Elektronik, PLC ve Otomasyon sitelerimiz reklam ver
Reklam ver

Reklamlar

Oransal Valflerde Servo Hidrolik Karakteristlikler

ÖZET
Günümüzde oransal valflerin, kontrol teknolojisinin gelişmesiyle birlikte hidrolik sistemlerde kullanım oranları oldukça artmistır. Oransal valflerin geçtiğimiz yıllara kadar fiyatlarinin pahalı olması, karmasık elektronik devrelerle beslenmiş olmaları,kısıtlı tamir olanakları ve kirliliğe karsi duyarlı olmaları nedeniyle sıkça kullanılmadıkları bilinmektedir. Buna karşın gelişen teknoloji gün geçtikçe daha kaliteli, daha hızlı ve daha güvenilir malzemelerin kullanımlarını ihtiyaç haline gelmistir. Bu durumda tasarimi yapılan hidrolik devrelerde yüksek hassasiyette ve yüksek dinamik özelliklere sahip Oransal Valflerin kullanımları zorunlu ihtiyaç haline gelmistir. Bunun sonucu olarak ta üretici firmalar Oransal valf teknolojisinde ar-ge çalişmalarını hızlandırmış ve piyasalara son derece hassas ve servo valf karakteristiklerine yakin yeni nesil oransal valfleri çıkarmayı basarmışlardır.

GİRİŞ

Bildirimizde oransal valfler ve servo valfler ile yeni nesil servo karakteristikli oransal valflerin karsılastırılmaları, kirliliğe karsı hassasiyetinin nasil düsürüldüğü, geri besleme ve rejeneratif dizayn sayesinde silindirlerde düsük debilerde hatasız ve hassas hareket imkanlarının nasıl sağlandığı, ayni akım degerinde sürekli aynı akışın sağlanması, diğer oransal valflerden farklı olarak sinizodial sürgü sayesinde akım sinyallerine daha kısa tepki alanında ve lineere yakın bir eğri ile cevap verebilmeleri, geri besleme sistemindeki yeniliklerle daha hassas ve hızlı kontrolü, incelenecek ve kullanıcılara getirmiş olduğu kolaylıklar,faydalar gelişim uygulamalarıyla anlatılacaktır.
Günümüzde kullanılan standart oransal valflerin servo valflere göre statik ve dinamik karakteristikleri oldukça kötü özelliklere sahiptir. Bunun nedenleri, standart oransal valflerin yay kuvvetlerine karşı çalışmaları, bobin yapılarindan dolayı yataklamalardan kaynaklanan sürtünme kayıplarıdır.
Günümüzde kullanılan standart servo valflerin de oransal valflere göre dezavantajları vardır. Fiyatlarının oldukça pahalı olması, kirlililğe karsı aşırı duyarlı olmaları ve yüksek filtreleme sistem maliyetleri gibi.
Teknolojinin gereksinimleri ise daha robotik, daha güçlü, daha hassas, daha dinamik ve statik karakteristiklere sahip ve en önemlisi ucuz valflerin üretilebilip piyasaya sürülebilmesidir. Bu ihtiyaç doğrultusunda da oransal valf teknolojisi hergün yeni gelişmelere sahne olmakta ve servo valf özelliklerini sağlamaya başlamaktadır.

SERVO VE ORANSAL VALF KARAKTERISTIKLERI

Ana konumuz servo karakteristikli oransal valflere girmeden önce öncelikle servo ve oransalteknolojisinde valflerin statik ve dinamik karakteristiklerinin incelenmesi ve tanimlanmasi gerekir.

