Расширение автоматизации делает необходимым управление такими параметрами гидросистем, как давление, расход и направление потока рабочей жидкости, с помощью средств электроники. Наилучшим интерфейсом между гидравлическими исполнительными механизмами и электронной системой управления являются пропорциональные клапаны. Для лучшей демонстрации преимуществ пропорциональной гидравлики можно сравнить три варианта гидропривода для токарного станка.

Рисунок 9.1 – Гидравлический пропорциональный привод

Принципиальная схема гидропривода подачи с ручным управлением (рис. 9.2 ). Давление и подачу насоса следует выставить при пуске системы в эксплуатацию. Для этого предохранительный клапан и дроссель должны иметь рукоятки настройки.

Расход и направление потока можно изменять при ручном воздействии на распределитель. Ни один из клапанов этой системы не имеет электрического управления, поэтому автоматизировать такой привод невозможно.

Рисунок 9.2 – Схема гидропривода подачи с ручным управлением

Принципиальная схема гидропривода подачи с электрическим управлением (рис.9.3). В случае электрогидравлической системы, распределитель имеет электрическое управление от дискретных электромагнитов. Такую систему можно автоматизировать, связав магниты распределителя с контроллером или другой электрической системой управления.

Но электрическая система управления не сможет влиять на значения давления и расхода. Если эти параметры потребуется изменить, работу станка придется остановить. Только после этого вручную можно настроить дроссель или предохранительный клапан.

Рисунок 9.3 – Схема гидропривода подачи с электрическим управлением

Принципиальная схема гидропривода подачи с пропорциональными клапанами (рис.9.4). Особенности этой схемы состоят в следующем:

Пропорциональный распределитель управляется электрическим сигналом, который изменяет величину расхода и направление потока рабочей жидкости, а скорость перемещения исполнительного органа изменяется за счет изменения расхода;

Второй сигнал управления воздействует на пропорциональный предохранительный клапан. Этим сигналом можно постоянно настраивать нужное давление.

Пропорциональный распределитель выполняется функцию регулировки расхода и распределителя. Пропорциональные клапаны управляются электрическими сигналами, поэтому, не прерывая работу станка, можно: с помощью пропорционального предохранительного клапана использовать более низкий уровень давления в режимах уменьшенной нагрузки (например, остановка подачи), что позволяет экономить энергию, осуществлять плавный старт и торможение каретки подачи с помощью пропорционального распределителя.

Все настройки пропорциональных клапанов осуществляются автоматически, т. е. без вмешательства оператора.

Рисунок 9.4 – Схема гидропривода подачи с пропорциональными клапанами

Поток сигналов и элементы пропорциональной гидравлики. Электрический входной сигнал в виде напряжения 0…±9-10в или тока 4…20мА преобразовывается в электронным усилителем в соответствии с величиной напряжения в электрический ток (рис. 9.5). Пропорционально такому электрическому току посредством регулируемого электромагнита создается сила, которая вызывает перемещение рабочего элемента, что в свою очередь приводит к изменению объемного расхода или давления на устройстве. Это изменение происходит пропорционально входному электрическому сигналу

Рисунок 9.5 – Поток сигналов и элементы пропорциональной гидравлики

Регулируемые электромагниты являются связующим звеном между электроникой и гидравликой. Пропорционально электрическому току (входной величине), они создают силу и перемещение (выходную величину) на рабочем органе.(рис.9.6)

Рисунок 9.6 – Конструкция пропорционального электромагнита

В зависимости от конструкции гидроаппарата для его управления используются один или два пропорциональных электромагнита.

Пропорциональный электромагнит разработан на основе дискретного электромагнита, который применяется в дискретных аппаратах электрогидравлики. Электрический ток, протекая по обмотке, создает электромагнитное поле. Это поле создает усилие, направленное по оси подвижного якоря, и может быть использовано для перемещения рабочего органа клапана.

Как и в дискретном электромагните, якорь, сердечник и корпус выполнены из легко намагничивающегося мягкого материала. Отличается пропорциональный электромагнит наличием управляющего конуса из немагнитного материала, который изменяет форму линий магнитного поля.

При правильном выборе размеров частей из мягкого магнитного железа и управляющего конуса, характеристика пропорционального электромагнита имеет примерно следующий вид, показанный на рисунке:

Усилие на якоре увеличивается пропорционально силе тока, то есть увеличение силы тока вдвое приводит к двойному увеличению усилия.

Усилие не зависит от положения якоря в пределах рабочей зоны, которая обычно составляет около 2 мм.

