão, registados para o movimento de subida e de descida da massa. Para esses movimentos, foram também registadas as pressões em ambas as câmaras do atuador, apresentadas na Tabela 5.15.

Exercícios de comando proporcional do movimento

Neste exercício, a configuração de carga utilizada resulta que o seu movimento de subida corresponda ao movimento de avanço do atuador, e o movimento de descida ao recuo do mesmo. É assim a situação inversa da verificada no exercício E1.

Comando válvula

[%]

Subida massa (avanço) Descida massa (recuo) Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] 10 3914 257 13402 107 15 2133 185 6379 118 20 1436 168 3948 127 25 1103 132 2774 130

Tabela 5.14 – Tempos de movimento e de inversão obtidos no ensaio ao exercício E2

Comando válvula

[%]

Subida massa (avanço) Descida massa (recuo)

𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑨− 𝒑𝑩 𝜶 [bar] 𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑨− 𝒑𝑩 𝜶 [bar] 10 23,5 15,0 13,2 35,0 35,0 11,0 15 24,0 16,5 12,7 34,7 34,5 11,0 20 25,4 18,5 12,7 34,5 33,7 11,4 25 26,1 19,7 12,6 33,9 32,6 11,5

Tabela 5.15 – Pressões registadas em ambas as câmaras do atuador no ensaio ao exercício E2

Sendo a configuração de carga simétrica da configuração usada no exercício E1, os resultados obtidos são eles também simétricos, podendo ser feitas, com as devidas adaptações, as mesmas considerações.

Uma vez mais verifica-se que o movimento de recuo do atuador, desta vez correspondendo à descida da massa, apresenta um tempo superior ao verificado no movimento de avanço (subida), para um mesmo valor de comando da válvula direcional proporcional. Tal como no caso anterior, tal deve-se ao facto de a queda de pressão na válvula, durante o recuo, ser insuficiente para assegurar o mesmo valor de caudal do movimento de avanço:

∆𝑝𝑃−𝐴= 𝑝𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎− 𝑝𝐴 Movimento de subida (recuo)

∆𝑝𝑃−𝐵 = 𝑝𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎− 𝑝𝐵 Movimento de descida (avanço)

Comando válvula

[%]

Subida massa (avanço) Descida massa (recuo)

∆𝒑𝑷−𝑨 ∆𝒑𝑷−𝑩

10 26,5 15,0

15 26,0 15,5

20 24,6 16,3

25 23,9 17,4

5.2.4.3 Exercício E3

Na Tabela 5.17 e na Tabela 5.18 são apresentados, respetivamente, os valores de tempo e de pressões registadas no ensaio realizado para este exercício. A configuração de carga gravítica é idêntica à do exercício E1.

Comando bomba

[%]

Subida massa (recuo) Descida massa (avanço) Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] 5 2353 141 3467 136 10 1877 145 2686 140 15 1349 151 1918 145 20 1078 158 1528 148

Tabela 5.17 – Tempos de movimento e de inversão obtidos no ensaio ao exercício E3

Comando bomba

[%]

Subida massa (recuo) Descida massa (avanço)

𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑩− 𝒑𝑨. 𝜶

[bar] 𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar]

𝒑𝑩− 𝒑𝑨. 𝜶 [bar] 5 1,3 20,5 18,6 13,4 34,7 15,2 10 2,7 22,3 18,4 13,0 34,4 15,5 15 4,3 24,4 18,1 12,7 34,4 15,9 20 5,8 26,6 18,1 12,7 34,6 16,1

Tabela 5.18 – Pressões registadas em ambas as câmaras do atuador no ensaio ao exercício E3

Após análise dos resultados, destaca-se a menor pressão registada nas câmaras do atuador durante o movimento de avanço e de recuo, relativamente às verificadas nos exercícios E1 e E2. Este facto era esperado, visto tratar-se de um circuito em fonte de caudal e de não existirem perdas de carga significativas na alimentação e retorno do atuador, tal como acontece nos dois exercícios anteriores.

Destaca-se igualmente o facto de os tempos de avanço do atuador (que corresponde ao movimento de descida da massa) serem superiores aos tempos de recuo, tal como fora verificado anteriormente nos exercícios B. A relação entre os dois tempos é próxima da relação de áreas do atuador - Tabela 5.19 – embora com tendência divergente à medida que a velocidade aumenta. Comando bomba [%] ∆𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 ∆𝑡𝑟𝑒𝑐𝑢𝑜 = ∆𝑡𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎 ∆𝑡𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 5 1,473 10 1,431 15 1,421 20 1,418

Relação áreas do atuador 1,457

Exercícios de comando proporcional do movimento

Da observação da evolução dos tempos de inversão de movimento neste ensaio destaca- se a diferença de comportamento relativamente ao verificado nos dois exercícios anteriores: tanto o tempo de inversão na subida como o tempo de inversão da descida apresentam uma tendência crescente, em linha com o aumento da velocidade do atuador. Este facto indica assim que existe apenas uma correlação com o sobrecurso caraterístico da inversão de movimento. 5.2.4.4 Exercício E4

Idêntico aos exercícios anteriores, são apresentados na Tabela 5.20 e na Tabela 5.21 os tempos de movimento e as pressões registadas em ambas as câmaras do atuador, registados no ensaio ao exercício E4.

