Гидравлические клапаны для правильного управления движением

servo valve

Хотите получить плавную и эффективную систему управления движением гидравлики для вашего проекта? Правильно подобранный клапан иметь большое значение.

Высокопроизводительные гидравлические клапаны — это рабочие лошадки гидравлического управления движением. Использование правильных клапанов может иметь большое значение между высокой производительностью машины, не требующей особого обслуживания, и машиной, которая вызывает дефекты производственных деталей и требует большого внимания.
Здесь представлено базовое руководство по выбору и применению этих клапанов, которые помогут Вам сделать вашу гидравлическую систему движения безотказной. Это руководство ориентировано на общедоступные 4-ходовые клапаны серво-качества для управления гидравлическим цилиндром с помощью контроллера движения, который выдает командный сигнал ± 10 В.
Для управления движением цилиндра обычно используются 4-ходовые клапаны. Существует два основных типа: в отрасли нет единого мнения по поводу точных терминов, но следующие классификации, похоже, охватывают его:

• Пропорциональные распределители с сервоприводом являются наиболее распространенным типом, в которых для приведения в действие золотника используются линейный двигатель, мощные соленоиды. Обычно они не требуют настройки.
• Сервоклапаны с токовым приводом , «оригинальные» сервоклапаны, содержат либо струйную трубу, либо заслонку и приводятся в действие электрическим током, обычно в диапазоне от ± 10 мА до ± 200 мА. Эти клапаны требуют периодической регулировки нулевого или центрального положения.

Самые последние разработки в промышленности относятся к пропорциональным клапанам серво-качества. Как правило, они имеют более высокие характеристики, чем традиционные сервоклапаны, которые обычно более компактны.

Линейные клапаны

Алгоритмы, используемые контроллерами движения, обычно предполагают линейный отклик системы, а это означает, что отправка 2 В на клапан приведет к увеличению скорости вдвое по сравнению с отправкой 1 В. Для достижения хорошего управления расходная характеристика клапана в зависимости от командного сигнала должна быть линейной ( Рис.1) .

Linear valve curves

1. График линейного золотникового клапана с нулевым перекрытием: расход линейно зависит от командного сигнала.

Такие термины, как «изгиб», «колено» и «прогрессивный», обозначают нелинейный клапан. Нелинейные клапаны, безусловно, можно использовать, но они требуют дополнительных настроек в контроллере движения, который должен использовать алгоритм линеаризации для компенсации нелинейности. Традиционно , нелинейные клапаны (например, представленные на рис. 2 и 3) хороши для обеспечения высокой максимальной скорости, а также обеспечения точного управления на низких скоростях. Однако современные линейные клапаны работают настолько хорошо, что редко возникает необходимость в нелинейных клапанах. — когда требуется высокая скорость и исключительно точное управление положением или усилием — нелинейный клапан может быть предпочтительнее. Однако будьте осторожны, потому что, если нелинейный клапан не имеет хороших характеристик около нулевой точки входа, это сводит на нет это преимущество.

Катушки с нулевым, положительным и отрицательным перекрытием

Нулевое перекрытие означает, что золотник обрезан, так что как только на клапан подается напряжение, начинает течь гидравлическая жидкость. Это очень важно для динамических систем, которым необходимо быстро менять направление. Над обмотанным золотником (рис. 4) означает , что катушка должна пройти некоторое расстояние , прежде чем жидкость начинает течь, что приводит к выходу нулевой жидкости в течение определенного промежутка времени. Обратное движение без задержки невозможно, если золотник перекрыт.

SharpKnee curves
2. Профиль нелинейного клапана с острым изгибом: поток изменяется менее быстро при низких напряжениях управляющего сигнала, чем при напряжениях выше «изгиба».