Рисунок 9.7 - Характеристика пропорционального электромагнита

В пропорциональном клапане усилие электромагнита действует против усилия пружины, которое стремится вернуть рабочий орган клапана на исходную позиции (рис. 9.8а). Характеристика пружины накладывается на характеристику магнита. Чем дальше вправо уходит якорь, тем больше сила пружины.

Рисунок 9.8 – Принцип действия пропорционального электромагнита

При небольшом токе сила F электромагнита уменьшается, и пружина, соответственно, почти отпущена (рис. 9.8, а, в);

Усилие на якоре возрастает при увеличении тока. Якорь перемещается вправо и сжимает пружину (рис. 9.8,б, д).

Срабатывание клапанов давления, дроссельных клапанов и распределителей. В клапанах давления пружина располагается между пропорциональным электромагнитом и клапанным затвором (рис.9.10).

Рисунок 9.9 – Схема клапана давления

При небольшом электрическом токе, протекающем через электромагнит, пружина лишь слегка сжата, и затвор откры­вается даже при небольшом давлении. С ростом электрического тока усилие на якоре электромагнита растет. Он смещается вправо и усилие затяжки пружины увеличивается. Теперь давление, при котором затвор может открыться, будет больше - в пропорции к усилию пружины и силы электрического тока.

В дроссельных клапанах (регуляторах расхода) и распредели­телях золотник расположен между пружиной и пропорциональным электромагнитом (рис. 9.10).

Рисунок 9.10 – Схема дроссельного клапана

При небольшой силе тока пружина слегка сжата, золотник находится в крайнем левом положении, проход жидкости за­крыт. С ростом электрического тока на электромагните золотник смещается вправо, клапан открывается, расход жидкости увеличивается.

На характеристики пропорционального клапана отрицательно влияют намагничивание, трение и усилия, возникающие при обтекании рабочего органа жидкостью. Это приводит к тому, что положение якоря не бывает точно пропорционально про­текающему по магниту току.

Значительное улучшение точности позиционирования якоря можно получить, если управление производить по замкнутому контуру с обратной связью (см. рис. 9.11).

Рисунок 9.11 – Схема пропорционального клапана

Пропорциональный магнит и датчик положения образуют блок, встроенный в клапан.

Выделяют различные типы пропорциональных клапанов (табл. 9.1)

Таблица 9.1 – Типы пропорциональных клапанов

Соотношение между входным сигналом (электрический ток) и выходными сигналами (давление, степень открытия, направление потока или расход) можно представить в графической форме:

По оси X указывается входной сигнал;

По оси Y указывается выходной сигнал.

В случае строго пропорционального поведения клапана характеристика имеет вид прямой, т.е. является линейной (см. рис 9.12).

Рисунок 9.12 – Характеристики пропорциональных клапанов

Во многих случаях от пропорциональных клапанов требуется не только точно следовать изменениям входного электрического сигнала, но и делать это быстро. Быстрота реакции пропорционального клапана характеризуется двумя параметрами:

1. Временем срабатывания, т. е. временем, которое необходимо клапану, чтобы внести в выходной параметр изменение, соответствующее входному сигналу. Для быстродействующих клапанов это время невели­ко.

2. Частотой пропускания сигналов, которая показывает на сколько изменений сигнала в секунду данный клапан способен отреагировать.

Время срабатывания пропорционального клапана определяется следующим образом:

Сигнал управление изменяется пошагово;

Измеряется время, требуемое клапану для достижения соот­ветствующего этому изменению значения выходного пара­метра.

Чем больше изменение входного сигнала, тем больше время срабатывания. Более того, многие клапаны имеют разное время срабатывания на положительное и отрицательное изменение сигнала, даже если эти изменения равного значения.
Время срабатывания пропорциональных клапанов лежит в диапазоне от примерно 10 мс (быстродействующие клапаны, небольшие изменения входного сигнала) до примерно 100 мс (медленные клапаны, большие изменения входного сигнала).

Сигнал на пропорциональный магнит посылается электронной системой управления рис. 9.13. Порядок прохождения сигнала показан на рисунке. Следует различать две функции:

1) Задание уставок.

Значение входной переменной (уставки) задается электронным путем. Сигнал управления подается на выход блока в виде напряжения. Поскольку ток при этом слишком мал, управлять пропорциональным магнитом с помощью этого сигнала нельзя.

2) Усиление сигнала.

Электронный усилитель преобразует напряжение в электрический ток, сила которого оказывается достаточной для того, чтобы привести в действие клапан.

