Los fundamentos de la aplicación de válvulas electrohidráulicas

Los conceptos básicos de las válvulas electrohidráulicas son fáciles de entender: son válvulas operadas eléctricamente que controlan cómo se envía el fluido hidráulico a los actuadores. Sin embargo, para aplicar válvulas electrohidráulicas en sistemas hidráulicos eficientes y eficaces, los diseñadores deben considerar varios factores. Este artículo explorará siete consideraciones de diseño clave para la aplicación de válvulas electrohidráulicas.

Las válvulas de encendido/apagado son básicamente interruptores de encendido/apagado de sistemas hidráulicos. Las válvulas de apertura/cierre se utilizan normalmente en aplicaciones donde no se requiere control preciso de posición o velocidad. Las válvulas proporcionales ofrecen un control más variable de los caudales para los sistemas hidráulicos.

Estas válvulas se utilizan normalmente en aplicaciones donde se requiere más control que una válvula de control direccional estándar. Algunas aplicaciones que requieren un control de caudal variable donde brillan las válvulas proporcionales incluyen el control de paso de turbinas eólicas, procesamiento de madera, máquinas herramienta y conformado de metales. Si se requiere una sincronización y/o un posicionamiento específicos, piense en forma proporcional.

Determinar si una válvula con electrónica integrada o externa es la mejor opción requiere una evaluación en profundidad de la aplicación. Generalmente, la electrónica integrada se utiliza para localizar el control en la válvula y simplificar el cableado en el controlador. La electrónica externa se utiliza a menudo en áreas con altas vibraciones y temperaturas que pueden reducir el rendimiento de la electrónica.

Para accionar una válvula electrónica externa se requiere el uso de un módulo electrónico que se puede configurar con parámetros personalizados, como la corriente de accionamiento del solenoide deseada y las velocidades de rampa. Las válvulas electrónicas integradas se pueden controlar directamente con un comando estándar que incluye 4-20 mA o ±10 VCC y flujo para el mismo nivel de personalización.

Hay dos opciones de control para los sistemas hidráulicos: circuito abierto y circuito cerrado. En términos generales de los libros de texto, un sistema de bucle abierto no puede compensar ninguna perturbación que altere la señal de conducción del controlador. Los sistemas de circuito cerrado no tienen este inconveniente; Las perturbaciones en el sistema se compensan midiendo la respuesta de salida y comparándola con la entrada. Si se observa una diferencia (conocida como señal de error), el error se devuelve al controlador para ajustar la salida al valor deseado.

Por ejemplo, hay válvulas operadas por solenoides proporcionales que no cierran internamente el circuito alrededor del carrete. Se utilizan para aplicaciones de aceleración y medición.

Otras válvulas cierran el circuito internamente alrededor de la posición del carrete, pero pueden integrarse en un sistema de circuito cerrado. El error en el sistema se mide mediante un transductor; es decir, un sensor de posición o velocidad en un actuador, un transductor de presión o un medidor de flujo para una precisión aún mayor. Las servoválvulas electrohidráulicas que operan en sistemas de control de circuito cerrado están diseñadas para utilizar baja potencia y retroalimentación mecánica para proporcionar un control preciso.

Los parámetros que se deben considerar al especificar sistemas de control de circuito abierto y cerrado incluyen:

Histéresis: La diferencia en la salida medida entre el comando creciente y decreciente.

Respuesta de paso: El tiempo requerido desde el comando inicial hasta que la válvula se estabiliza en la salida deseada.

Respuesta de frecuencia: La velocidad máxima a la que una válvula puede operar con precisión.

Fuga interna: Flujo de derivación inherente a las válvulas de carrete debido a holguras mecánicas.

Capacidad de flujo: La cantidad de fluido que puede pasar a través de la válvula.

Los carretes de válvula proporcional generalmente están clasificados para un flujo nominal a una presión diferencial de 10 bar, mientras que los carretes de servoválvula generalmente están clasificados para un flujo nominal a una presión diferencial de 70 bar. Los carretes dosificadores iguales proporcionan un flujo simétrico a cada puerto de trabajo. Esto puede resultar útil cuando se acciona un motor o un cilindro de doble vástago con áreas efectivas iguales. Los carretes dosificadores iguales darán como resultado una velocidad reducida durante la retracción de un cilindro de vástago único debido al área diferencial entre el vástago y el pistón.

