Сервоклапан линейный Yuken прямого управления для гидравлических компонентов
|
Разработки гидравлических компонентов последних лет делятся на два направления: разработки, связанные с модернизацией или снижением себестоимости уже существующих гидрокомпонентов с хорошими функциональными и эксплуатационными качествами, и высокотехнологические разработки, направленные на повышение конкурентноспособности продукции в условиях расширения первичного рынка и увеличения доли гидрокомпонентов с электроуправлением. В нашей статье мы хотим представить относящийся ко второму направлению — линейный сервоклапан. |
 |
Поводом для начала разработки данной продукции явилась необходимость в клапане управления с быстрым срабатыванием, надёжном, точном и с большой тяговой нагрузкой при использовании в высокоскоростных станках с ЧПУ для обработки металлических листов. Требования к данному виду станков заключались в: осевой нагрузке в 20~30 тонн, числе оборотов 300~2000 ударов в минуту (высокочастотный), высокой точности воспроизведения, высокоточной центровке.
Ранее в кривошипных прессах и станках, в которых использовались обычные гидрокомпоненты, для обеспечения вышеуказанных параметров использовались гидравлические сервоклапаны. Наша компания решила начать разработку высоконадёжного, энергосберегающего сервоклапана с ещё более быстрым срабатыванием, устойчивого к загрязнению (обладающий противоконтаминационными качествами) рабочего масла.
В основном, в гидрокомпонентах в качестве механизма переключения с электроуправления на гидроуправление пропорционального контроля или сервоконтроля используется либо сервоклапан с пропорциональными электромагнитами, либо сервоклапан с механизмом «сопло-заслонка» для двухступенчатого увеличения давления, но для достижения необходимых нам характеристик в таких клапанах наблюдались следующие недостатки:
- У клапана контроля потока, в котором используется пропорциональный электромагнит (рис.1), возникают проблемы со срабатыванием.
-
У сервоклапана с механизмом «сопло-заслонка» – большая потеря энергии. (Из-за того, что золотник приводится в действие за счет увеличения маленького крутящего момента, вырабатываемого электродвигателем, за счет использования механизма «сопло-заслонка» и за счет увеличения давления). Также необходима установка гидросхемы для подачи стабильного давления. Все это вызывает дополнительные затруднения. Более того, необходимо контролировать чистоту рабочего масла.
 |
1. Якорь электромагнита |
|
Рис.2 Сервоклапан с механизмом 'сопло-заслонка'
|
|
Гидравлические сервоклапаны с использованием линейного серводвигателя
Исходя из вышеизложенного, нами было принято решение начать разработку гидравлического сервоклапана с использованием линейного двигателя постоянного тока. Сначала мы приступили к разработке линейного двигателя, а также к разработке нижеуказанных новых технологий для гидравлических механизмов:
- разработка малогабаритного высокоэффективного линейного двигателя с высокой мощностью с использованием магнита из неодима, железа, бора (Nd, Fe, В).
- разработка сервоклапана с пониженной силой потока жидкости для повышения скорости срабатывания (пересмотр конструкции гильзы, золотника).
- разработка системы контроля определения местоположения в целях повышения скорости срабатывания.
- обеспечение отличных противоконтаминационных качеств.
В уже существуюших гидросервоклапанах ранее использовались линейные двигатели постоянного тока, но для создания магнитного поля в таких клапанах использовались магниты на основе сплава «Альнико» и электромагниты. Эти клапаны использовались в вальцовочных машинах, прокатных станках и линиях по производству стали. Клапаны данного типа были крупногабаритными и считались специальными клапанами для использования в неблагоприятных условиях работы. Используя постоянный магнит из редкоземельных металлов, неодима, железа и бора, мы ставили своей целью разработку универсальной продукции с малыми габаритами и с высокой мощностью.