Рисунок 9.13 – Схема преобразования в электронном усилителе

Блок формирования входных сигналов (уставок) и усилитель могут конструктивно выполняться в виде различных электронных блоков:

1. Используется система управления (контроллер), способная выдавать только дискретные (двоичные) выходные сигналы. Блок формирования уставок и усилитель представляют собой отдельные модули (рис. 9.14, а).

2. Используется система управления, имеющая аналоговые выходные сигналы. Для задания установок отдельный блок не требуется (рис. 9.14, б).

3. Чаще всего используется смешанный вариант. Если система управления может выдавать только заданные значения напряжения, то дополнительные функции, встроены в усилитель (рис. 9.14, в)

Рисунок 9.14 – Варианты схем модулей

Усилители для пропорциональных магнитов выпускаются в двух конструктивных исполнениях:

Встроенными в клапан (интегрированная электроника);

В виде отдельного модуля.

Три основных функции усилителя выполняются последовательно, как показано на рис.9.15:

Корректировка сигнала;

Широтно-импульсная модуляция сигнала или ШИМ (для преобразования сигнала);

Усиление (для получения сигнала нужной мощности).

Рисунок 9.15 – Клапан с пропорциональными магнитами, без контроля положения якоря

В клапанах с пропорциональными магнитами, имеющими контроль положения, в усилитель также встроены приемник сигнала с датчика положения и система управления по замкнутому контуру (рис. 9.16). Для этого требуются дополнительные блоки:

а) источник напряжения для питания индуктивной измерительной системы (датчика положения);

б) демодулятор (для преобразования сигнала напряжения от измерительной системы);

в) контроллер замкнутой системы управления, который сравнивает заданное значение положения якоря с текущим, в результате выдавая входной сигнал для широтно-импульсной модуляции.

Рисунок 9.16 – Клапан с пропорциональными магнитами, имеющие контроль положения

Области применения пропорциональных клапанов определяются:

Предельным давлением, которое может выдержать корпус;

Максимально допустимым усилием, возникающим на золотнике при обтекании его жидкостью.

Если сила, возникающая на золотнике при обтекании его жидкостью, становится слишком большой, пропорциональный магнит уже не сможет удерживать золотник в нужном положении. В результате положение золотника окажется неопределенным. Предельные параметры при использовании пропорциональных клапанов указываются производителем или в виде цифровых значений давления и расхода или в виде диаграмм.

Гидрораспределители релейного управления (типа «включено-выключено») при движении золотника практически весь поток рабочей жидкости сразу же направляют в гидродвигатель, который немедленно набирает максимальную скорость.

При возврате золотника в нейтральное положение поток жидкости в гидродвигатель (гидроцилиндр) резко перекрывается. В результате в начале движения и остановки исполнительного механизма возникают гидравлические удары, значительные скачки давления, негативно влияющие на работу гидросистемы.

При пропорциональном управлении движение золотника обеспечивает плавное и точное регулирование величины потока, поступающего в гидродвигатель.

Это дает возможность изменять скорость гидродвигателя в широком диапазоне – от нуля до максимума. Давление также меняется плавно, без существенных скачков. Работа гидросистемы заметно улучшается, долговечность ее возрастает.

Пропорциональное управление увеличивает степень безопасности системы, снижает величину внутренних утечек, улучшает работу всех компонентов гидропривода, повышает точность и удобство управления машиной в эксплуатации.

Пропорциональный гидрораспределитель с электроуправлением

Пропорциональное управление базируется на простых процессах. Золотник имеет высокоточные прорези на рабочих кромках, как это показано на рисунке 1. Фактически они играют роль дросселей, поэтому такие золотники называются дросселирующими.

Рис. 1. Пропорциональный распределитель и его золотник с высокоточными прорезями

Движение дросселирующего золотника осуществляется внешней силой (в данном примере силой пропорционального электромагнита).

При постепенном движении дросселирующего золотника пропорционально меняется площадь рабочих окон между его прорезями и расточками в корпусе, что позволяет управлять расходом.

Контролируемая часть расхода поступает в гидродвигатель (гидроцилиндр), а остаток жидкости сливается в гидробак. В пропорциональных гидравлических распределителях с закрытым центром остаток рабочей жидкости поступает в гидробак под давлением, превышающим открытие предохранительного клапана.

Здесь используется принцип регулирования потока рабочей жидкости с дросселем, установленным на входе в гидродвигатель, и предохранительным клапаном.

