Hidraulica Proporcional - SENAI - MG

Hidraulica Proporcional - SENAI - MG

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Hidráulica Proporcional

Hidráulica Proporcional

Tendo em vista a competitividade de mercado e a exigência cada vez maior de qualidade e custo, faz-se necessário uma adaptação das instalações de produção à essas exigências. A precisão de movimentos, forças e torques agregados aos respectivos pontos operacionais, representam a solução ideal para essa questão. Tais características figuram como grandes vantagens da hidráulica. As evoluções tecnológicas dos setores elétrico, eletrônico e de informática, contribuem decisivamente para a concepção de máquinas e de equipamentos hidráulicos cada vez mais precisos, culminando em processos de automatização nas mais diversas áreas da produção que aliam perfeição, segurança e principalmente qualidade. A evolução da técnica da automatização com comandos hidráulicos iniciou-se no âmbito das válvulas direcionais como as válvulas de comando (função on/off), cujos carretéis não podem assumir posições intermediárias. Mais tarde, seria utilizada nas indústrias a hidráulica de aviação, as válvulas de ação permanente ou servoválvulas, com função linear. Porém, o elevado custo e sensibilidade desse tipo de válvula limitou sua aplicação somente onde não se podia mais utilizar as válvulas de comando. Daí surgiu a necessidade de desenvolver um grupo de válvulas que ocupassem a posição intermediária entre as válvulas de comando e as servoválvulas. Essas válvulas são denominadas de válvulas proporcionais. Pertencente ao grupo das válvulas de ação permanente, as válvulas proporcionais têm características de tempo ajustável que permite qualquer posição intermediária, adaptando-se às condições operacionais necessárias.

Quadro comparativo entre características de distinção entre válvulas de comando e proporcionais:

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Válvulas de ComandoVálvulas Proporcionais Comando Elétrico

Tem uma função degrau acompanhada pelo carretel até o final do curso máximo.

Pode assumir qualquer característica temporal vinculado ao deslocamento do carretel a essa característica.

Curso do carretel

Existe um diferencial de tempo (retardo) entre a aplicação do impulso elétrico e a posição final do curso, que corresponde ao tempo necessário para a formação de campo magnético até alcançar o final do curso.

Tem características análogas ao comando elétrico, ou seja, pode ser colocado em qualquer posição intermediária.

Saída de potência hidráulica

Tem vazão (Q) correspondente ao deslocamento do carretel, fluxo máximo.

Tem vazão (Q) correspondente ao deslocamento do carretel, fluxo regulável.

Principais características entre servoválvulas e válvulas proporcionais:

Característica Servoválvula Válvula proporcional Elemento de entradaMotor de torqueSolenóides

Corrente de comando80mA800 a 1500ma (máximo) Potência de comando (Watts) 10-2 a 100101 a 102

Sensibilidade de reação (%) <0,5 <1

CaracterísticaLinear (interseção em zero)Não-linear (sobreposição)

Histerese3% (compensado no circuito de regulagem) 10% (3 a 4% com zumbido)

Filtragem5 a 10 (absoluto)25 (absoluto) Resistênciamais sensívelmais robusto

AplicaçõesCircuitos de regulagem em malha fechada Circuito de comando

Atuação manual: É a técnica mais simples utilizada para influenciar na potência hidráulica. Embora o projeto seja relativamente simples, tem a desvantagem de contar com linhas hidráulicas longas.

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Atuação eletromagnética:

Enrolamento móvel: O resultado da interação entre os campos magnéticos de um imã permanente e um enrolamento móvel provoca um movimento ascendente e descendente proporcional à corrente consumida.

Tem a vantagem de possuir alto grau de precisão, porém grande volume e peso construtivo, relacionado ao movimento executado.

Motor de torque: Grande utilização em servo válvulas. Consiste de dois enrolamentos dispostos na armadura com molas de torção localizadas no campo magnético de um imã permanente. A magnetização da armadura ocorre com o fluxo de corrente pela bobina.

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O torque resultante move a armadura contra a mola, sendo o percurso proporcional à corrente. A grande vantagem da utilização do motor de torque é o seu ótimo comportamento dinâmico, porém os altos custos de produção tornam muito caro.

0 solenóide proporcional surgiu com o desenvolvimento adicional do chaveamento magnético (seus princípios de funcionamento serão detalhados posteriormente ).

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Sistemas dos solenóides.

Geralmente os solenóides proporcionais são solenóides de corrente contínua para o comando elétrico linear de Válvulas. Distinguem-se os solenóides comandados por força e os solenóides comandadas por curso com ou sem (regulagem de posição) “malha fechada". Comparação do solenóide proporcional (comandado por curso) com o solenóide standard.