Los carretes de relación proporcionan un flujo asimétrico entre los puertos de trabajo; el más comúnmente utilizado es un diseño de proporción 2:1. Cuando se utiliza para accionar un cilindro con una relación de 2:1, por ejemplo, se logrará la misma velocidad entre la extensión y la retracción del cilindro debido a la coincidencia de las áreas desequilibradas. Se recomienda dimensionar las válvulas proporcionales lo más pequeñas posible para controlar la carga. Para mantener el control, se debe ejercer contrapresión contra la carga en todo momento. Una regla general es seleccionar un carrete que utilice entre el 90 y el 95 por ciento del caudal máximo. Seleccionar un carrete con una capacidad de flujo demasiado grande puede provocar inestabilidad en el sistema.

Al seleccionar el compuesto para los sellos elastoméricos en cualquier válvula de control direccional, consulte los recursos del fabricante para obtener información sobre compatibilidad de fluidos y compuestos. Las aplicaciones industriales estándar que utilizan aceite mineral suelen utilizar un sello de nitrilo, que también se recomienda cuando se controla agua-glicol.

Las aplicaciones que involucran temperaturas elevadas o fluidos de uso menos común pueden utilizar uno de muchos grados de sello de fluorocarbono. En caso de duda, consulte a la fábrica para obtener ayuda en la selección de un compuesto sellador.

Un circuito regenerativo dirige el fluido evacuado desde el extremo del vástago de un cilindro de regreso al extremo del pistón en lugar de al tanque para una extensión acelerada del actuador. El uso de un circuito regenerativo puede permitir que un diseñador de sistemas utilice una bomba más pequeña para cumplir con los requisitos de diseño cuando se necesita un movimiento rápido en una sola dirección. Las válvulas de control direccional regenerativas para control proporcional y de encendido/apagado (código de flujo R) permiten a los diseñadores de sistemas lograr una función regenerativa sin la necesidad de agregar válvulas adicionales al circuito.

Las válvulas regenerativas híbridas ofrecen a los diseñadores de sistemas la capacidad de habilitar el control regenerativo a través de una señal eléctrica separada de la señal de comando. Cuando se utiliza el control regenerativo, se sacrifica la fuerza por la velocidad. La función híbrida (código de flujo Z) permite a los diseñadores seleccionar entre la función hidráulica estándar para generar fuerza y ​​la función regenerativa para acelerar la carga rápidamente.

Las configuraciones de montaje para válvulas electrohidráulicas se guían por las normas NFPA/ISO: las designaciones de las series D03, D05, D07, D08 y D10 indicarán el cumplimiento de las normas. Las válvulas operadas por piloto son más estables en una amplia gama de flujos y permiten que los sistemas funcionen con mayor capacidad de flujo. A menudo, la presión piloto hidráulica utilizada para controlar el carrete de la etapa principal proporciona una fuerza mayor que la de un solenoide en una válvula de accionamiento direccional, lo que resulta en un rendimiento más predecible para el usuario.

Hay muchos recursos disponibles para los ingenieros de diseño al especificar componentes para sistemas: hojas de referencia, calculadoras, herramientas de configuración y más. Sin embargo, no hay sustituto para la experiencia y el conocimiento profundo de su aplicación.

Aproveche la experiencia de “estar allí y ver eso” que los ingenieros de aplicaciones de su proveedor pueden ofrecer. No solo entienden cómo funcionan los componentes que ofrece su empresa, sino que también tienen la ventaja de haber ayudado a otros en la misma situación a corregir errores de diseño y han resuelto problemas para algunas de las aplicaciones más exclusivas.

Este artículo fue escrito por Matthew Davis, gerente de ventas de productos; Mitch Eichler, ingeniero de aplicaciones; y Tom Gimben, gerente de ventas de productos de Parker Hannifin Corp., División de Válvulas Hidráulicas, Elyria, OH. Para mas informacion, visite aqui .

Este artículo apareció por primera vez en la edición de octubre de 2021 de la revista Motion Design.

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