В пропорциональных гидрораспределителях с открытым центром остаток рабочей жидкости поступает в гидробак при невысоком давлении. В них применяется принцип регулирования потока рабочей жидкости с дросселем, установленным параллельно гидродвигателю.

Рис. 2. Гидросхема с гидрораспределителем, представленным в виде дросселей

1 – дроссельное окно распределителя нагнетающей магистрали; 2 – дроссельное окно гидрораспределителя сливной магистрали; 3 – дроссельное окно гидравлического распределителя параллельной магистрали

Предохранительный клапан при этом закрыт. Схема такого управления потоком представлена на рис. 2. Здесь пропорциональный гидрораспределитель с открытым центром представлен в виде дросселей.

При движении дросселирующего золотника из нейтрального положения в сторону его открытия площадь рабочих окон в линии нагнетания и слива (позиции 1 и 2, рис. 2) увеличивается, а в параллельной линии (позиция 3, рис. 2) – уменьшается. Регулирование потока этим способом более экономично по сравнению с использованием управления дросселем с предохранительным клапаном.

Это происходит потому, что часть рабочей жидкости, поступающей на слив через дроссель в параллельной линии, переводит в тепло значительно меньше энергии потока, чем при прохождении сквозь предохранительный клапан.

Таким способом регулирования обеспечивается требуемое ускоренное, равномерное или замедленное движения гидродвигателя. Гидравлические удары практически исключаются.

Рис. 3. Графики изменения расхода при релейном и пропорциональном регулировании

1 – изменение расхода при релейном управлении; 2 – изменение расхода при пропорциональном управлении.

Различная форма и размер дросселирующих прорезей в золотнике обеспечивают требуемые характеристики расхода рабочей жидкости.

На приведенных графиках (рис. 3) показано изменение расхода, направляемого в гидродвигатель, в зависимости от перемещения золотника гидравлического распределителя при релейном и пропорциональном управлении.

Эти характеристики идеальные. Здесь принято, что площадь открытия дросселирующих окон гидрораспределителя при движении золотника меняется линейно.

Изменение расхода при перемещении золотника в гидрораспределителях

В релейных гидрораспределителях управление расходом затруднено. Оно происходит в узком диапазоне, который оператору сложно уловить. При небольшом перемещении золотника весь расход от насоса направляется в гидродвигатель (кривая 1).

При дальнейшем его перемещении изменения скорости гидродвигателя не происходит. В пропорциональных гидрораспределителях перемещение дросселирующего золотника постепенно открывает площадь проходного сечения.

Расход меняется плавно (кривая 2). Диапазон регулирования очень широкий. Оператор легко адаптируется к нему. И только в конце хода дросселирующего золотника площадь проходного сечения открывается полностью и весь расход насоса поступает в гидродвигатель.

Следует отметить, что от геометрической формы высокоточных прорезей дросселирующего золотника зависит конфигурация регулировочной характеристики пропорционального гидрораспределителя, а следовательно, и закон регулирования скорости гидродвигателя.

На рис. 4 показаны два золотника пропорционального гидрораспределителя. У одного из них выполнены треугольные дросселирующие прорези, а у другого – полукруглые.

Рис. 4. Конфигурация регулировочных характеристик в зависимости от геометрической формы прорезей золотника

В обоих случаях площадь открытия дросселирующих окон меняется нелинейно, но в разных пропорциях. Поэтому, как видно из графиков, при перемещении золотника характер изменения расхода, направляемого в гидродвигатель, различный.

Различной будет и скорость гидродвигателя. Таким образом, для конкретного типа машины подбором геометрической формы высокоточных прорезей можно реализовать требуемый закон изменения расхода рабочей жидкости.

В спецтехнике управление дросселирующим золотником в пропорциональных гидрораспределителях осуществляется следующими способами:

Механическим рычагом, в том числе тросиком дистанционного управления;

Гидравлическим пропорциональным джойстиком (гидравлическое сервоуправление);

Электрогидравлическими системами.

Каждый способ управления дросселирующим золотником в пропорциональном гидрораспределителе имеет свои особенности. Они диктуются прежде всего соответствующей сферой применения.