Statik Karakteristikler

Histeresis: Oransal veya servo bir valfin kontrolü için uygulanan giris sinyalinin degerininminimumdan maximuma veya maksimumdan minumuma degistirildiginde her iki pozisyonda da ayni çikis sinyalini saglamak için giris sinyalleri arasindaki maksimum fark olarak degerlendirilir. Valfin kendi içinde kapali çevrim kontrol edilmesi (feed back) histeresis hassasiyetini iyilestirir (Sekil 1).
Photobucket

Tasma(Overlap): Valf sürgüsündeki adacik boyunun valf gövdesi üzerindeki geçis kanalindan küçük olmasi negatif tasma, ayni olmasi sifir tasma, büyük olmasi pozitif tasma olarak adlandirilir.
Kapali çevrim oransal ve servo valflerde sifir tasma konum kontrol sistemi(feed back) için gerekli ön sarttir. Sifir tasma valf sürgüsünün son derece hassas bir sekilde imal edilmesini gerektirir (Sekil 2).
Photobucket

Pozitif tasma kontrol valfinde ölü bir giris sinyal ve hareket bölümüne neden olur. Hassasiyeti kötüdür (Sekil 3).
Photobucket

Negatif tasma sizinti yaginin artisina sebep olur. Negatif veya sifir tasma hassas bir imalat gerektirir ve valf dayanimi açisindan yüksek yag temizligi son derece önemlidir.
Negatif tasma sizinti yaginin artisina sebep olur. Negatif veya sifir tasma hassas bir imalat gerektirir ve valf dayanimi açisindan yüksek yag temizligi son derece önemlidir.
Photobucket


Dinamik Karakteristikler

Cevap Süresi: Valfin giris sinyal degismelerine karsilik hizli cevap verme kabiliyeti hakkinda bilgi verir. Kisaca harekete geçme veya intibak zamani olarak tanimlanir. Bir baska deyisle giristeki bir sinyal degismesine cevap vermesi için geçen süre olarak ifade edilir.

Frekans Cevabi: Servo veya oransal valflere sinüsodial bir giris sinyali uygulanmasi ve buna karsilik valften alinan sinüsodial çikis sinyal egrisi frekans arttikça faz kaymasi ve genlik sönümlenmesi oldugunu gösterir.

Photobucket

Bode diyagraminda faz degismesi 360 derecelik bir periyot için derece olarak verilir. Genlik sönümlemesi logaritmik olarak ifade edilir.
Frekans siniri, -90 derece faz gecikmesinin olustugu frekanstaki deger olarak tanimlanir. Bir diger tanimda -3dB deki genlik sönümleme degeridir. Her iki tanimda ayni frekans sinirinda sonuçlanir. -90 derece faz gecikmesi ve -3 dB genlik sönümlemesi yaklasik ayni frekansta olusur. Valf kontrol çevriminin lineer olmayisi nedeniyle frekans cevabi sinyal genliginin bir fonksiyonudur. Sistemin dinamik davranis açisindan en uygun bölge -3 dB karsilik gelen frekansa kadar olan bölgedir. Bu frekans genellikle kirilma frekansi veya sistem frekans araligini gösterir. Geri beslemeli denetim sistemlerinin kararliligi açisindan genlik oranindaki düsüs kadar bu faz gecikmesinin önemi de büyüktür. Faz gecikmesi ne kadar artarsa sistemin kararlilik açisindan denetimi o kadar zorlasir.
Photobucket


SERVO KARAKTERISTIKLI ORANSAL VALFLER

Teknolojik gelismelerin sonucunda oransal valflerden beklenen özelliklerde degismistir. Valf üreticisi firmalarin arge bölümleri de bu servo valf özelliklerine sahip oransal valfleri gelistirerek sektördeki yerlerini bir kat daha güçlendirme çabasindadirlar. Bu çabalarin sonucunda servo valf karakteristikli oransal valfler piyasadaki yerlerini etkili ve hizli bir sekilde almaya baslamislardir. Bu valflerin geçirgenlikleri servo valflerde oldugu gibi 70 bar basinç düsümündeki debi olarak tanimlanir. Karakteristik diyagramlari dogrusal olup bu durum sürgü kilifina özel geometrik geçis deligi açilarak saglanmaktadir. Ayrica, bu valflerde servo valflerde oldugu gibi çok küçük orifislere ve hareket mesafesine sahip plaka-lüle mekanizmasi yoktur. Bu nedenle de bu valflerin kirlilige karsi duyarliliklari düsüktür. Yag temizligi için 10 mikronluk bir filitreleme yeterli olacaktir. Dinamik basarimlari da servo valflerin seviyelerine çok yaklasmistir. Kullanim alanlari da servo valflerin kullanildigi hemen hemen her alanda kullanilabilir hale gelmistir. CNC takim tezgahlarinda, özel test tezgahlarinda, demir-çelik endüstrisinde, rüzgar türbinlerinde, kagit endüstrisinde, seramik endüstrisinde, gemilerde, kaldirma platformlarinda, hidrolik direksiyonlarda, sisirme ve ambalajlama makinalarinda, parizyon kontrol ünitelerinde servo karakteristikli valflerin kullanilmasi artik daha ekonomik hale gelmeye baslamistir.
Tabi ki oransal valflerdeki bu gelisim birden bire bu seviyelere ulasmamistir. Sürgü yapilarindaki, bobin yapilarindaki ve elektroniksel denetleme ve hata düzeltme mekanizmalari yavas gelistirilmis olup halen statik ve dinamik karakteristikleri için yeni teknolojiler üretilmeye çalisilmaktadir.
Oransal valflerde meydana gelen bu teknolojik gelismeler ve bu gelismelerin sagladigi avantajlar ve özellikler kisaca söyle siralanabilir.

