Design and construction of an electro-rheological valve actuating system

Abstract

ÖZET ELEKTRO-RHEOLOGICAL VALF ÎLE HAREKETLENDİRİLEN BÎR SİSTEMİN DİZAYNI VE YAPIM TOPÇU, Egemen Ramazan Yüksek Lisans Tezi, Makine Müh. Bölümü Tez Yöneticisi: Yar. Doç. Dr. Sadettin KAPUCU Arakk 1997, 63 sayfa Elektro-Rheological (ER) akışkan, iletken olmayan parçacıklarla bir temel akışkanın karışımından oluşur. Yeterli elektrik alanın uygulanması elektrodlar arasındaki parçacıkların polarize olmasına sebep olur ve böylece akışa karşı direnç artırılır. Sunulan çalışma, ER akışkanların kesme gerilimi ve akış davranışlarının tespit edilmesinin tam sıra halihazırda kullanılan hidrolik valilerin yerini alabilecek bir ER valfın tasarlanması ve üretilmesi hakkındadır. Bunu yapabilmek için de, İlk olarak, farklı oranlarda mısır nişastası içeren madeni yağ ve trafo yağı bazlı ER akışkanlar hazırlanmıştır. Daha sonra, uygulanan elektrik alan ve nişasta oranının, bu karışımların rheological davranışları üzerindeki etkileri döner viskosite ölçer kullanılarak incelenmiştir. ER akışkanların uygulanan değişik elektrik alan altındaki viskoz davranışları ve akma gerilimi üzerinde yarattığı değişimler grafiksel olarak belirlenmiştir. Bunların ötesinde, ER valfın ölçüleri, elde edilen viskosite sonuçlarım kullanarak, gerçekleşmesi istenen basınç düşülen analizi temel alınarak belirlenmiştir. Daha sonra, birden fazla dikdörtgen şeklinde plakaları bulunan ER valf tasarlanıp üretilmiştir. Hidrolik bir pompaya doğrudan bağlanılan ER valf üzerinde oluşan düşümler, değişik debi ve elektrik alan şiddetleri uygulanarak ölçülmüştür. Son olarak, ER valuer hidrolik devre içerisinde Wheatstone köprü şeklinde dizilerek bir hidrolik pistonun hareketinin başlaması, durması ve hareket yönü kontrol edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Electro-rheological Akışkan, Wheatstone Köprü, Döner Viskosite ölçer. iv

ABSTRACT DESIGN AND CONSTRACTION OF AN ELECTRO-RHEOLOGICAL VALVE ACTUATING SYSTEM TOPÇU, Egemen Ramazan M. S. in Mechanical Engineering Supevisor: Assist. Prof. Dr. Sadettin KAPUCU December 1997, 63 pages An Electro-Rheological fluid (ERF) is a mixture of finely divided particles suspended in a non-conducting base fluid. The application of the sufficient electric field causes polarisation of particles between electrodes and flow resistance is increased in this way. The study presented here is about to finding out the performance of shear and flow mode operations of ER fluids, and also to design and construct an ER valve as an alternative conventional hydraulic valves. To achieve this, firstly, mineral oil and transformer oil-based ER fluids were prepared by mixing them with varying mass ratio of corn starch. Then, the effect of the applied electric field and the concentration of the corn starch on rheological behaviour of these mixtures were determined by using Rotational viscometer. Viscous behaviour of the ER fluids were drawn, ie., the change of yield stress with the applied electric field was determined. Furthermore, ER valve dimensions were determined by using the Rotational viscometer results on the basis of desired pressure drop analysis. Then, a rectangular multi-plate ER valve was designed and manufactured. This ER valve was directly connected to a hydraulic pump and pressure drops through the ER valve were measured with respect to the varying pump flow rate as well as the intensity of the electric fields. Finally, four ER valves were arranged as Wheatstone bridge in hydraulic circuit to control the hydraulic piston regard in to start, stop and direction of motion. Keywords: Electro-rheological fluid, Wheatstone bridge, Rotational Viscometer. in