Модуль управления пропорциональным клапаном гидравлической системы.
Этот модуль был специально разработан мною, для восстановления работоспособности техники, после отказа работы электроники ЭБУ (Электронного Блока Управления), и по какой-то причине невозможно его восстановить. ЭБУ отвечало за разные решения по безопасности, и плавности управления пропорциональными клапанами гидравлической системы, плавного старта - рабочий режим - плавная остановка. Если вы попытаетесь управлять пропорциональным клапаном напрямую, просто подав питание на электромагнитную катушку, то клапан откроется сразу, и появится мощное "дёргание", при старте - и при остановке. Что-бы устранить проблему поможет этот модуль. Модуль самостоятельный, и не нуждается в ЭБУ. То-есть с помощью таких модулей вы решаете проблему плавного старта - рабочего режима - плавной остановки, и фактически можете отказаться от ЭБУ. Управлять модулем можно: Тумблерами, кнопками, аналоговыми джойстиками, радио управлением, просто подав плюс питания на модуль как управляющий сигнал. Модуль управляет пропорциональным клапаном при помощи ШИМ. Принципы работы ШИМ и пропорциональным клапаном описываю ниже:
Принцип работы пропорционального электромагнитного клапана (Рисунок 1).
В этом устройстве (рис. 1) в отличие от дискретных электромагнитов постоянного тока предусмотрена конусная вставка 1 из немагнитного материала, изменяющая форму линий магнитного поля. В результате управляющий ток в катушке 2 создает электромагнитное поле, вызывающее продольное смещение ферромагнитного якоря 3 с силой, пропорциональной силе тока. Якорь взаимодействует с подпружиненным запорно-регулирующим элементом гидроаппарата (золотником, конусом предохранительного клапана, втулкой дросселя), причем наложение линейной характеристики пружины на силовую характеристику магнита показывает, что осевое смещение (ход) якоря пропорционально току управления. Управление пропорциональным электромагнитным клапаном производится с помощью электронной схемой управления с ШИМ сигналом,и достигается за счет широтно-импульсной модуляции.
Принцип регулирования мощности в нагрузке с помощью ШИМ.
Широтно-Импульсная Модуляция - это способ кодирования аналогового сигнала путём изменения ширины (длительности) прямоугольных импульсов несущей частоты. На Рис. 2 представлены типичные графики ШИМ сигнала при разной скважности.
Описание модуля.
Модуль подключается согласно выставленной схемы. Модуль управляется путём подачи плюса питания (+12V, +24V). После подключения модуля его надо отрегулировать под вашу гидравлическую систему. У модуля есть три канала AЦП (аналого-цифровой преобразователь, далее АЦП). В чем заключается принцип работы АЦП микроконтроллера? Аналого-цифровые преобразователи являются приборами, которые физическую величину превращают в соответствующее числовое представление. То-есть при помощи изменения сопротивления трех резисторов, превращают физическую величину в соответствующее числовое представление. Каждый канал АЦП отвечает за свой параметр:
Первый канал АЦП - отвечает за плавность старта. от 2 секунд - до 8 секунд. то-есть полная скорость развивается плавно автоматически,за время выставленное этим параметром.
Второй канал АЦП - отвечает за максимальную скорость рабочего режима. И можно отрегулировать их в пределах: от 0% - до 100%. Но ускорение что мы задали первым каналом возможна только до скорости выставленной в этом канале.
Третий канал АЦП - отвечает за плавную остановку. И может быть отрегулирован в пределах: от 1 секунды - до 3 секунд.
Все регулировки делаются путём прокручивания отвёрткой винтиков много-оборотистых резисторов для точной настройки параметров. Прокручивание по часовой стрелки - увеличивает параметр, прокручивание против часовой стрелки - уменьшает параметр. После настройки трёх параметров АЦП, модуль готов к работе. На каждый пропорциональный клапан нужен один такой модуль. Клапан нужен именно пропорциональный (ну это и так понятно), ведь обычный электроклапан имеет только два состояния: Открытый и закрытый. Модуль имеет защиту от переплюсовки, неправильной подачи питания. Полевик на плате установлен в таком положении, чтобы при необходимости можно было установить на радиатор для охлаждения (я думаю в этом не будет необходимости).
Технические характеристики:
Рабочее напряжение: от 12V - до24V
Выход: 1
49А
АЦП каналов: 3
1 АЦП Старт: 2 - 8 секунд
2 АЦП Мах. Уровень: 0% - 100%
3 АЦП Стоп: 1 - 3 секунды
Частота ШИМ: 300Hz
ШИМ: Программный
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм: 40х30х15
Код товара (артикул): UPK

Пропорциональный электромагнитный клапан имеет предназначение непрерывно регулирующего устройства, расхода жидкости или газа при регулировке уровня входного сигнала. Пропорциональный клапан нормально закрытый. Для того чтобы поток жидкости или газа через клапан регулировался в пределах 0 - 100%, необходимо дополнительно устанавливать управляющее устройство, в противном случае вовремя работы клапан открыт или закрыт.