Bobin Yapilarindaki Gelismeler

Pilot valf bölümündeki sürgü artik çok düsük hidrolik enerji kaybi ile direk olarak oransal bobinlerle sürülebilmektedir. Bu gelismeyle birlikte valfin kirlilige karsi hassasiyeti de oldukça düsürülmüstür (Sekil 7).

Photobucket

Dogrusal solenoidte sargiya uygulanan elektrik akimina karsilik olusan kuvvet merkezleme yayinin kuvveti ile dengelenerek valf sürgüsü akim girisine orantili biçimde konumlandirilmaya çalisilir
Yeni VCD(Voice Coil Drive) teknolojisi ile oransal kontrol valfleri, servo valfler gibi tahrik teknolojisinde çok hassas denetim özelliklerine ulasmistir. Standart oransal valflerdeki sabit solenoid tahrik yerine, VCD teknolojisi valf sürgüsüne(1) hareketi hareket edebilen bir bobin(2) kullanilarak verilir. Valf bobini sürgüye gövdesinden direk baglidir ve bobin sürgü tarafina sabit mantetik silindir (3) üzerinden gönderilir. (Sekil 8) Bobinin enerjilendirilmesi ile sürgü akis yönüne bagli olarak son derece hassas bir sekilde istenilen pozisyona getirilir. Asil gerçek pozisyon transdüser (LVDT) ile kapali devre elektronik kontrol sistemine geri gönderilir ve hata varsa sistem tarafindan düzeltilerek sürgü istenen pozisyona getirilir. Verilen sinyalin ulasmamasi ve güç kesintisi durumunda valf yay kuvveti vasitasiyla belirlenen pozisyona getirilir.

Photobucket

Bobinin çalismasi fizikte kullanilan sag el kurali ile kolayca açikalanabilir. Burada manyetik alan H, dikey kuvvetler F, elektrik yük akisida V ile gösterilmistir. Bobin hareketi, bobinin enerjilendirilmesi ile üst sargi veya alt sargida olusan düzleme dik yukari ve düzleme dik asagi manyetik alan ile birlikte olusan akimin yönüne göre magnet silindirini uyarmasiyla saglanir. Bunun sonucu valf yüksek güç yogunlugu olan çok kisa stroklu magnet silindirinin son derece hassas hareketi ile yüksek bir güç ve iyi bir dinamik karakteristik kazanmis olmaktadir (Sekil 9). Böylece standart oransal valflerdeki bobin yapisindan kaynaklanan problemler yine oransal bobin teknolojisi ile giderilmis olmaktadir.

