Os Fundamentos da Aplicação de Válvulas Eletrohidráulicas

Os fundamentos das válvulas eletro-hidráulicas são fáceis de entender - são válvulas operadas eletricamente que controlam como o fluido hidráulico é enviado aos atuadores. No entanto, para aplicar válvulas eletro-hidráulicas para sistemas hidráulicos eficientes e eficazes, os projetistas devem considerar vários fatores. Este artigo explorará sete principais considerações de projeto para a aplicação de válvulas eletro-hidráulicas.

1. Válvulas Liga/Desliga vs Válvulas Proporcionais

As válvulas liga/desliga são basicamente as chaves liga/desliga para sistemas hidráulicos. Válvulas liga/desliga são normalmente usadas em aplicações onde não é necessário um controle preciso de posição ou velocidade. As válvulas proporcionais oferecem um controle mais variável das taxas de fluxo para sistemas hidráulicos.

Essas válvulas são normalmente usadas em aplicações onde é necessário mais controle além de uma válvula de controle direcional padrão. Algumas aplicações que exigem controle de vazão variável onde as válvulas proporcionais brilham incluem controle de passo de turbina eólica, processamento de madeira, máquinas-ferramentas e conformação de metal. Se for necessário um tempo e/ou posicionamento específico, pense proporcionalmente.

2. Eletrônicos Onboard vs Eletrônicos Offboard

Determinar se uma válvula com componentes eletrônicos integrados ou não integrados é a melhor escolha requer uma avaliação aprofundada da aplicação. Geralmente, a eletrônica integrada é usada para localizar o controle na válvula e simplificar a fiação no controlador. A eletrônica offboard é frequentemente utilizada em áreas com alta vibração e temperaturas que podem reduzir o desempenho da eletrônica.

Acionar uma válvula eletrônica externa requer o uso de um módulo eletrônico que pode ser configurado para parâmetros personalizados, como corrente de acionamento do solenóide e taxas de rampa desejadas. As válvulas eletrônicas integradas podem ser comandadas diretamente com um comando padrão incluindo 4-20 mA ou ±10 VCC e vazão para o mesmo nível de personalização.

3. Controle de malha aberta versus malha fechada

Existem duas opções de controle para sistemas hidráulicos:malha aberta e malha fechada. Em termos gerais de livros didáticos, um sistema de malha aberta não pode compensar quaisquer distúrbios que alterem o sinal de acionamento do controlador. Os sistemas de malha fechada não têm essa deficiência; as perturbações no sistema são compensadas medindo a resposta de saída e comparando-a com a entrada. Se houver uma diferença observada (conhecida como sinal de erro), o erro é enviado de volta ao controlador para ajustar a saída ao valor desejado.

Por exemplo, existem válvulas operadas por solenóides proporcionais que não fecham internamente o laço ao redor do carretel. Eles são usados ​​para aplicações de aceleração e medição.

Outras válvulas fecham o circuito internamente em torno da posição do carretel, mas podem ser integradas em um sistema de circuito fechado. O erro no sistema é medido por um transdutor; ou seja, um sensor de posição ou velocidade em um atuador, um transdutor de pressão ou um medidor de vazão para uma precisão ainda maior. As servoválvulas eletro-hidráulicas que operam em sistemas de controle de circuito fechado são projetadas para usar baixa potência e feedback mecânico para fornecer controle preciso.

Os parâmetros que devem ser considerados ao especificar sistemas de controle de malha aberta e fechada incluem:

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  Histerese:A diferença na saída medida entre o comando crescente e decrescente.
  
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  Resposta ao degrau:O tempo necessário desde o comando inicial até quando a válvula se estabiliza na saída desejada.
  
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  Resposta de frequência:A velocidade máxima na qual uma válvula pode operar com precisão.
  
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  Vazamento interno:Bypass de fluxo inerente às válvulas de carretel devido a folgas mecânicas.
  
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  Capacidade de fluxo:A quantidade de fluido que pode passar pela válvula.
  