Пропорциональное действие

Большинство клапанов для управления потоком работают на основе включения/выключения. Они либо полностью открыты, либо закрыты. Меняя электрический ток на входе пропорционального клапана, поток жидкости через клапан может быть непрерывен и плавно регулироваться в пределах от 0 до 100%, от максимального номинального расхода.

Конструкция

Для того чтобы получить клапан пропорционального действия, необходимо изменить конструкция электромагнита.

Принцип работы

Регулировка расхода зависит от открытия клапана (смещения или удара ядра внутри основной трубы). В пропорциональных электромагнитных клапанах магнитное поле прямо пропорционально, току, протекающему через катушку. Регулировка спускного винта, повышая либо понижая усилия воздействия на пружину, позволяет правильно настроить клапан, чтобы подстроить его под производственные допуски и производят одинаковые характеристики потока.

Пропорциональный электромагнитный клапан функционирует за счет силы, создаваемой электромагнитной катушкой; при прохождении тока через нее, увеличивает обратная сила воздействия на поршень, которая создается сжатой пружиной находящейся над соленоидом. При маленьком токе, проходящем через катушку, на поршень оказывается не достаточная сила для его поднятия в следствии чего клапан остается закрытым. При увеличении силы тока, повышается напряженность магнитного поля внутри соленоида, что приводит к поднятию поршня. В зависимости от жесткости обратной пружины рассчитывается напряженность магнитного поля и ток в соленоиде, необходимые для корректной работы пропорционального клапана. Для увеличения или снижения силы воздействия обратной пружины используется регулирующий винт. Когда сила, создаваемая магнитным полем, уравновешивается силой, разжимания обратной пружины клапан находится в открытом состоянии. Данные регулировки позволяют настроить пропорциональные клапаны под необходимые производственные допуски предприятия.

Параметры пропорциональных клапанов

Функция	ΔP max, бар	Температура, о С		Dy	Серия, PDF файл
		min	max
Латунный корпус
2/2 НЗ	0...12	0	+60	М5
2/2 НЗ	0...8	0	+50	1/8
2/2 НЗ	0... 16	-10	+90	1/4
2/2 НЗ	0... 4	-10	+90	3/8
2/2 НЗ	0,3... 10	-10	+90	3/8...1/2
2/2 НЗ	-0,9... 10	-5	+90	3/4
Корпус из нержавеющей стали
2/2 НЗ	0... 8	0	+50	1/8
2/2 НЗ	0... 16	-10	+90	1/4...3/8
2/2 НЗ	0... 16	-10	+180	1/2...2 1/2	Е290
Бронзовый корпус
2/2 НЗ 3/2 НЗ	0... 16	-10	+180	1/2...2 1/2	Е290
Пластиковый корпус
2/2 НЗ - НО	0... 4-8	0	+60	Опорная плита
FLOWTRONIC D
2/2 НЗ - НО	4... 8	0	+60	1/2...1/4...3/8

Устройства для управления пропорциональными клапанами

Электропитание

Регулируя ток соленоида, пропорциональный клапан, можно открывать и закрывать практически бесконечное количество раз. Регулировать ток можно регулировкой напряжения на соленоиде.

Напряжение на катушке может изменяться 2-мя способами:
- широтно-импульсной модуляцией;
- подачей постоянного напряжения 0-24 В.

Так как сопротивление обмоток катушки зависит от температуры окружающей среды, то в целях поддержания клапана в определенной позиции ток в катушке необходимо поддерживать в пределах 100 – 500 мА.

Время отклика

Пропорциональный клапан имеют время отклика, которое составляет порядка миллисекунд. Это означает, что он очень быстрое реагирует на любое изменение на электрическом входе. Динамическое время отклика позволяет судить о динамических характеристик пропорционального электромагнитного клапана. Динамическое время отклика указывает на промежуток времени между моментом шаг в электрический вход и время, когда ядро достигло своего нового положения. Для пропорциональных электромагнитных клапанов это время, как правило, составляет 25-60 мс.

Характеристики регулировки потока

Производительность клапана можно оценить из его свойств, представленных ниже.

Линейность. Кривые расхода обычно показывают кривизну на обоих концах, снизу и сверху, между которыми есть линейная рабочая часть кривой. Нелинейность является степень, в которой фактическая кривая потока отклоняется от идеальной прямой линии (выражается в процентах на определенном линейном участке кривой).