Esta representação mostra que a força magnética F no solenóide standard e uma corrente de entrada I constante, depende do curso magnético(h). Isto significa: a força magnética aumenta quando aumenta o curso magnético (h ). Para a faixa de trabalho do solenóide proporcional, porém, a força magnética Fx depende apenas da corrente da entrada Ix. Isto significa que a uma corrente de entrada Ix constante, a força magnética Fx também se mantém quase constante sobre todo o curso magnético h. Como o custo e a performance igualam-se à demanda, esse tipo tem tido grandes avanços no mercado consumidor nos últimos anos . É preferível mudar a força magnética através da mudança de corrente do que através da mudança de tensão. Em uma bobina normalmente ocorrem variações de temperatura ocasionando mudanças de sua resistência característica, portanto o controle pela simples variação de tensão não garante uma proporcionalidade em relação à força magnética.

Motor de passo:

Por causa da perfeição, o motor de passo deveria também ser mencionado aqui. 0 motor de passos é distinguido de outros atuadores através de suas condições de acionamento digital. Aqui, dois enrolamentos são alojados sobre um ímã permanente que serve como rotor. 0 rotor pode ser girado passo a passo através de reversão magnética do núcleo em arco de um eletroímã e usando uma corrente que muda (de acordo com o tempo) o fluxo através do enrolamento.

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Vantagem: acionamento digital. Desvantagem: circuito complexo. Uso limitado sem perdas mecânicas ou elétricas.

Em aplicações práticas, freqüentemente é necessário fazer deslocamentos ou forças proporcionais à corrente elétrica. Isto pode ser feito por solenóide proporcional.

Vantagens das válvulas proporcionais sobre as convencionais: - adaptação constante de forcas e velocidades

- controle remoto elétrico

- circuito hidráulico reduzido

O diagrama a seguir mostra a válvula proporcional como um componente de ligação na tecnologia de controle, a válvula proporcional é a interface entre um controlador e o comando hidráulico.

Esquema geral de um controlador com válvula proporcional:

1- controle remoto manual 2- controle programado 3- eletrônico 4- estágio amplificador

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5- válvula proporcional 6- máquina 7- feedback (realimentação)

FORMAS DE CONTROLE CONTROLE REMOTO MANUAL Controle remoto mecânico-elétrico. Inclui as aplicações:

a) injeção de concreto b) Plataformas elevadoras c) escavadoras

Programação por enlace ou controlador lógico programável. Usado para controlar seqüências de programação. CONTROLE ELETRÔNICO

Este controle é utilizado em demandas elevadas para precisão e velocidade. As vantagens da tecnologia proporcional baseadas em exemplos deste tipo de controle são mostrados a seguir: Primeiramente, o problema de controle direcional de um cilindro é resolvido com válvulas convencionais. 0 circuito hidráulico requer somente o uso de uma simples válvula 4/3 vias proporcional.

a) Solução utilizando válvulas eletro-hidráulicas pilotadas.

Válvulas operadas digitalmente executam os valores ajustados nas válvulas controladoras de fluxo.

Partidas, paradas, mudanças de direções e velocidades são totalmente repentinas.

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Hidráulica Proporcional b) Solução com uma válvula proporcional de controle direcional. (sem fazer uso da possibilidade de ajustar rampas por transições graduais). Relés operados digitalmente executam o valor ajustado pelo potenciômetro, tornando a vazão hidráulica proporcional e também a saída, permitindo movimentos proporcionais do cilindro através da válvula. A partida das transições entre os vários estágios de comutação são ainda repentinos.

Diagrama tempo-deslocamento:

c) Solução com válvula proporcional direcional usando o gerador de rampas para aceleração e desaceleração. Quando o potenciômetro de rampa é ajustada, os valores ajustados solicitados não são atingidos bruscamente mas sim com os incrementos e decrementos lineares de acordo com os valores especificados. Para cada saída do amplificador proporcional, existe normalmente um potenciômetro para ajustar a rampa de subida e um para a descida. 0 tempo de rampa depende do ajuste do potenciômetro e do nível do valor ajustado.

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Neste capítulo veremos as qualidades do solenóide proporcional tal qual apresentamos no capítulo 1 e sua interação com o estágio de atuação hidráulica.

Solenóides proporcionais são construídos de acordo com os mesmos princípios dos tipos lineares convencionais. As características mais importantes que os distinguem dos solenóides de chaveamento convencionais são as seguintes:

a) a natureza da forca magnética - característica de deslocamento. b) maior precisão dos componentes individuais influenciando o efeito magnético. c) baixo atrito da armadura magnética. d) o impacto normalmente menor.

Para atingir a função proporcional na região de deslocamento de potência, a curva característica forca magnética -deslocamento, é adequada a sua aplicação particular. Isto se consegue experimentalmente Pelo CONE DE COMANDO. As forças magnéticas são comparáveis àquelas dos solenóides de controle simples do mesmo tamanho.

Comportamento análogo deslocamento-corrente de um solenóide Proporcional que

a) Característica força – deslocamentob) Característica

age contra uma mola: corrente –deslocamento De 1 a 4 – característica força – deslocamento para corrente I1 a I4 e 5 para característica da mola.

Aqui é apresentada a característica de um solenóide proporcional. A característica força-deslocamento é projetada para ser horizontal ou angular. Desta forma, pontos de intersecção entre a força magnética e a forca contrária são atingidas possibilitando um posicionamento preciso e, portanto, existe uma relação proporcional entre o deslocamento e a corrente. Também existe proporcionalidade entre a corrente I e a forca F exercida pela armadura do solenóide.

