Основы применения электрогидравлических клапанов

Принцип работы электрогидравлических клапанов прост для понимания — это клапаны с электрическим приводом, которые управляют подачей гидравлической жидкости к исполнительным механизмам. Однако, чтобы применить электрогидравлические клапаны для эффективных и действенных гидравлических систем, проектировщики должны учитывать несколько факторов. В этой статье будут рассмотрены семь основных аспектов проектирования электрогидравлических клапанов.

1. Двухпозиционные и пропорциональные клапаны

Клапаны включения / выключения — это в основном выключатели для гидравлических систем. Двухпозиционные клапаны обычно используются в приложениях, где не требуется точное управление положением или скоростью. Пропорциональные клапаны обеспечивают более гибкое управление скоростью потока в гидравлических системах.

Эти клапаны обычно используются в приложениях, где требуется больший контроль, чем стандартный распределительный клапан. Несколько применений, требующих управления переменным расходом, где работают пропорциональные клапаны, включают управление шагом ветряных турбин, деревообработку, станки и формовку металлов. Если требуется конкретное время и/или позиционирование, подумайте о пропорциональности.

2. Бортовая электроника и внешняя электроника

Чтобы определить, является ли клапан со встроенной или внешней электроникой лучшим выбором, требуется всесторонняя оценка области применения. Как правило, бортовая электроника используется для локализации управления на клапане и упрощения проводки на контроллере. Внешняя электроника часто используется в местах с высокой вибрацией и температурой, которые могут снизить производительность электроники.

Управление внешним электронным клапаном требует использования электронного модуля, который можно настроить на пользовательские параметры, такие как требуемый ток привода соленоида и скорость линейного изменения. Клапаны встроенной электроники могут управляться напрямую с помощью стандартной команды, включающей 4–20 мА или ±10 В постоянного тока и расход для того же уровня настройки.

3. Разомкнутый и замкнутый цикл управления

Существует два варианта управления гидравлическими системами:разомкнутый и замкнутый контур. В общеучебных терминах разомкнутая система не может компенсировать любые возмущения, которые изменяют управляющий сигнал контроллера. Замкнутые системы лишены этого недостатка; возмущения в системе компенсируются путем измерения выходного отклика и сравнения его с входным. Если наблюдается наблюдаемая разница (известная как сигнал ошибки), ошибка передается обратно в контроллер, чтобы отрегулировать выходной сигнал до желаемого значения.

Например, есть клапаны, управляемые пропорциональными соленоидами, которые не замыкают внутри контур вокруг золотника. Они используются для приложений ускорения и измерения.

Другие клапаны замыкают контур внутри вокруг положения золотника, но могут быть интегрированы в систему с замкнутым контуром. Ошибка в системе измеряется преобразователем; то есть датчик положения или скорости на приводе, датчик давления или расходомер для еще большей точности. Электрогидравлические сервоклапаны, работающие в замкнутых системах управления, рассчитаны на использование малой мощности и механической обратной связи для обеспечения точного управления.

Параметры, которые необходимо учитывать при определении систем управления с открытым и замкнутым контуром, включают:

• Гистерезис:разница в измеренном выходе между командами увеличения и уменьшения.

• Ступенчатая реакция:время, необходимое от начальной команды до стабилизации клапана на желаемом выходе.

• Частотная характеристика:максимальная скорость, при которой клапан может работать с точностью.

• Внутренняя утечка:перепускной поток, свойственный золотниковым клапанам из-за механических зазоров.

• Пропускная способность:количество жидкости, которое может пройти через клапан.

4. Калибровочные катушки

Золотники пропорциональных клапанов обычно рассчитаны на номинальный расход при перепаде давления 10 бар, а золотники сервоклапанов обычно рассчитаны на номинальный расход при перепаде давления 70 бар. Одинаковые дозирующие золотники обеспечивают симметричный поток к каждому рабочему порту. Это может быть полезно при управлении двигателем или двухштоковым цилиндром с одинаковыми рабочими площадями. Равные дозирующие золотники приведут к снижению скорости при втягивании одноштокового цилиндра из-за разной площади между штоком и поршнем.