Гистерезис. Это различие в скорости потока при той же величине тока на входе, эта зависимость находится снизу, т.е. увеличивается потребление электроэнергии, или сверху, то есть снижается потребление электроэнергии. Гистерезис выражается в процентах от максимальной скорости потока.

Начальный ток. Потребляемой электроэнергией необходимо вызвать проточность пропорционального клапана, существенно отличающуюся от ноля. Порог данной величины выражается в процентах от максимального входного тока.

Чувствительность. Величина входного тока, необходимого для получения заметного перемещения поршня клапана. Чувствительность выражается в процентах от максимального входного тока.

Обратная чувствительность. Изменение входного тока необходимого для получения заметного изменения скорости потока, при управлении поршнем клапана из неподвижного положения в направлении, противоположном первоначальному направлению движения поршня. Обратная чувствительность выражается в процентах от максимального значения водного тока.

Упомянутые выше характеристик регулировки потока тесно связаны между собой и обусловлены рядом факторов расположенных ниже в порядке важности:
- электромагнитное преобразование сигнала (электромагнитный гистерезис);
- трение между движущимися и статическими компонентами клапана;
- механическое взаимодействие между ядром и седло клапана;
- изменение перепада давления на клапане.

Повторяемость. Разброс скорости потока называется повторяемость.

Электронное управление

Электронный блок управления ASCO обеспечивает удобный способ контроля над положением клапана и потоком в трубопроводе. Он принимает все стандартные сигналы управления от датчиков, используемых в современных системах управления. Напряжение питания катушки регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции. Важной встроенной функцией является функция, поддерживающая постоянный ток через катушку (на уровне управляющего сигнала), независимо от изменения сопротивления обмотки или изменения напряжения питания.

Широтно-импульсный управляющий сигнал определяется либо напряжением, либо током.

Могут использоваться такие сигналы управления:
- 0 - 10 В постоянного тока;
- 4 - 20 мА;
- 0 - 20 мА.

Использование клапанов давления с пропорциональным управлением позволяет при необходимости непрерывно регулировать давление в различных линиях гидросистемы посредством электрического сигнала.

Рис. 8.6. Предохранительный клапан прямого действия с пропорциональным управлением

Принципы действия клапанов давления с пропорциональным управлением аналогичны принципам, заложенным в основу работы рассмотренных выше клапанов с ручной настройкой, с той разницей, что сжатие настроечных пружин в них осуществляется посредством пропорциональных магнитов, а не посредством вращения регулировочных винтов.

В некоторых конструкциях настроечные пружины отсутствуют, а требуемое усилие на ЗРЭ клапана передается непосредственно от пропорционального магнита (рис. 8.6).

В клапанах давления непрямого действия пропорциональные магниты управляют ЗРЭ клапанов первого каскада (рис. 8.7).

Давление в контролируемой гидролинии А определяется давлением настройки клапана первого каскада 1 давление срабатывания которого задается входным электрическим сигналом на пропорциональный магнит.

Рис. 8.7. Предохранительный клапан непрямого действия с пропорциональным управлением

Когда давление в линии А превышает заданный уровень, ЗРЭ пилотного клапана 1, поднимается с седла и часть жидкости из линии А через клапан первого каскада сливается в линию В. В пружинной полости основного ЗРЭ давление падает, усилие от создавшегося перепада давления поднимает его с седла - срабатывает клапан второго каскада 2. Жидкость перетекает из линии А в линию В, давление в линии А поддерживается на заданном уровне.

Иногда предохранительные клапаны непрямого действия с пропорциональным управлением дополнительно снабжают клапаном предельного давления 3, которые защищают гидросистему от превышения давления выше допустимого значения при сбое электронной системы управления.

Принцип действия трехлинейного редукционного клапана с пропорциональным управлением, (рис. 8.8). Данное конструктивное решение лежит в основе клапанов первого каскада гидравлических распределителей непрямого действия с пропорциональным управлением.

Рис. 8.8. Редукционный клапан прямого действия с пропорциональным управлением

При подаче электрического сигнала управления якорь 1 сдвигает втулку 2 на величину, пропорциональную величине управляющего сигнала. Через каналы, выполненные во втулке 2 жидкость из канала Р поступает в канал А. С ростом давления в канале А втулка 2 начинает смещаться в сторону магнита и при достижении заданного уровня давления, каналы Р и А разъединяются. Величина давления в канале А будет определяться силой, которую развивает пропорциональный магнит. Если давление в канале А начнет превышать заданное значение, дальнейшее смещение втулки 2 в сторону магнита приведет к соединению каналов А и Т и давление в канале А останется на заданном уровне.

