Les bases de l'application de vannes électrohydrauliques

Les principes de base des vannes électrohydrauliques sont faciles à comprendre - ce sont des vannes à commande électrique qui contrôlent la façon dont le fluide hydraulique est envoyé aux actionneurs. Cependant, pour appliquer des vannes électrohydrauliques pour des systèmes hydrauliques efficients et efficaces, les concepteurs doivent tenir compte de plusieurs facteurs. Cet article explore sept considérations de conception clés pour l'application de vannes électrohydrauliques.

1. Vannes marche/arrêt vs vannes proportionnelles

Les vannes marche/arrêt sont essentiellement les interrupteurs marche/arrêt des systèmes hydrauliques. Les vannes marche/arrêt sont généralement utilisées dans les applications où un contrôle précis de la position ou de la vitesse n'est pas nécessaire. Les vannes proportionnelles offrent un contrôle plus variable des débits pour les systèmes hydrauliques.

Ces vannes sont généralement utilisées dans des applications où plus de contrôle est nécessaire au-delà d'une vanne de contrôle directionnelle standard. Quelques applications qui nécessitent un contrôle de débit variable où les vannes proportionnelles brillent incluent le contrôle du pas des éoliennes, la transformation du bois, les machines-outils et le formage des métaux. Si un timing et/ou un positionnement spécifique est requis, pensez proportionnel.

2. Électronique embarquée vs électronique hors-bord

Déterminer si une vanne avec électronique embarquée ou déportée est le meilleur choix nécessite une évaluation approfondie de l'application. Généralement, l'électronique embarquée est utilisée pour localiser la commande au niveau de la vanne et simplifier le câblage au niveau du contrôleur. L'électronique externe est souvent utilisée dans des zones où les vibrations et les températures sont élevées, ce qui peut réduire les performances de l'électronique.

La commande d'une vanne électronique externe nécessite l'utilisation d'un module électronique qui peut être configuré selon des paramètres personnalisés tels que le courant de commande de solénoïde souhaité et les taux de rampe. Les vannes électroniques embarquées peuvent être commandées directement avec une commande standard incluant 4-20 mA ou ±10 VDC et débit pour le même niveau de personnalisation.

3. Contrôle en boucle ouverte ou en boucle fermée

Il existe deux options de contrôle pour les systèmes hydrauliques :en boucle ouverte et en boucle fermée. En termes généraux, un système en boucle ouverte ne peut pas compenser les perturbations qui altèrent le signal de commande du contrôleur. Les systèmes en boucle fermée n'ont pas cette lacune; les perturbations dans le système sont compensées en mesurant la réponse de sortie et en la comparant à l'entrée. S'il y a une différence observée (appelée signal d'erreur), l'erreur est renvoyée au contrôleur pour ajuster la sortie à la valeur souhaitée.

Par exemple, il existe des vannes actionnées par des solénoïdes proportionnels qui ne ferment pas en interne la boucle autour du tiroir. Ils sont utilisés pour les applications d'accélération et de dosage.

D'autres vannes ferment la boucle en interne autour de la position du tiroir mais peuvent être intégrées dans un système en boucle fermée. L'erreur dans le système est mesurée par un transducteur; c'est-à-dire un capteur de position ou de vitesse sur un actionneur, un transducteur de pression ou un débitmètre pour encore plus de précision. Les servovalves électrohydrauliques fonctionnant dans des systèmes de contrôle en boucle fermée sont conçues pour utiliser une faible puissance et une rétroaction mécanique pour fournir un contrôle précis.

Les paramètres à prendre en compte lors de la spécification des systèmes de contrôle en boucle ouverte et fermée incluent :

• Hystérésis :la différence de sortie mesurée entre la commande croissante et décroissante.

• Réponse indicielle :le temps requis entre la commande initiale et le moment où la vanne se stabilise à la sortie souhaitée.

• Réponse en fréquence :la vitesse maximale à laquelle une vanne peut fonctionner avec précision.

• Fuite interne :débit de dérivation inhérent aux distributeurs à tiroir en raison des jeux mécaniques.

• Capacité de débit :la quantité de fluide qui peut passer à travers la vanne.