Золотники с передаточным отношением обеспечивают асимметричный поток между рабочими портами; наиболее часто используется конструкция с соотношением 2:1. Например, при использовании для привода цилиндра с передаточным числом 2:1 будет достигнута одинаковая скорость между выдвижением и втягиванием цилиндра из-за согласования несбалансированных областей. Для управления нагрузкой рекомендуется выбирать пропорциональные клапаны как можно меньшего размера. Для сохранения контроля необходимо постоянно оказывать обратное давление на нагрузку. Общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы выбрать золотник, который будет использовать 90-95 процентов максимального номинального расхода. Выбор золотника со слишком большой пропускной способностью может привести к нестабильности системы.

5. Герметики

При выборе компаунда для эластомерных уплотнений в любом направленном регулирующем клапане обратитесь к ресурсам производителя для получения информации о совместимости жидкости и компаунда. В стандартных промышленных применениях с использованием минерального масла обычно используется нитриловое уплотнение, которое также рекомендуется при контроле воды и гликоля.

В приложениях, связанных с повышенными температурами или менее часто используемыми жидкостями, может использоваться один из многих сортов фторуглеродного уплотнения. В случае сомнений обратитесь на завод за помощью в выборе герметика.

6. Регенеративные схемы и гибридные функции

Регенеративный контур направляет жидкость, откачиваемую из штокового конца цилиндра, обратно в поршневой конец, а не в бак, для ускоренного выдвижения исполнительного механизма. Использование рекуперативного контура может позволить разработчику системы использовать насос меньшего размера для достижения конструктивных требований, когда требуется быстрое движение только в одном направлении. Регенеративные направляющие клапаны для включения/выключения и пропорционального управления (код потока R) позволяют разработчикам систем реализовать рекуперативную функцию без необходимости добавления дополнительных клапанов в контур.

Гибридные регенеративные клапаны предлагают разработчикам систем возможность включить рекуперативное управление с помощью отдельного электрического сигнала, а не командного сигнала. При использовании регенеративного управления сила приносится в жертву скорости. Гибридная функция (код потока Z) позволяет разработчикам выбирать между стандартной гидравлической функцией для создания усилия и рекуперативной функцией для быстрого ускорения нагрузки.

7. Схемы монтажа

Монтажные конфигурации электрогидравлических клапанов соответствуют стандартам NFPA/ISO — обозначения серий D03, D05, D07, D08 и D10 указывают на соответствие стандартам. Пилотные клапаны более стабильны в широком диапазоне расходов и позволяют системам работать с большей пропускной способностью. Часто гидравлическое управляющее давление, используемое для управления золотником главной ступени, создает большее усилие, чем сила соленоида на гидрораспределителе, что обеспечивает пользователю более предсказуемую работу.

Заключение

Инженерам-проектировщикам доступно множество ресурсов при выборе компонентов для систем:справочные листы, калькуляторы, инструменты настройки и многое другое. Однако ничем нельзя заменить опыт и глубокие прикладные знания.

Воспользуйтесь преимуществом опыта «был там и видел это», который могут предложить инженеры-прикладники вашего поставщика. Они не только понимают, как работают компоненты, предлагаемые их компанией, но и имеют преимущество, поскольку помогают другим в той же ситуации исправлять ошибки проектирования и решают проблемы для некоторых из самых уникальных приложений.

Эта статья была написана Мэтью Дэвисом, менеджером по продажам продукции. Митч Эйхлер, инженер по приложениям; и Том Гимбен, менеджер по продажам продукции в Parker Hannifin Corp., подразделение гидравлических клапанов, Элирия, Огайо. Для получения дополнительной информации посетите здесь .