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Relação linear entre forca e corrente:

0 solenóide proporcional pertence ao grupo de solenóide de corrente contínua e é um transdutor eletro-mecânico que converte o sinal elétrico de entrada em um sinal mecânico de saída.

1-núcleo do pólo7 -mola de pressão
2-haste de guia8 -mancal limitador de impacto (percurso)
3-mancal de bucha-DU9 -tampa
4-anel amortecedor10-câmara do núcleo
5-campo magnético1-armadura
6-bobina de operação12-cone de controle

Existem dois tipos de construção:

- válvula de assento - válvula de cursor

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0 solenóide proporcional (simbolicamente representado por um quadrado transpassado diagonalmente por uma seta indicando ajuste) converte um sinal elétrico de entrada em um deslocamento. Isto pode ser transferido para uma válvula de mola previamente pressionada ou para uma válvula de cursor com retorno por mola.

0 solenóide proporcional pode ser distinguido do solenóide comutador pela interrupção na câmara do núcleo . Este é um anel intermediário estreito geralmente cônico não magnético denominado "CONE DE CONTROLE". Isto influencia a distribuição das linhas do campo magnético de tal forma que uma força magnética quase constante seja produzida. Isto é proporcional à corrente elétrica de entrada e quase constante durante todo o percurso da armadura.

Padrão detalhado das linhas do fluxo magnético na região do cone de controle.

A figura ilustra o padrão detalhado das linhas do fluxo magnético na área de ação das folgas e do cone de controle. A corrente que passa pelo enrolamento gera um fluxo de linhas magnéticas que em parte corre através da folga axial para a armadura. Devido à pequena resistência magnética, a maior parte das linhas magnéticas passa através da folga radial sendo desviada pelo CONE DE CONTROLE.

Solenóides proporcionais são utilizados para controlar pressão, fluxo e direção. 0 sinal de saída hidráulico é proporcional ao sinal de entrada elétrico.

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Com a válvula limitadora de pressão proporcional, as operações de alteração de pressão , podem ser ajustadas eletricamente.

Projeto: 0 dispositivo consiste em um cartucho que pode ser fixado (fig. 1) e inserido numa base especial (fig.2).

Montagem furo padrão A6 DIN 24340 - ISO 04401*

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0 método de operação corresponde àquele da válvula convencional limitadora de pressão pilotada. A haste do solenóide proporcional (1) atua no cone de vedação via mola (4). Com o assento de vedação forma-se o estágio de piloto. 0 solenóide proporcional que controla o movimento do cone produz a força de sustentação necessária para o estágio piloto via mola (4). Então a alteração da pressão é especificada pelo estágio piloto. Enquanto a pressão na entrada A não excede este valor, a mesma pressão existe em ambos os lados do pistão principal (ó) e os dois estágios estão fechados para mola (5) e pistão (ó), formando o estágio principal. Se a pressão que foi ajustada é excedida, a válvula de assento (2), (3) abre. 0 piloto de controle central fluindo via (Z) causa uma queda de pressão nos estreitamentos (7) e (8) abrindo o estágio principal. 0 estado de equilíbrio é encontrado quando a pressão em (A) atingir o valor preestabelecido. A mola (5) tem a função de manter um resíduo de pressão na entrada A quando o solenóide está desenergizado . Este valor é continuamente somado a pressão de controle especificada. Observação: A canalização (Z) para o fluxo de retorno do piloto central deve estar sempre conectada ao tanque.

CURVA CARACTERÍSTICACURVA CARACTERÍSTICA
CORRENTE – PRESSÃOFLUXO - PRESSÃO

pressão máxima: 16000KPa (1600bar/2320psi) pressão ajustada a 700 mA:6000 KPa (60bar/850psi) tensão nominal:24V corrente nominal:700 mA resistência nominal 200C/600C:24/30 Ohm

Hidráulica Proporcional histerese (com Dither):2 a 4% I nominal resposta de sensibilidade:< 1% I nominal reprodutibilidade:melhor que 15% P nominal filtragem:20 micro metro absoluto variação da viscosidade:16 a 85mm2/s (CST) VÁLVULA PROPORCIONAL DE CONTROLE DIRECIONAL 4/3 VIAS

A válvula proporcional 4/3 vias é um dispositivo que influencia a direção e o número da relação de fluxo.

Projeto :

Funcionamento:

O carretel (a) é ativado diretamente pelo solenóide proporcional. Se não há corrente de controle no solenóide, o carretel é mantido na posição central pelas molas de reposição ( l ) e ( 3 ), com a ativação elétrica, o solenóide desenvolve uma força que é proporcional à corrente de controle. Por isso o carretel é movido contra a mola do solenóide oposto até que o equilíbrio entre a forca magnética e a forca da mola seja observado. O movimento do carretel causa modificação na secção de fluxo, modificando a relação de fluxo.

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