Elektrohydraulische kleppen onder de knie krijgen: belangrijkste ontwerpoverwegingen

De basisprincipes van elektrohydraulische kleppen zijn makkelijk te begrijpen — ze zijn elektrisch bediende kleppen die controleren hoe hydraulische vloeistof naar actuatoren wordt gestuurd. Echter, om elektrohydraulische kleppen toe te passen voor efficiënte en effectieve hydraulische systemen, moeten ontwerpers diverse factoren overwegen. Dit artikel zal zeven belangrijke ontwerpoverwegingen voor het toepassen van elektrohydraulische kleppen verkennen.

1. Aan/Uit vs Proportionele Kleppen

Aan/uit kleppen zijn eigenlijk de aan/uit schakelaars voor hydraulische systemen. Aan/uit kleppen worden typisch gebruikt in toepassingen waar nauwkeurige positie- of snelheidscontrole niet vereist is. Proportionele kleppen bieden meer variabele controle van stroomsnelheden voor hydraulische systemen.

Deze kleppen worden typisch gebruikt in toepassingen waar meer controle vereist is dan een standaard richtingsbesturingsklep. Enkele toepassingen die variable stroomsnelheid controle vereisen waar proportionele kleppen uitblinken zijn windturbine pitch controle, houtverwerking, werktuigen, en metaalvorming. Als specifieke timing en/of positionering vereist is, denk aan proportioneel.

2. Onboard Elektronica vs Offboard Elektronica

Bepalen of een klep met onboard of offboard elektronica de beste keuze is, vereist een diepgaande evaluatie van de toepassing. Over het algemeen wordt onboard elektronica gebruikt om controle te lokaliseren bij de klep en de bedrading bij de controller te vereenvoudigen. Offboard elektronica wordt vaak gebruikt in gebieden met hoge trilling en temperaturen die de prestaties van de elektronica kunnen verminderen.

Het aansturen van een offboard elektronica klep vereist het gebruik van een elektronische module die geconfigureerd kan worden naar aangepaste parameters zoals gewenste solenoide-aanstuursstroom en ramp-snelheden. Onboard elektronica kleppen kunnen direct gecommandeerd worden met een standaard commando inclusief 4-20 mA of ±10 VDC en stroom voor hetzelfde aanpassingsniveau.

3. Open-Lus vs Gesloten-Lus Controle

Er zijn twee controleopties voor hydraulische systemen: open-lus en gesloten-lus. In algemene leerboektermen kan een open-lus systeem niet compenseren voor enige verstoringen die het aansturingssignaal van de controller veranderen. Gesloten-lus systemen hebben dit tekortkoming niet; verstoringen in het systeem worden gecompenseerd door de uitgangsrespons te meten en te vergelijken met de invoer. Als er een waargenomen verschil is (bekend als een foutsignaal), wordt de fout teruggekoppeld aan de controller om de uitgang aan te passen naar de gewenste waarde.

Bijvoorbeeld, er zijn kleppen bediend door proportionele solenoïden die de lus niet intern sluiten om de spoel. Ze worden gebruikt voor versnelling en metering toepassingen.

Andere kleppen sluiten de lus intern rond de positie van de spoel, maar kunnen geïntegreerd worden in een gesloten-lus systeem. De fout in het systeem wordt gemeten door een transducer; d.w.z. een positie- of snelheidssensor op een actuator, een druktransducer, of een stroommeter voor nog grotere nauwkeurigheid. Elektrohydraulische servokleppen die in gesloten-lus controlesystemen opereren, zijn ontworpen om laag vermogen en mechanische terugkoppeling te gebruiken voor nauwkeurige controle.

Parameters die overwogen moeten worden bij het specificeren van open- en gesloten-lus controlesystemen zijn onder andere:

• Hysterese: Het verschil in gemeten uitgang tussen toenemende en afnemende opdracht.

• Staprespons: De tijd die nodig is vanaf initiële opdracht tot wanneer de klep stabiliseert bij de gewenste uitgang.

• Frequentierespons: De maximum snelheid waarmee een klep met nauwkeurigheid kan opereren.

• Interne lekkage: Bypass-stroom inherent aan spoelkleppen door mechanische play.

• Stroomcapaciteit: De hoeveelheid vloeistof die door de klep kan passeren.

