Simulatie van hydraulisch W.E.N.-systeem

Simulatie van hydraulisch W.E.N.-systeem

Boersma, H.A.

Mechanical, Maritime and Materials Engineering

Biomechanical Engineering

1990-06-05

In de sectie instrumenten van de vakgroep Meet- en Regeltechniek is een hydraulisch W.E.N.-systeem ontworpen voor lichaamsbekrachtigde handprothesen. Berekeningen aan het ontwerp, dat is gebaseerd op een wrijvingsloos systeem met een incompressibele hydraulische vloeistof, wijzen uit dat een 'fictief rendement' van 5.6 haalbaar moet zijn. De praktijk leert dat dit rendement niet hoger ligt dan 3.5, en met compensatiemechanisme en handschoen niet hoger dan 1.5. Modellering van het systeem kan het beste via een top-down benadering worden aangepakt. Voordat in details wordt getreden wordt dan duidelijk hoe de interactie tussen de grotere eenheden in het systeem plaats vindt. Hydraulische compressibiliteit en wrijving van o-rangafdichtingen worden op modulaire wijze ingebouwd. Dit maakt het mogelijk duidelijk en overzichtelijk aan te geven wat de invloed van de verschillende fenomenen op het rendement is. Als in een blokschema algebraïsche 'loops' voorkomen, leidt dit, bij een rondgaande versterking die groter is dan één, tot simulatietechnische problemen. Eén oplossing hiervoor is het opnemen van een eerste orde systeem in de 'loop'. Het nadeel hiervan is de fase achterstand die wordt gecreëerd. Een andere oplossing wordt gevonden in een methode, waarbij de 'loop' wordt vertaald naar parallelle signaalbanen, waarin geen terugkoppeling meer voorkomt. Voor goede simulaties is programmatuur nodig die goed op het simulatieprobleem aansluit. Met name de wens om zelf simulatieblokken te kunnen definiëren en om willekeurige structuren van blokschema's in te kunnen voeren hebben ertoe geleid het simulatieprogramma HBsim te ontwikkelen. De simulaties van het hydraulisch W.E.N.-systeem leiden tot de volgende conclusies: • De invloed van hydraulische compressibiliteit op het rendement is zeer klein ten opzichte van de invloed van wrijving van o-ringafdichtingen. Deze wrijving leidt tot een halvering van het rendement. • Van de afdichtingen hebben de afdichtingen in de bedieningseenheid de meeste invloed, gevolgd door de afdichting van de verplaatsingszuiger. • De wrijving maakt//noodzakelijk een compensatiemechanismen aan het W.E.N.-systeem toe te voegen om de hand zelfsluitend te maken. • Een kleinere snoerindrukking in combinatie met een hogere C voorspankracht en een stijvere constructie leidt bij gelijkblijvende inbouwmaten tot een rendementsverbetering van 2.86 naar 3.82. • Een grotere versterkereenheid in combinatie met een stijvere constructie leidt eveneens tot een aanzienlijke rendementsverbetering maar met behoud van de huidige inbouwmaten is deze oplossing echter niet te realiseren. • Los van het voorgaande punt leiden de simulaties niet tot een andere dimensionering, in de zin van andere zuigerdiameters en overbrengingsverhoudingen. Wel wordt een duidelijk beeld verkregen van de zwakkere punten van het ontwerp. Drie relatief eenvoudig uit te voeren wijzigingen leiden tot een aardige rendementsverbetering (zie het vierde punt). De grootste boosdoener is en blijft de wrijving van o-ringafdichtingen. Wanneer een aanzienlijke verhoging van het rendement wordt nagestreefd zal voor die afdichtingen een betere oplossing moeten worden gevonden.

WILMER
biomechanical engineering
prothesen
hydraulisch W.E.N. systeem
handprothesen
kunstledematen
hydrauliek
hydraulisch
handprothese

http://resolver.tudelft.nl/uuid:5ada45dc-ab1b-4ee6-9c08-d230e9c5e98f

Rapport A562

Student theses

master thesis

(c) Boersma, H.A.