В некоторых случаях, особенно для контроля давления, под внахлест катушку желательно. Золотник с притертой кромкой разрезается таким образом, что в центральном положении небольшой поток выходит из порта ввода давления в порты выхода A и B и из портов A и B в порт резервуара. Такая конструкция клапана обеспечивает более плавный переход реакции системы при переходе от закрытого к открытому.
Бортовая электроника
Клапаны со встроенной электроникой не нуждаются в отдельной плате усилителя. Обычно при хорошем клапане регулировка бортовой электроники не требуется. Для управления движением необходима обратная связь по положению золотника — бортовая электроника использует эту обратную связь для обеспечения потока в точном соответствии с командой.
Я нашел по крайней мере один случай, связанный с клапаном Yuken , в котором для достижения максимальной производительности клапана требуется внешняя электроника (позволяющая использовать более высокое напряжение). Однако бортовая версия тоже работает очень хорошо.

Клапаны с низкой производительностью

Производители клапанов предлагают различные уровни производительности. Например, Bosch 4WREE дешевле и медленнее, чем Bosch 4WRPEH . Как указано в технических данных клапана, менее дорогой клапан имеет меньшие соленоиды, меньшую полосу пропускания, более медленную реакцию на скачок и профиль нелинейного потока по сравнению с командным сигналом, что затрудняет управление.
Кроме того, эти менее дорогие клапаны обычно ограничивают поток при более высоких перепадах давления между площадками; то есть между портом давления и портом A или B , а также между портом A или B и портом резервуара. Это связано с тем, что силы Бернулли внутри клапана становятся сильнее, чем сила соленоида, и клапан начинает закрываться, что наносит ущерб контуру управления. Это укусило множество людей и противоречит здравому смыслу. Так что, если вы не осознаете это явление, оно может вызвать замешательство и разочарование.

Linear curve

3. Криволинейный профиль: скорость изменения потока увеличивается с увеличением командного напряжения.

Головная боль компромисса

Если вам нравится головная боль, выберите клапан с более низкими характеристиками, с перекрывающимся золотником (что создает зону нечувствительности в реакции клапана) и нелинейным профилем зависимости расхода от командного сигнала. Однако силы Бернулли в более дешевых клапанах также вызывают проблемы.
Однако преодоление этих проблем может привести к снижению затрат, особенно для OEM-приложений. В таких приложениях — когда вам просто нужно один раз пройти сложный процесс настройки и настройки и выпустить продукт в большом объеме — может быть стоит приобрести клапан, который едва ли достаточно хорош для выполнения этой работы. И наоборот, для небольших объемов или одноразовых приложений компромисс с экономией времени при настройке и обслуживании обычно оправдывает использование клапана более высокого качества.

Встроенное управление движением

Некоторые производители теперь включают контроллер движения в электронику клапанов. Это дает некоторые преимущества в сокращении количества проводов, но ограничивает многоосевую синхронизацию. Это также снижает гибкость и упрощает обслуживание в случае отказа клапана. Если клапан выходит из строя, то же самое происходит и с контроллером движения.
Базовые клапаны с входом ± 10 В и без встроенного управления движением менее дороги, не требуют программирования и часто могут быть напрямую заменены другими марками. Эта функция полезна в ситуации, когда оборудование не работает, когда вам нужно быстро приступить к работе, но у вашего первоначального поставщика неприемлемые сроки выполнения заказа.

Уровень развития

Точное сравнение клапанов затруднено, потому что производители указывают спецификации для своих клапанов несколько иначе. Однако для большинства приложений гидравлического перемещения, которые требуют динамического движения (быстрые повороты) и позиционирования 0,001 дюйма или меньше, «очень хороший» клапан D03 или D05 имеет частотную характеристику 3 дБ (для хода 5%) 100 Гц или больше и шаговый отклик 10 мс или меньше.
Новые клапаны обеспечивают постоянно увеличивающуюся производительность. Новейшие клапаны D03, рассчитанные на расход от 40 до 60 л / мин, обеспечивают время ступенчатого отклика до 5 мс и частотную характеристику 3 дБ до 400 Гц. Клапаны D05 со скоростью около 100 л / мин работают лишь немного медленнее.

overlap curve valve
4. Профиль клапана с перекрывающимся золотником: поток равен нулю до тех пор, пока золотник клапана не переместится в активную область, которая в данном случае находится при командных напряжениях более 2 В и менее 2 В.