4. Spoelgrootte bepalen

Proportionele klep spoelen zijn typisch gewaardeerd voor een nominale stroom bij een differentiële druk van 10 bar, terwijl servoklep spoelen typisch gewaardeerd zijn voor een nominale stroom bij een differentiële druk van 70 bar. Gelijke metering spoelen bieden symmetrische stroom naar elke werkpoort. Dit kan nuttig zijn bij het aansturen van een motor of een dubbele-stang cylinder met gelijke effectieve oppervlakken. Gelijke metering spoelen zullen resulteren in verlaagde snelheid tijdens het instorten van een enkele-stang cylinder vanwege het differentiële oppervlak tussen de stang en de zuiger.

Verhouding spoelen bieden asymmetrische stroom tussen de werkpoorten; het meest gebruikt is een 2:1 verhouding ontwerp. Wanneer gebruikt om een 2:1 verhouding cylinder aan te sturen, bijvoorbeeld, zal gelijke snelheid bereikt worden tussen uitsteek en instorting van de cylinder door het matchen van de onevenwichtige oppervlakken. Het wordt aanbevolen om proportionele kleppen zo klein mogelijk te dimensioneren om de last te controleren. Om controle te behouden, moet tegen de last te allen tijde rugdruk uitgeoefend worden. Een algemene regel van de duim is om een spoel te selecteren die 90-95 procent van de maximale stroomwaarde gebruikt. Het selecteren van een spoel met te grote stroomcapaciteit kan leiden tot instabiliteit van het systeem.

5. Afdichtingsstoffen

Bij het selecteren van de stof voor de elastomere afdichtingen in een richtingsbesturingsklep, raadpleeg de bronnen van de fabrikant voor vloeistof- en stofcompatibiliteitsinformatie. Standaard industriële toepassingen die mineraalolie gebruiken, zullen typisch een nitril-afdichting gebruiken, wat ook aanbevolen is bij het controleren van water-glycol.

Toepassingen met verhoogde temperaturen of minder gangbare vloeistoffen kunnen een van de vele graden van fluorocarbon-afdichting gebruiken. Als je twijfelt, raadpleeg de fabriek voor hulp bij het selecteren van een afdichtingsstof.

6. Regeneratieve Circuits en Hybride Functies

Een regeneratief circuit routeert vloeistof geëvacueerd van de stang-einde van een cylinder terug naar de zuiger-einde in plaats van naar de tank voor versnelde uitsteek van de actuator. Het gebruik van een regeneratief circuit kan een systeemontwerper in staat stellen om een kleinere pomp te gebruiken om ontwerpeisen te halen als snelle beweging slechts in één richting nodig is. Regeneratieve richtingsbesturingskleppen voor aan/uit en proportionele controle (R stroomcode) stellen systeemontwerpers in staat om regeneratieve functie te bereiken zonder de noodzaak om extra kleppen aan het circuit toe te voegen.

Hybride regeneratieve kleppen bieden systeemontwerpers de mogelijkheid om regeneratieve controle in te schakelen via een apart elektrisch signaal dan het commando signaal. Bij het gebruik van regeneratieve controle, wordt kracht geofferd voor snelheid. De hybride functie (Z stroomcode) stelt ontwerpers in staat om te kiezen tussen de standaard hydraulische functie om kracht op te bouwen en regeneratieve functie om de last snel te versnellen.

7. Montagepatronen

Montageconfiguraties voor elektro-hydraulische kleppen worden geleid door NFPA/ISO standaarden — D03, D05, D07, D08, en D10 serie-aanduidingen zullen compliance met de standaarden aangeven. Pilot-gebediende kleppen zijn stabieler over een breed bereik van stromen en stellen systemen in staat om met grotere stroomcapaciteit te opereren. Vaak biedt de hydraulische pilotdruk die gebruikt wordt om de hoofdspoel te controleren, grotere kracht dan die van een solenoïde op een richtingsaandrijvingklep, wat resulteert in een meer voorspelbare prestatie voor de gebruiker.

Conclusie

Er zijn veel bronnen beschikbaar voor ontwerpingenieurs bij het specificeren van componenten voor systemen: referentiebladen, calculators, configuratietools, en meer. Echter, er is geen vervanging voor ervaring en diepe toepassingskennis.

Maak gebruik van de "been there and seen that" ervaring die de applicatie-ingenieurs van uw leverancier kunnen bieden. Niet alleen begrijpen ze hoe de componenten die hun bedrijf aanbied presteren, maar ze hebben ook het voordeel dat ze anderen in dezelfde situatie hebben geholpen ontwerpfouten te corrigeren en ze hebben problemen opgelost voor enkele van de meest unieke toepassingen.

Dit artikel is geschreven door Matthew Davis, product sales manager; Mitch Eichler, applications engineer; en Tom Gimben, product sales manager bij Parker Hannifin Corp., Hydraulic Valve Division, Elyria, OH. Voor meer informatie, bezoek hier .