Линейный двигатель, представленный в нашей разработке - с линейной обмоткой и называется LDM. Посредством монтажа постоянного магнита в магнитную схему создается постоянное магнитное поле. В это постоянное магнитное поле помещается катушка, на катушку подается электрический ток, и по закону левой руки Флеминга, катушка перемещается. Перемещение катушки в обе стороны возможно за счет мощности магнитного поля и способа подачи электрического тока. В общем случае движущую силу можно расчить по следующей формуле:
F = B · I · L
где
F - сила (H), B - плотность магнитного потока (Тл), I - сила тока (А), L - длина катушки (м)
Мы сконструировали гидромеханизм с малой силой потока, и спроектировали новый линейный двигатель с приводом от постоянного тока с малыми габаритами.
 |
 |
 |
|
Золотник и подвижная катушка
|
Магнит и его корпус
|
Подвижная катушка
|
Сервоклапан линейный: работа и конструкция
Малопоточный скоростной линейный сервоклапан состоит из корпуса, линейного двигателя и датчика местоположения. Золотник клапана приводится в действие мощным и в тоже время малогабаритным линейным двигателем, а сам клапан снабжен специальным высокоскоростным усилителем, что позволяет устанавливать местоположение золотника автоматически. Благодаря всему этому наш клапан, по сравнению с обычным клапаном с механизмом «сопло-заслонка», обеспечивает намного более быстрое срабатывание. Данный малопоточный сервоклапан также выполнен и как управляющий клапан с большим потоком.
Конструкция малопоточного высокоскоростного линейного сервоклапана показана на рисунке 3. В корпус встроены сверхточнообработанные гильза и золотник, золотник соединен с катушкой в единое целое, и приводится в действие напрямую. Катушка в свою очередь работает, не соприкасаясь с постоянным магнитом и его корпусом, поэтому механическое запаздывание возникает только в части, где происходит трение золотника с гильзой. Более того, посредством использования диафрагмы клапана, исключено попадание рабочего масла в катушку.
Высокоскоростной датчик местоположения, во избежание воздействия постоянного мощного магнитного поля, расположен на противоположной стороне. Он также, для исключения трения, установлен на золотнике. Простота конструкции данного клапана, по сравнению с конструкцией сервоклапана с механизмом подвижного сопла-заслонки, очевидна.
 |
 |
 |
|
Рис.3 Конструкция и внешний вид линейного сервоклапана прямого типа
|
||
 |
 |
  |
|
Рис.4 Конструкция и внешний вид линейного сервоклапана с большим объемом
|
||
Сервоклапан линейный: особенности
1. Сверхскоростное срабатывание.
Частота сигнала в сервоклапане с механизмом «сопло-заслонка» составляет обычно около 100-150 Гц. По сравнению с ним, частота сигнала в высокоскоростном линейном сервоклапане составляет около 450 Гц, при 100%-ном ступенчатом сигнале – 2 мс. И даже в клапане большого потока – частота около 100 Гц, при 100%-ном ступенчатом сигнале – около 8 мс.
2. Отличные противоконтаминационные качества.
При использовании сервоклапана с механизмом «сопло-заслонка» требуется рабочее масло со степенью загрязнения до 7 NAS, а в случае использования высокоскоростного линейного сервоклапана возможно использование масла со степенью загрязнения до 10 NAS.
В сервоклапане с механизмом «сопло-заслонка» высокое соотношение внутренней протечки масла, поэтому его производят с зазором диаметра (щелью) только в несколько мкм. В отличие от этого, в высокоскоростном линейном сервоклапане, где золотник приводится в действие напрямую от линейного двигателя, возможно увеличение зазора диаметра золотника. За счет этого достигаются отличные противоконтаминационные характеристики.
Таблица 1. Сравнительная таблица особенностей гидросервоклапанов различных конструкций
|
Высокоскоростной линейный клапан
|
Сервоклапан с механизмом подвижного сопла-заслонки
|
|
|
Привод
|
Линейный двигатель
|
Электродвигатель
|
|
Контроль местоположения
|
Электрический (датчик местоположения)
|
Механический (пружина обратной связи)
|
|
Противоконтаминационные качества (степень загрязнения)
|
NAS 10 (без внутреннего фильтра)
|
NAS 7 (с внутренним фильтром)
|
|
Регулировка нейтрального положения золотника
|
нет
|
есть
|
|
Упраление золотника
|
Электрическое управление
|
Электрогидравлическое управление
|
|
Управление распределителем
|
Одноступенчатое
|
Двухступенчатое
|
|
Электрический ток привода
|
Большой
|
Малый
|
|
Внутренняя протечка
|
Малая
|
Большая
|
|
|
 |
|
|
Особенности ступенчатого сигнала в клапане LSVG-03-40
|
Особенности ступенчатого сигнала в клапане LSVHG-06-900
|
|
|
|
 |
|
|
Частота ответного сигнала в клапане LSVG-03-40
|
Частота ответного сигнала в клапане LSVHG-06-900
|
Эксплуатационные качества
Как мы указывали выше, главной особенностью нашего клапана является быстрота срабатывания.