Photobucket


Elektronik Kontrol Yapisindaki Gelismeler

Valf üzerinde kullanilan elektronik kart(Integrated on board) sayesinde, valf ile elektronik kabin arasindaki olabilecek kablolama hatalari önlenmistir. Ayni zamanda gövdedeki sürgünün yaylarla merkezlenmesi ile enerji kesilmesi durumunda ortaya çikabilecek hatalar ortadan kaldirilmistir. Direkt uyarili oransal valflerde sürgü pozisyonunun tespiti direk sürgüye bagli itici üzerinde ölçüm yapabilen transdüser (LVDT) sayesinde daha hassas olarak kontrol edilebilmektedir (Sekil 10). Pilot uyarili oransal valflerde Sürgü pozisyonunun tespiti (geri besleme) sürgüye temassiz transdüser LVDT sayesinde hassas olarak gerçeklestirilebilmektedir. Bu da valfin daha hassas çalismasini saglamaktadir. Bu durumda akim geri beslemeli elektronik kuvvetlendirici ile sürülen solenoidte olusan kuvvet veya hareket sargi direncindeki degisime ragmen sabit bir degerde tutulabilir (Sekil 10).

Photobucket

Sürgü pozisyonunun kontrol sinyali ile geri besleme transdüseri sinyalini karsilastiran kapali devre regülasyonlu kontrol devresine sahiptirler. Bunun sonucunda valfin sürgüsü herhangi istenen bir pozisyonda denetlenmis olur. Konum kontrollü valfin hassas oransal denetimde kullanilan elekteronik devre transdüser yoluyla algilanan sürgünün gerçek konumunu arzu edilen bir konum giris sinyali ile karsilastirir ve bir kapali devre geribeslemeli denetim yolu ile bu iki deger arasindaki farki hata isareti olarak belirler ve hatayi ortadan kaldiracak sekilde hareket eder. Geri besleme ve rejeneratif dizayn sayesinde 1:2 alan oranindaki diferansiyel silindirlerde düsük debilerde hatasiz ve hassas hareket imkani, 5 kontol kösesi ile de ayni akim degerinde sürekli ayni akisin saglanmasini saglarlar.

Photobucket


Gövde Yapisindaki Gelismeler

Sekillerde görüldügü gibi sürgü ile bobin herhangi bir yatak rulman baglantisi olmadan birbirlerine baglanmistir. Böylelikle yataklarda ve yaylarda olusabilecek ve direkt olarak valfin karakteristik özelliklerini bozacak sürtünme ve yaya karsi çalisma etkisi ortadan kaldirilmistir. Bunun sonucunda daha iyi bir kontrol ve histeresis özelligi kazanilmistir. Yine aktif dönüs yayi kullanilmayarak daha yüksek isletimli güç elde edilmistir. Ayrica, elektrik kesilmesi veya LVDT sinyalinin herhangi bir sebeple kapali devre elektronik sistemine ulasmamasi durumunda dengeleme yayi sürgüyü belirlenen konuma götürerek istenmeyen hareketleri emniyetli bir sekilde önleme görevi yapmaktadir.

Photobucket


Sürgü Yapisindaki Gelismeler

Merkez konumda sifir tasma özelligine sahip olduklarindan konumlar arasi kademesiz bir geçis söz konusudur. Dolayisi ile pozitif tasmadan olusan hareketsiz ölü bölge ortadan kaldirilmistir. Bu durumda akis - voltaj-akim karakteristik egrisinde ve kesit resimde de görüldügü gibi konum sifir tasmadir. Bu da egrinin 0 noktasindaki kesismeyi ifade eder (Sekil 12).
Photobucket

Sifir tasmanin saglanabilmesi için valf sürgüsü gövde içinde degil de hassas olarak konstrükte edilmis bir kovan içersinde hareket eder. Böylece daha hassas bir sifir tasma konumu elde edilmis olur.
Photobucket

Diger oransal valflerden farkli olarak sinüsodial sürgü sayesinde akim sinyallerine daha kisa tepki alaninda ve lineere yakin bir egri ile cevap verebilmektedirler (Sekil 14).

Photobucket

Sinüsoidal Sürgü kullanimi ile servo ve oransal valf teknolojisinin her ikisinin sundugu avantajlari ve fonksiyonlari gerçeklestirebilecek karakteristiklere sahiptirler. Sinüsoidal sekilli sürgü sayesinde tipik çeliskili ihtiyaçlar rahatlikla karsilanabilmektedir (Sekil 15).

