Освоение электрогидравлических клапанов: ключевые принципы проектирования

Основы электрогидравлических клапанов легко понять — это электрически управляемые клапаны, контролирующие, как гидравлическая жидкость поступает к актуаторам. Однако для применения электрогидравлических клапанов для эффективных и эффективных гидравлических систем проектировщики должны учитывать несколько факторов. Эта статья исследует семь ключевых соображений проектирования для применения электрогидравлических клапанов.

1. Вкл/Выкл vs Пропорциональные клапаны

Клапаны вкл/выкл — это по сути переключатели вкл/выкл для гидравлических систем. Клапаны вкл/выкл обычно используются в приложениях, где не требуется точный контроль позиции или скорости. Пропорциональные клапаны предлагают более переменный контроль расходов для гидравлических систем.

Эти клапаны обычно используются в приложениях, где требуется больше контроля, чем стандартный направляющий клапан. Несколько приложений, требующих переменного контроля расхода, где пропорциональные клапаны сияют, включают управление шагом ветряных турбин, обработку древесины, станки и металлообработку. Если требуется специфическое тайминг и/или позиционирование, думайте пропорционально.

2. Встроенная электроника vs Внешняя электроника

Определение того, клапан с встроенной или внешней электроникой является лучшим выбором, требует глубокой оценки приложения. Обычно встроенная электроника используется для локализации контроля у клапана и упрощения проводки у контроллера. Внешняя электроника часто используется в областях с высокой вибрацией и температурами, которые могут снизить производительность электроники.

Управление клапаном с внешней электроникой требует использования электронного модуля, который может быть сконфигурирован под пользовательские параметры, такие как желаемый ток соленоида и скорости нарастания. Клапаны с встроенной электроникой могут управляться напрямую стандартной командой, включая 4–20 мА или ±10 ВDC и расход для того же уровня кастомизации.

3. Открытый цикл vs Замкнутый цикл управления

Существует два варианта управления для гидравлических систем: открытый цикл и замкнутый цикл. В общих учебных терминах, система с открытым циклом не может компенсировать никакие помехи, изменяющие управляющий сигнал контроллера. Системы с замкнутым циклом не имеют этого недостатка; помехи в системе компенсируются путем измерения выходного отклика и сравнения его с входом. Если наблюдается разница (известная как сигнал ошибки), ошибка возвращается контроллеру для корректировки выхода до желаемого значения.

Например, есть клапаны, управляемые пропорциональными соленоидами, которые не внутренне закрывают цикл вокруг штока. Они используются для приложений разгона и дозирования.

Другие клапаны закрывают цикл внутренне вокруг позиции штока, но могут быть интегрированы в систему с замкнутым циклом. Ошибка в системе измеряется преобразователем; то есть датчиком позиции или скорости на актуаторе, датчиком давления или расходомером для еще большей точности. Электрогидравлические сервоклапаны, работающие в системах управления с замкнутым циклом, спроектированы для использования низкой мощности и механической обратной связи для обеспечения точного контроля.

Параметры, которые должны учитываться при спецификации систем управления с открытым и замкнутым циклом, включают:

• Гистерезис: Разница в измеренном выходе между увеличивающимися и уменьшающимися командами.

• Ступенчатый отклик: Время, необходимое от начальной команды до стабилизации клапана на желаемом выходе.

• Частотный отклик: Максимальная скорость, с которой клапан может работать с точностью.

• Внутренняя утечка: Обходной поток, присущий штоковым клапанам из-за механических зазоров.

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

4. Размер штоков

Пропорциональные клапанные штоки обычно рейтинговы для номинального расхода при дифференциальном давлении 10 бар, в то время как сервоклапанные штоки обычно рейтинговы для номинального расхода при дифференциальном давлении 70 бар. Равномерные штоки обеспечивают симметричный расход к каждому рабочему порту. Это может быть полезно при приводе мотора или двухштокового цилиндра с равными эффективными площадями. Равномерные штоки приводят к снижению скорости при втягивании одноштокового цилиндра из-за разницы площади между штоком и поршнем.

Относительные штоки обеспечивают асимметричный расход между рабочими портами; наиболее часто используемый — дизайн соотношения 2:1. Когда используется для привода цилиндра соотношения 2:1, например, равная скорость достигается между вытягиванием и втягиванием цилиндра из-за соответствия неравновесных площадей. Рекомендуется размер пропорциональных клапанов как можно меньше для контроля нагрузки. Для поддержания контроля, давление задним давлением против нагрузки должно оказываться постоянно. Общее правило: выбрать шток, который будет использовать 90–95 процентов максимального рейтинга расхода. Выбор штока с слишком большой пропускной способностью может привести к нестабильности системы.

5. Уплотняющие материалы

При выборе соединения для эластомерных уплотнений в любом направляющем клапане, консультируйтесь с ресурсами производителя для информации о совместимости жидкости и соединения. Стандартные промышленные применения с минеральным маслом обычно используют нитрильное уплотнение, которое также рекомендуется при управлении водо-гликолем.

Приложения с повышенными температурами или менее распространенными жидкостями могут использовать один из многих классов фтороуглеродных уплотнений. В сомнении, консультируйтесь с заводом для помощи в выборе уплотняющего соединения.

6. Регенеративные цепи и гибридные функции

Регенеративная цепь направляет жидкость, эвакуированную с штока цилиндра, обратно к поршневой стороне вместо бака для ускоренного расширения актуатора. Использование регенеративной цепи может позволить системному проектировщику использовать более маленький насос для достижения проектных требований, когда быстрое движение нужно только в одном направлении. Регенеративные направляющие клапаны для вкл/выкл и пропорционального контроля (код потока R) позволяют системным проектировщикам достичь регенеративной функции без необходимости добавлять дополнительные клапаны в цепь.

Гибридные регенеративные клапаны предлагают системным проектировщикам возможность включить регенеративный контроль через отдельный электрический сигнал, отличный от командного сигнала. При использовании регенеративного контроля сила жертвуется за скорость. Гибридная функция (код потока Z) позволяет проектировщикам выбирать между стандартной гидравлической функцией для набора силы и регенеративной функцией для быстрого ускорения нагрузки.

7. Монтажные схемы

Монтажные конфигурации для электро-гидравлических клапанов руководствуются стандартами NFPA/ISO — обозначения серий D03, D05, D07, D08 и D10 укажут соответствие стандартам. Пилотно-управляемые клапаны более стабильны в широком диапазоне расходов и позволяют системам работать с большей пропускной способностью. Часто гидравлическое пилотное давление, используемое для управления главной стадией штока, обеспечивает большую силу, чем соленоид на направляющем приводном клапане, приводя к более предсказуемой производительности для пользователя.

Заключение

Существует много ресурсов для инженеров-проектировщиков при спецификации компонентов для систем: справочные листы, калькуляторы, инструменты конфигурации и многое другое. Однако нет замены опыту и глубокому знанию приложения.

Воспользуйтесь опытом "был там, видел это", который могут предложить инженеры-приложения вашего поставщика. Не только они понимают, как выполняются компоненты, которые их компания предлагает, но у них также есть преимущество помощи другим в той же ситуации исправить ошибки проектирования и они решали проблемы для некоторых из самых уникальных приложений.

Эту статью написали Мэттью Дэвис, менеджер по продажам продукта; Митч Айхлер, инженер по приложениям; и Том Гимбен, менеджер по продажам продукта в Parker Hannifin Corp., Hydraulic Valve Division, Элриа, OH. Для дополнительной информации посетите здесь .