Компания Delta Computer провела испытания многих клапанов различных производителей, поэтому мы можем с уверенностью давать рекомендации нашим клиентам. У нас есть больше всего информации о более распространенных пропорциональных клапанах серво-качества D03 и D05 (NG6 и NG10). Данные о производительности более крупных клапанов поступают от наших клиентов и в спецификациях. Если какие-либо клапаны отсутствуют в следующем списке, мы приглашаем производителя прислать нам образец, чтобы мы могли его протестировать и впоследствии предоставить любые рекомендации.
Atos SpA — Два клапана, DLHZO-TEB и DLKZOR-TEB , являются одноступенчатыми, типоразмеров NG6 и 10. L в номерах деталей обозначает гильзу, которая обеспечивает более точное управление и более быструю реакцию.
DPZO-LEB является двухстадийный клапан в размерах NG10 до 35. ЕВ указывает базовый интегральный цифровой драйвер, который все , что необходимо при использовании RMC контроллер движения Delta для управления клапаном с 10-V сигналом ±. Следовательно, не выбирайте какие-либо элементы управления P / Q или интерфейсы полевой шины, которые применимы только к полностью встроенному драйверу. Вместо этого для большинства применений выбирайте линейную катушку.
Я обнаружил, что клапаны ATOS с прогрессивным золотником особенно хорошо работают около нуля, что делает их отличными кандидатами для тех немногих случаев, когда вам нужен прогрессивный золотник.
Bosch Rexroth — 4WRREH клапан поставляется только в размере NG6. Он имеет быстрый отклик с переходной характеристикой не более 5 мс. 4WRPEH выпускается в размерах NG6 и NG10. NG6 не так быстр, как 4WRREH, но, тем не менее, достаточно хорош. Опять же, обязательно выберите опцию команды ± 10-В.
4WRVE от Rexroth выпускается в размерах от 10 до 35. Я не пробовал этот, но в спецификациях указано, что это более производительная версия 4WRLE , которая уже много лет стабильно работает. Обязательно выберите индикацию V (указывающую на притертый золотник) с L (линейной) характеристикой расхода.
4WRLE также имеет размеры от 10 до 35. В этом случае также следует выбрать V-образный золотник с L-характеристикой потока.
Клапаны Eaton — Axis Pro обладают высокой чувствительностью и доступны в версиях D03 и D05: KBS-03 и KBS-05 соответственно. Выберите уровень 1, чтобы работать с контроллером движения Delta RMC.
Moog — D661 имеет очень быстрый отклик и большой поток, как делают D681 до D685. Все они доступны в размерах от 05 до 10 по ISO 4401. D633 / 634 и D636 / 637 компании Moog также показали хорошие результаты испытаний.
Клапаны Moog серии 79 имеют чрезвычайно высокий отклик при 200 галлонах в минуту (750 л / мин) — самый быстрый отклик, который я когда-либо видел при таком высоком расходе.
Parker Hannifin — Клапаны со звуковой катушкой DF Plus — это прекрасные клапаны с очень высокой чувствительностью. D1FP и D3FP имеют размеры NG6 и NG10 соответственно. D1FH не так высокопроизводителен, как D1FP, но также неплохо работает.
ALA Industries (Yuken Kogyo) — YUKEN в LSVG-01-EH и LSVG-03-EH имеют очень высокую чувствительность и линейный выход с бортовой электроникой, но D03 и D05 размеры Макс из 60 литров в минуту. Yuken также производит аналогичный высокопроизводительный клапан D05 , SE1024 , с более высокой пропускной способностью: 130 л / мин. Yuken обеспечивает еще более быстрый отклик с внешней электроникой, что позволяет использовать более высокое напряжение питания.

Вывод

При проектировании гидравлической системы управления движением и для решения задач вашего проекта необходимо учитывать множество факторов. Выбор правильного клапана имеет важное значение, и я надеюсь, что перечисленные здесь советы помогут вам еще на один шаг приблизиться к плавному использованию.
Другие важные факторы включают выбор правильного датчика положения, давления или силы; размещение клапана близко к цилиндру, чтобы контроллер движения управлял только цилиндром (не сжатие масла или расширение шланга); и выбор контроллера движения, предназначенного для гидравлического движения.