Photobucket


Sürgünün geometrisinden dolayi, sin 0, sin 180 ve sin 360 noktalarinda valf sifir bindirme ile çalisirken diger noktalar sinüs egrisine göre degisken pozitif bindirmelerle çalismaktadir. Bu durum servo valfler ile karsilastirildiginda daha az sizinti kaybi ve diger sürgülü oransal valflere göre ise sifir bindirme noktalarindan dolayi yüksek dinamik özellikler sunar. Kisa stroklu hareketlerde bile sinis egrisi çekirdegindeki kesit artisi çok hizli olur. Dolayisiyla akis kontrol özellikleri daha hassaslasir. Sinüs egrisi formlari degisken tasarim sartlarina uygun olarak degistirilebilir.
Örnegin; kisa stroklu bir harekete çok kisa zamanda en az sizinti ile cevap verme süresi ihtiyaci gerçek ve en ideal sekilde karsilanabilmektedir. Sürgü köselerinin sahip oldugu sinizoidal egri sayesinde diger oransal valflerden daha az sizinti ve sifir bindirme alani içersindeki çok hassas debi kontrolünün yapilmasi rahatlikla saglanabilmektedir. Sinüsodial sürgünün çok kisa stroklu hareketinde bir sekilde degisimiyle kisa sürede cevap verebilme gibi yüksek hassasiyete sahiptirler (Sekil 16).

SONUÇ
Bildirimizde anlatildigi gibi, oransal valfler, bobin yapilarinda, elektronik kontrollerinde, gövde- konstrüksiyon yapilarinda ve sürgü yapilarinda ki teknolojik gelismelerle birlikte artik servo valflerin karakteristiklerini yakalamaya baslamistir. Oransal valf teknolojisinde gelinen son nokta;

Histeresis : 0,03- 0,05 H%

Valf Reaksiyon Süresi : 3,5 ms

Frekans : -3 Db @ 400 Hz (%5)


Photobucket


Sonuç olarak, elektrohidrolik sektöründe servo valfler hala yüksek olan statik ve dinamik karakteristiklerini korumaktadirlar. Ancak teknolojileri geregi bir çok dezavantajlari vardir ve bu dezavantajlar artik önemsenecek boyutlara ulasmistir. Servo valflerin sistem kirliligine karsi asiri duyarli olmalari, yapilarinin karmasik olmasi ve bunun sonucu olarak fiyatlarinin oldukça yüksek olmasi elektrohidrolik sektörünün oransal valf teknolojisinin üzerinde yogunlasmasina sebep olmustur. Bu konudaki firmalarda, artik yüksek dinamik ve statik özelliklere sahip, sistem kirliliginden daha az etkilenen, çok kisa cevap süreleri olan, daha basit yapidaki ve dogal olarak daha ekonomik servo karakteristikli oransal valfleri üretmeyi basarmislardir. Yukarida görüldügü gibi oransal teknolojisinde gelinen son nokta, servo valflerin özelliklerine son derece yakinlasmistir ve endüstriyel alanda bu gelismeler halen devam etmektedir.

KAYNAKLAR

[1] Hydraulic Maintenance Tecnology, Parker Hannifin Corp. , 1985
[2] Industrial Hydraulic Tecnology, Parker Hannifin Corp. , 1998
[3] Parker/Hydraulic Ring, Proportional-Technic
[4] Electrohydraulic Proportional Valves and Closed Loop Control Valves, Theory and Application- Bosch
[5] 1. Ulusal Hidrolik-Pnömatik Kongresi Bildiriler Kitabi, "Hidrolik Sistemlerde Oransal ve Servo Valfler" konulu bildiri
[6] 2. Ulusal Hidrolik-Pnömatik Kongresi Bildiriler Kitabi, "Elektrohidrolik Valflerin Gelisimi ve Karakteristiklerinin Incelenmesi" konulu bildiri

19.12.2012. 20:08


Yorumlar

Bu yazı için henüz yorum yapılmamış.

Yorum yazın

* = doldurulması zorunlu alanlar

:

:

:

:

:

:


3 plus 1 minus 2 =

ip : 54.82.209.152

Elektronik, PLC ve Otomasyon sitesi reklam ver
menu