A configuração de carga aqui presente é idêntica à do exercício E2.

Comando bomba

[%]

Subida massa (avanço) Descida massa (recuo) Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] Tempo movimento [ms] Tempo inversão [ms] 5 3414 156 2327 148 10 2690 161 1871 149 15 1932 162 1355 152 20 1507 169 1074 156

Tabela 5.20 – Tempos de movimento e de inversão obtidos no ensaio ao exercício E4

Comando bomba

[%]

Subida massa (avanço) Descida massa (recuo)

𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑨− 𝒑𝑩 𝜶 [bar] 𝒑𝑨 [bar] 𝒑𝑩 [bar] 𝒑𝑨− 𝒑𝑩 𝜶 [bar] 5 13,5 1,0 12,8 19,9 13,2 10,8 10 13,9 1,6 12,8 20,2 13,6 10,9 15 14,7 3,1 12,6 21,2 14,8 11,0 20 15,7 4,6 12,6 22,2 15,8 11,4

Tabela 5.21 – Pressões registadas em ambas as câmaras do atuador no ensaio ao exercício E4

As pressões nas câmaras do atuador são, tal como no exercício E3, inferiores às registadas no exercício E2, fruto da natureza da fonte de energia hidráulica.

Relativamente aos tempos de movimento (subida e descida da massa) e aos tempos de inversão observa-se que estes são praticamente simétricos aos verificados no exercício E3, em linha do que fora verificado pela comparação dos exercícios E1 e E2.

Uma vez mais verifica-se que a relação entre os tempos de movimento registados é próximo da razão de áreas do atuador - Tabela 5.22 – mas divergente desse valor à medida que a velocidade do atuador aumenta.

Comando bomba [%] ∆𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 ∆𝑡𝑟𝑒𝑐𝑢𝑜 = ∆𝑡𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 ∆𝑡𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎 5 1,467 10 1,437 15 1,425 20 1,403

Relação áreas do atuador 1,457

Tabela 5.22 - Relação entre os tempos de subida e de descida da massa no exercício E4

5.2.4.5 Alteração das rampas de aceleração e de desaceleração

O aumento da velocidade do atuador, por ajuste do comando da válvula direcional ou da cilindrada da bomba, leva ao agravamento do fenómeno de choque hidráulico durante a inversão do sentido de movimento, o que por sua vez leva à oscilação excessiva do Módulo de Comandos.

A imposição de rampas de aceleração e de desaceleração permitem suavizar a comutação do sentido de movimento do atuador, diminuindo assim a oscilação do módulo. Contudo, um maior declive das rampas implica um aumento dos tempos de inversão.

De modo a observar este facto, foi realizado um ensaio aos exercícios E1 e E3, onde se procedeu à alteração independente do declive das rampas de aceleração e desaceleração (até um máximo de 20 V/s), mantendo fixo o valor de comando da válvula direcional (E1) e da cilindrada da bomba (E3). Os resultados obtidos em cada ensaio são apresentados na Tabela 5.23 e na Tabela 5.24:

Comando rampa

[%]

Rampas aceleração Rampas desaceleração Tempo inversão subida [ms] Tempo inversão descida [ms] Tempo inversão subida [ms] Tempo inversão descida [ms] 25 215 444 561 957 50 186 331 331 591 75 149 269 261 475 100 137 254 220 413

Tabela 5.23 – Influência da alteração das rampas de aceleração e de desaceleração no exercício E1

Comando rampa

[%]

Rampas aceleração Rampas desaceleração Tempo inversão subida [ms] Tempo inversão descida [ms] Tempo inversão subida [ms] Tempo inversão descida [ms] 25 247 210 783 439 50 209 201 512 266 75 197 192 385 224 100 186 189 329 198

Exercícios de comando proporcional do movimento

Como é possível observar, o aumento do declive da rampa de aceleração e desaceleração, aqui traduzido pelo aumento do comando respetivo, traduz-se numa diminuição generalizada dos tempos de inversão.

Apesar desta diminuição generalizada, verifica-se que os efeitos de alteração da rampa de desaceleração são mais significativos, uma vez que os tempos de inversão que lhe estão associados são superiores aos tempos associados à alteração da rampa de aceleração.

Nos resultados do ensaio ao exercício E1, os tempos de inversão na descida são superiores aos tempos de inversão na subida. Como referido anteriormente, isto deve-se à menor capacidade de resposta deste circuito introduzida pelo facto de a pressão da bomba ser insuficiente para assegurar a queda de pressão na válvula direcional necessária para o correto movimento do atuador.

Comparando os tempos de inversão na subida de ambos os exercícios, constata-se que o circuito em fonte de caudal possui uma capacidade de resposta inferior à solução em fonte de pressão. Isto é evidenciado pelo facto de os tempos de inversão serem superiores, para o mesmo valor do declive da rampa, do que os verificados no exercício E1.