4. Dimensionamento de carretéis

Os carretéis da válvula proporcional são normalmente classificados para um fluxo nominal a uma pressão diferencial de 10 bar, enquanto os carretéis da servo válvula são normalmente classificados para um fluxo nominal a uma pressão diferencial de 70 bar. Carretéis de medição iguais fornecem fluxo simétrico para cada porta de trabalho. Isso pode ser útil ao acionar um motor ou um cilindro de haste dupla com áreas efetivas iguais. Carretéis de medição iguais resultarão em velocidade reduzida durante a retração de um cilindro de haste única devido à área diferencial entre a haste e o pistão.

Os carretéis de proporção fornecem fluxo assimétrico entre as portas de trabalho; o mais comumente usado é um projeto de proporção 2:1. Quando usado para acionar um cilindro de proporção 2:1, por exemplo, a velocidade igual será alcançada entre a extensão e a retração do cilindro devido à correspondência das áreas desequilibradas. Recomenda-se dimensionar as válvulas proporcionais o menor possível para controlar a carga. Para manter o controle, a contrapressão contra a carga deve ser exercida o tempo todo. Uma regra geral é selecionar um carretel que usará 90-95 por cento da taxa de vazão máxima. A seleção de um carretel com capacidade de fluxo muito grande pode resultar em instabilidade do sistema.

5. Compostos de vedação

Ao selecionar o composto para as vedações elastoméricas em qualquer válvula de controle direcional, consulte os recursos do fabricante para obter informações de compatibilidade de fluidos e compostos. As aplicações industriais padrão que usam óleo mineral normalmente usam uma vedação de nitrila, que também é recomendada ao controlar água-glicol.

As aplicações que envolvem temperaturas elevadas ou fluidos menos usados ​​podem utilizar um dos muitos graus de vedação de fluorocarbono. Em caso de dúvida, consulte a fábrica para obter assistência na seleção de um composto de vedação.

6. Circuitos regenerativos e funções híbridas

Um circuito regenerativo direciona o fluido evacuado da extremidade da haste de um cilindro de volta para a extremidade do pistão em vez de para o tanque para extensão acelerada do atuador. O uso de um circuito regenerativo pode permitir que um projetista de sistema use uma bomba menor para atingir os requisitos de projeto quando o movimento rápido é necessário em apenas uma direção. As válvulas de controle direcional regenerativas para controle liga/desliga e proporcional (código de fluxo R) permitem que os projetistas do sistema obtenham a função regenerativa sem a necessidade de adicionar válvulas adicionais ao circuito.

As válvulas regenerativas híbridas oferecem aos projetistas de sistemas a capacidade de habilitar o controle regenerativo por meio de um sinal elétrico separado do sinal de comando. Ao utilizar o controle regenerativo, a força é sacrificada pela velocidade. A função híbrida (código de fluxo Z) permite que os projetistas selecionem entre a função hidráulica padrão para aumentar a força e a função regenerativa para acelerar a carga rapidamente.

7. Padrões de montagem

As configurações de montagem para válvulas eletro-hidráulicas são guiadas pelas normas NFPA/ISO — as designações das séries D03, D05, D07, D08 e D10 indicarão a conformidade com as normas. As válvulas operadas por piloto são mais estáveis ​​em uma ampla faixa de fluxos e permitem que os sistemas operem com maior capacidade de fluxo. Muitas vezes, a pressão do piloto hidráulico usada para controlar o carretel do estágio principal fornece uma força maior do que a de um solenóide em uma válvula de acionamento direcional, resultando em um desempenho mais previsível para o usuário.

Conclusão

Há muitos recursos disponíveis para engenheiros de projeto ao especificar componentes para sistemas:folhas de referência, calculadoras, ferramentas de configuração e muito mais. No entanto, não há substituto para a experiência e o conhecimento profundo da aplicação.

Aproveite a experiência de “esteve lá e vi isso” que os engenheiros de aplicações do seu fornecedor podem oferecer. Eles não apenas entendem o desempenho dos componentes que sua empresa oferece, mas também têm o benefício de ter ajudado outras pessoas na mesma situação a corrigir erros de projeto e resolver problemas para algumas das aplicações mais exclusivas.

Este artigo foi escrito por Matthew Davis, gerente de vendas de produtos; Mitch Eichler, engenheiro de aplicações; e Tom Gimben, gerente de vendas de produtos da Parker Hannifin Corp., Divisão de Válvulas Hidráulicas, Elyria, OH. Para mais informações, visite aqui .