4. Dimensionnement des bobines

Les tiroirs de vannes proportionnelles sont généralement dimensionnés pour un débit nominal à une pression différentielle de 10 bar, tandis que les tiroirs de servovalve sont généralement dimensionnés pour un débit nominal à une pression différentielle de 70 bar. Des bobines de dosage égales fournissent un débit symétrique à chaque port de travail. Cela peut être utile lors de l'entraînement d'un moteur ou d'un vérin à double tige avec des surfaces effectives égales. Des bobines de dosage égales entraîneront une vitesse réduite lors de la rétraction d'un vérin à tige unique en raison de la zone différentielle entre la tige et le piston.

Les bobines de rapport fournissent un flux asymétrique entre les ports de travail ; le plus couramment utilisé est une conception de rapport 2:1. Lorsqu'il est utilisé pour entraîner un vérin de rapport 2:1, par exemple, une vitesse égale sera obtenue entre l'extension et la rétraction du vérin en raison de l'appariement des zones déséquilibrées. Il est recommandé de dimensionner les vannes proportionnelles aussi petites que possible pour contrôler la charge. Pour maintenir le contrôle, une contre-pression contre la charge doit être exercée en tout temps. Une règle générale consiste à sélectionner un tiroir qui utilisera 90 à 95 % du débit maximal. La sélection d'un tiroir avec une trop grande capacité de débit peut entraîner une instabilité du système.

5. Composés d'étanchéité

Lors de la sélection du composé pour les joints en élastomère dans n'importe quelle vanne de commande directionnelle, consultez les ressources du fabricant pour obtenir des informations sur la compatibilité des fluides et des composés. Les applications industrielles standard utilisant de l'huile minérale utilisent généralement un joint en nitrile, qui est également recommandé lors du contrôle de l'eau-glycol.

Les applications impliquant des températures élevées ou des fluides moins couramment utilisés peuvent utiliser l'une des nombreuses qualités de joint en fluorocarbone. En cas de doute, consultez l'usine pour obtenir de l'aide dans le choix d'un composé d'étanchéité.

6. Circuits régénératifs et fonctions hybrides

Un circuit régénératif achemine le fluide évacué de l'extrémité de la tige d'un vérin vers l'extrémité du piston au lieu du réservoir pour une extension accélérée de l'actionneur. L'utilisation d'un circuit régénératif peut permettre à un concepteur de système d'utiliser une pompe plus petite pour répondre aux exigences de conception lorsqu'un mouvement rapide est nécessaire dans une seule direction. Les vannes de contrôle directionnel régénératif pour le contrôle marche/arrêt et proportionnel (code de débit R) permettent aux concepteurs de systèmes d'obtenir une fonction régénérative sans avoir besoin d'ajouter des vannes supplémentaires au circuit.

Les vannes régénératives hybrides offrent aux concepteurs de systèmes la possibilité d'activer le contrôle régénératif via un signal électrique distinct du signal de commande. Lors de l'utilisation du contrôle régénératif, la force est sacrifiée au profit de la vitesse. La fonction hybride (code de flux Z) permet aux concepteurs de choisir entre la fonction hydraulique standard pour créer de la force et la fonction régénérative pour accélérer rapidement la charge.

7. Modèles de montage

Les configurations de montage des vannes électro-hydrauliques sont guidées par les normes NFPA/ISO — les désignations des séries D03, D05, D07, D08 et D10 indiqueront la conformité aux normes. Les vannes pilotées sont plus stables sur une large gamme de débits et permettent aux systèmes de fonctionner avec une plus grande capacité de débit. Souvent, la pression de pilotage hydraulique utilisée pour contrôler le tiroir de l'étage principal fournit une force supérieure à celle d'un solénoïde sur une vanne d'entraînement directionnelle, ce qui se traduit par une performance plus prévisible pour l'utilisateur.

Conclusion

De nombreuses ressources sont à la disposition des ingénieurs concepteurs lors de la spécification des composants des systèmes :feuilles de référence, calculatrices, outils de configuration, etc. Cependant, rien ne remplace l'expérience et la connaissance approfondie des applications.

Profitez de l'expérience « J'y suis allé et j'ai vu ça » que les ingénieurs d'application de votre fournisseur peuvent offrir. Non seulement ils comprennent les performances des composants proposés par leur entreprise, mais ils ont également l'avantage d'avoir aidé d'autres personnes dans la même situation à corriger des erreurs de conception et ils ont résolu des problèmes pour certaines des applications les plus uniques.

Cet article a été rédigé par Matthew Davis, responsable des ventes de produits ; Mitch Eichler, ingénieur d'application; et Tom Gimben, responsable des ventes de produits chez Parker Hannifin Corp., Division des vannes hydrauliques, Elyria, OH. Pour plus d'informations, visitez ici .