Maîtriser les électrovannes hydrauliques : principes clés de conception

Introduction aux électrovannes hydrauliques

Les bases des électrovannes hydrauliques sont faciles à comprendre — ce sont des vannes actionnées électriquement qui contrôlent la manière dont le fluide hydraulique est envoyé aux actionneurs. Cependant, pour appliquer les électrovannes hydrauliques pour des systèmes hydrauliques efficaces et efficaces, les concepteurs doivent considérer plusieurs facteurs. Cet article explorera sept considérations clés de conception pour l'application des électrovannes hydrauliques.

1. Vannes On/Off vs Vannes Proportionnelles

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

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

2. Électronique embarquée vs électronique déportée

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 le contrôle au niveau de la vanne et simplifier le câblage au niveau du contrôleur. L'électronique déportée est souvent utilisée dans les zones à fortes vibrations et températures qui peuvent réduire les performances de l'électronique.

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

3. Contrôle en boucle ouverte vs boucle fermée

Il y a deux options de contrôle pour les systèmes hydrauliques : boucle ouverte et boucle fermée. En termes généraux de manuel, 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 ce défaut ; 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 (connue sous le nom de signal d'erreur), l'erreur est rétroactionnée au contrôleur pour ajuster la sortie à la valeur souhaitée.

Par exemple, il y a des vannes actionnées par des solénoïdes proportionnels qui ne ferment pas la boucle en interne autour du tiroir. Elles sont utilisées 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 une précision encore plus grande. Les servovannes électrohydrauliques fonctionnant en systèmes de contrôle en boucle fermée sont conçues pour utiliser une faible puissance et un retour mécanique pour fournir un contrôle précis.

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

• Hystérésis : La différence de sortie mesurée entre commande croissante et décroissante.
• Réponse à un échelon : Le temps requis depuis la commande initiale jusqu'à ce que la vanne se stabilise à la sortie désirée.
• Réponse en fréquence : La vitesse maximale à laquelle une vanne peut fonctionner avec précision.
• Fuite interne : Écoulement de contournement inhérent aux vannes à tiroir en raison des jeux mécaniques.
• Capacité de débit : La quantité de fluide qui peut passer à travers la vanne.

4. Dimensionnement des tiroirs

Les tiroirs de vannes proportionnelles sont généralement dimensionnés pour un débit nominal à une pression différentielle de 10 bar, tandis que les tiroirs de servovannes sont généralement dimensionnés pour un débit nominal à une pression différentielle de 70 bar. Les tiroirs à dosage égal 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. Les tiroirs à dosage égal entraîneront une vitesse réduite lors de la rétraction d'un vérin à simple tige en raison de la surface différentielle entre la tige et le piston.

Les tiroirs à rapport fournissent un débit asymétrique entre les ports de travail ; le plus couramment utilisé est une conception à rapport 2:1. Lorsqu'il est utilisé pour entraîner un vérin à rapport 2:1, par exemple, une vitesse égale sera atteinte entre l'extension et la rétraction du vérin en raison de l'adaptation des surfaces déséquilibrées. Il est recommandé de dimensionner les vannes proportionnelles aussi petit 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 est de sélectionner un tiroir qui utilisera 90-95 pour cent du débit nominal maximum. Sélectionner un tiroir avec une capacité de débit trop grande peut entraîner une instabilité du système.

5. Composés d'étanchéité

Lors de la sélection du composé pour les joints élastomères dans toute vanne de contrôle directionnelle, consultez les ressources du fabricant pour les informations de compatibilité fluide et composé. Les applications industrielles standard utilisant de l'huile minérale utiliseront généralement un joint nitrile, qui est également recommandé pour le contrôle de l'eau-glycol.

Les applications impliquant des températures élevées ou des fluides moins couramment utilisés peuvent utiliser l'un des nombreux grades de joint fluorocarbone. En cas de doute, consultez l'usine pour obtenir de l'aide dans la sélection d'un composé d'étanchéité.

6. Circuits régénératifs et fonctions hybrides

Un circuit régénératif achemine le fluide évacué de l'extrémité tige d'un vérin vers l'extrémité 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 atteindre les exigences de conception lorsque un mouvement rapide est nécessaire dans une seule direction. Les vannes de contrôle directionnelles régénératives pour contrôle on/off et proportionnel (code de débit R) permettent aux concepteurs de système d'atteindre la fonction régénérative sans avoir besoin d'ajouter des vannes supplémentaires au circuit.

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

7. Modèles de montage

Les configurations de montage pour les électrovannes hydrauliques sont guidées par les standards NFPA/ISO — les désignations de séries D03, D05, D07, D08 et D10 indiqueront la conformité aux standards. 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 d'étage principal fournit une force supérieure à celle d'un solénoïde sur une vanne d'entraînement directionnelle, résultant en une performance plus prévisible pour l'utilisateur.

Conclusion

Il existe de nombreuses ressources disponibles pour les ingénieurs de conception lors de la spécification de composants pour les systèmes : fiches de référence, calculateurs, outils de configuration, et plus. Cependant, il n'y a pas de substitut à l'expérience et à la connaissance approfondie de l'application.

Profitez de l'expérience « été là, vu ça » que les ingénieurs d'application de votre fournisseur peuvent offrir. Non seulement ils comprennent comment les composants que leur entreprise offre performent, mais ils ont aussi l'avantage d'avoir aidé d'autres 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 écrit par Matthew Davis, responsable ventes produits ; Mitch Eichler, ingénieur d'application ; et Tom Gimben, responsable ventes produits chez Parker Hannifin Corp., Division Vannes Hydrauliques, Elyria, OH. Pour plus d'informations, visitez ici.