8.2.2. Гидрораспределители

Являясь дросселирующими, гидрораспределители с пропорциональным управлением конструктивно похожи на дискретные распределители, но, в отличие от них, сочетают в себе две функции:

пуск, останов и изменение направления потока рабочей жидкости (обеспечиваются и дискретными распределителями);

управление расходом.

Рис. 8.9. 4/3-гидрораспредепитель прямого действия с пропорциональным управлением

Управление расходом посредством гидрораспределителей обеспечивается благодаря двум особенностям, которые отличают распределители с пропорциональным управлением от дискретных распределителей - возможность смещения золотника распределителя на величину пропорциональную величине управляющего электрического сигнала и плавное изменение площади их проходного сечения за счет выполнения на буртиках золотника проточек, спрофилированных особым образом.

Наличие проточек позволяет менять площадь проходного сечения прораспределителя во всем диапазоне, в то время как буртики золотника с положительным перекрытием остаются в контакте с кромками цилиндрических расточек в корпусе (рис, 8.9). Таким образом, во время работы гидрораспределителя осуществляется дросселирование потоков жидкости во всех каналах (Р - А, В - T , или Р - В, А - Т) .

Управляется гидрораспределитель следующим образом: если управляющий электрический сигнал в виде напряжения имеет отрицательное значение, ток поступает на магнит В, золотник смещается влево на величину пропорциональную силе тока и осуществляет коммутацию Р - А, В - Т. Если управляющее напряжение имеет положительное значение, ток поступает на магнит А (Р - В, А - Т). При отсутствии электрического сигнала управления золотник под действием центрирующих пружин устанавливается в нейтральную позицию (все каналы перекрыты).

В зависимости от требований, предъявляемых к конкретному приводу, применяют распределители с различными расходными характеристиками, вид которых определяется формой проточек на буртиках золотника (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Зависимость расходных характеристик распределителей от формы проточек

Так распределитель, на буртиках золотника которого выполнены проточки треугольной формы (рис. 8.10, а), имеет расходную характеристику в виде параболы, а золотник с прямоугольными проточкам на буртиках обеспечивает почти линейную расходную характеристику распределителя (рис. 8.10, б).

Как и в дискретных распределителях, прямое управление применяется для аппаратов с условным проходом до 10 мм. При больших значениях условных проходов применяют распределители с пилотным управлением (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Гидрораспределитель с пропорциональным пилотным управлением

Как правило, в качестве пилота применяют сдвоенные трехлинейные редукционные клапаны с пропорциональным управлением 1. В исходном положении, при отсутствии управляющих сигналов на пропорциональных магнитах пилотного клапана, обе пружинные полости основного распределителя 2 (распределителя второго каскада) связаны со сливом, его золотник 3 находится в нейтральной позиции под действием центрирующих пружин. При подаче управляющего электрического сигнала, например на магнит В пилотного клапана 1, давление в левой пружинной полости основного распределителя 2 возрастет до величины, пропорциональной сигналу управления и золотник 3 основного распределителя, сжимая правую центрирующую пружину, сместится на соответствующую величину вправо. Рабочая жидкость из канала Р начнет поступать в канал В с расходом соответствующим величине смещения золотника. Аналогичным образом происходит коммутация каналов Р и А при подаче управляющего сигнала на пропорциональный магнит А пилотного клапана. Для обеспечения точности управления распределителем 2 обратная связь организуется по положению золотника 3, позиция которого фиксируется датчиком положения 4.

От распределителей с пропорциональным управлением требуется не только точно следовать изменениям входного электрического сигнала, но и достаточно быстро реагировать на эти изменения. Быстрота реакции распределителя, равно как и других гидроаппаратов с пропорциональным управлением, характеризуется двумя параметрами: временем срабатывания и частотой пропускания,

Время срабатывания - время, за которое выходной параметр гидроаппарата примет значение соответствующее входному управляющему сигналу. Время срабатывания гидроаппаратов с пропорциональным управлением лежит в диапазоне от 10 до 100 мс.

Частота пропускания показывает на какое количество изменений (от нуля до максимального значения) входного сигнала в секунду гидроаппарат способен отреагировать. В среднем частота пропускания гидроаппаратов с пропорциональным управлением лежит в интервале от 5 до 100 Гц.