Примеры практического применения
Данный клапан может быть применен не только в той области, где использовались ранее гидросервоклапаны с механизмом «сопло-заслонка», но и в более широкой области применения с учетом его высоких противоконтаминационных качеств. Здесь мы представляем Вашему вниманию несколько примеров его практического применения:
1. Высокоскоростные пробивочные прессы.
Как мы указывали в начале нашей статьи, поводом для начала разработки данного клапана послужила возникшая необходимость в обеспечении пробивочного пресса устройством для определения местоположения золотника.
На схеме (рис.5) показана конструкция и пример гидросхемы узла привода, составленного из гидравлического цилиндра с датчиком местоположения золотника и данного сервоклапана.
Рис.5 Фрагмент схемы блока привода гидросистемы высокоскоростного пробивочного пресса
2. Термопластавтоматы (ТПА)
 |
В условиях продвижения энергосберегающих технологий и активных разработок ТПА с электроприводом, для производства микрогабаритных электронных запчастей или сверхтонких изделий, используется комбинация гидросервоклапана и аккумулятора. Скорость в 800-1500 мм/с обеспечивает превосходство гидроцикла. Также в машинах для литья изделий под давлением в зависимости от используемого материала можно варьировать контроль скорости в 2, 4, 8 м/с. |
3. Сталелитейное оборудование
 |
В сталелитейной промышленности с давних пор используются гидрокомпоненты. Данный сервоклапан считается надежным для обеспечения высокого давления и противоконтаминационных качеств. Кроме этого в последнее время данный клапан очень часто используется в разного рода тестовом оборудовании. К примеру, используется при скоростных тестах, краш-тестах в автомобилестроении. |
Дальнейшие разработки (перспективы)
|
|
Благодаря разработке линейного двигателя для гидрокомпонентов и линейного сервоклапана со сверхскоростным срабатыванием компания Yuken продолжает осваивать рынок гидрокомпонентов. В настоящее время мы работаем над проектом по началу серийного выпуска клапана, а также начали разработку более функциональной продукции и выпустили на рынок линейный сервоклапан с встроенным усилителем, малогабаритным линейным двигателем и уменьшенным датчиком золотника.
В нашей статье мы представили только некоторую часть из разработок нашей компании в области гидравлических компонентов. Мы надеемся, что все новшества и разработки позволят нашим клиентам расширить рынок новой продукции, а также помогут сформировать у Вас определенное представление о подходах и методах компании Yuken в стремлении к техническому совершенству.
Таблица 2 Технические характеристики.
|
№ модели
|
Линейный сервоклапан прямого типа
|
Линейный сервоклапан большого объёма (ёмкости)
|
||||
|
LSVG-03-4/10/20/40
|
LSVG-03-60
|
LSVHG-04-750
|
LSVHG-06-900
|
LSVHG-06-1300
|
LSVHG-10-1500
|
|
|
Номинальный поток
|
4,10,20,40 л/мин
|
60 л/мин
|
750 л/мин
|
900 л/мин
|
1300 л/мин
|
1500 л/мин
|
|
Макс.раб.давление
|
35 МПа
|
35 МПа
|
31,5 МПа
|
|||
|
Давление сопротивления при возврате
|
35 МПа
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
|
Давление сопротивления при возврате(внешний дренаж)
|
-
|
31,5 МПа
|
35 МПа
|
25 МПа
|
21 МПа
|
|
|
Давление сопротивления при возврате(внутренний дренаж)
|
31,5 МПа
|
35 МПа
|
25 МПа
|
21 МПа
|
||
|
Допустимое давление в дренаже
|
0,05 МПа
|
0.05 МПа
|
||||
|
Ступенчатый ответный сигнал(0~100%)
|
2 ms
|
3 ms
|
8 ms
|
8 ms
|
10 ms
|
8 ms
|
|
Частотный сигнал
(амплитуда±25%)
-90 опоздание фазы
|
450 Гц
|
350 Гц
|
100 Гц
|
100 Гц
|
100 Гц
|
100 Гц
|
|
Водонепроницаемость
|
IP 64
|
IP 64
|
||||
|
Температурный диапазон использования
|
-15 ~ +60
|
|||||