Contrôle de la pression hydraulique

22-04-2021

Contrôle de la pression hydraulique

Le contrôle de la pression est réalisé dans les systèmes hydrauliques en mesurant le débit d'un fluide dans ou hors d'un volume contraint. Les soupapes de décharge et les détendeurs ne sont pas des régulateurs de pression. Ils limitent ou réduisent la pression, mais ils ne contrôlent pas vraiment la pression à une valeur souhaitée. Les réducteurs de pression ne peuvent réduire la pression que par un rapport défini. La pression de sortie est limitée par la pression d'entrée. Les soupapes de décharge limitent la pression uniquement à une valeur définie. Une autre limitation de ces types de dispositifs est qu'ils utilisent des ressorts et ne sont que des dispositifs à commande proportionnelle. Ils n'ont pas de contrôle de vitesse ni de capacité à modifier différentes pressions à la volée.

Les vannes PQ (contrôle de pression et de débit) peuvent réguler la pression ou le débit et parfois le débit avec une limite de pression. Ces vannes ont généralement des microprocesseurs ou des processeurs de signaux numériques qui ont un contrôleur PID complet à l'intérieur. Les vannes PQ conviennent à de nombreuses applications de contrôle de pression où il n'est pas nécessaire de changer la pression rapidement ou de contrôler une pression du système qui change rapidement. Le défi avec les vannes PQ est qu'elles utilisent un capteur de pression où le débit est élevé et turbulent.

De plus, lorsque l'huile s'écoule à haute vitesse, la pression détectée sera faible en raison du Effet Bernoulli. En supposant que la somme de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle et de l'énergie interne d'un fluide en mouvement reste constante, le Effet Bernoulli déclare qu'à mesure que la vitesse du fluide augmente, sa pression statique diminue. Par conséquent, dans les applications dynamiques, les capteurs de pression doivent être montés là où le débit de fluide n'est pas rapide ou turbulent.

Certains contrôleurs de mouvement hydrauliques peuvent également contrôler la pression, la force et la position. Ces contrôleurs ont l'avantage des diagnostics, des algorithmes de contrôle et de la capacité de coordonner plusieurs vannes à la fois. Ceci est nécessaire pour des applications telles que l'hydroformage, où la pression d'huile changera rapidement lorsqu'elle est comprimée ou décomprimée même un peu. Dans Ces types d'applications de contrôle de pression nécessitent une réponse rapide et la capacité de doser l'huile dans ou hors d'un volume d'huile comprimé. Explorons quelques exemples.

Tout est une question d'énergie

L'ajout de fluide à un volume fixe augmente la pression, tandis que le fait de laisser sortir le fluide diminue la pression. Il existe une idée fausse selon laquelle la pression est contrôlée par la courbe de gain de pression de la vanne. Cela n'est vrai que dans une application de test, où les capteurs de pression sont connectés directement au UNE et B ports de la vanne. Il n'y a pas de volume d'huile sous compression.

Une autre idée fausse est que «la pression est la résistance à l'écoulement». Il vaudrait mieux dire qu'un la résistance à l'écoulement entraînera une baisse de la pression. Encore un autre problème est que la pression est liée à l'énergie interne du fluide. Une résistance à l'écoulement n'ajoute pas d'énergie, mais elle dissipera l'énergie sous forme de chaleur. Une autre idée fausse encore largement répandue est que les pompes génèrent du débit et non de la pression. Les pompes convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique, puis en énergie hydraulique. Pour qu'un fluide ait de l'énergie, il doit être sous pression, avec une énergie potentielle due soit à l'élévation, soit à la vitesse. Une pompe ajoute de l'énergie à l'huile de l'une des trois manières décrites par l'équation de Bernoulli:

Hydraulic Cylinders

où P est la pression,

ρ est la densité,

v est la vitesse,

g est l'accélération due à la gravité, et

h est l'élévation.

Les trois termes impliquent l'énergie. Les termes de vitesse et de gravité ont un élément de densité qui en fait directement un terme de densité d'énergie. La pression a toujours des unités de psi, mais cela peut être converti en énergie en multipliant par un volume:

7 Ton Telescopic Cylinders

Maintenant, multipliez par un pouce cube:

Telescopic Trailer Cylinders

L'unité de livres force-pouce (lbF-in.) sont des unités d'énergie. Ces unités peuvent également être converties en BTU, ce qui est moins gênant pour nous.

Contrôle de la pression

La pression absolue n'est généralement pas connue avec précision. Ce qui peut être calculé, c'est le changement de pression. La formule de base pour calculer un changement de pression est:

Hydraulic Cylinders

où ΔP est le changement de pression,

β est le module de masse de l'huile,

ΔV est la variation du volume d'huile sous compression, et

V est le volume d'huile sous compression.

Prenons un exemple simple. Supposons un cylindre à une seule tige sans volume mort et que son piston se trouve à 10 pouces de l'extrémité du capuchon. Supposons que le module en vrac de l'huile est de 200 000 psi. De combien la pression augmentera-t-elle si le piston est poussé de 0,001 po (de 10,0 à 9,999 po) vers l'extrémité bouchée? La réponse est que la pression augmentera de 20.

Si le piston se déplace encore de 0,001 po plus près du capuchon d'extrémité, la pression augmentera encore de 20,002 psi, soit une augmentation totale de 40,002 psi. En effet, le volume d'huile est plus petit lorsque le piston est déplacé de 9,999 pouces à 9,998 pouces de l'extrémité du capuchon. Notez que la pression augmentera de plus en plus avec chaque incrément de 0,001 pouce. mouvement. Il est facile de calculer l'augmentation de la pression lorsque le piston comprime l'huile à l'aide d'Excel. Notez que la précision augmentera à mesure que les pas deviennent plus petits. L'équation exacte peut être dérivée en utilisant le calcul.

La pression ne change pas par étapes dans les systèmes réels. Les changements de pression dépendent du taux de changement de volume ou du débit d'entrée ou de sortie du volume d'huile sous compression. Cela peut être exprimé par l'équation différentielle suivante:

7 Ton Telescopic Cylinders

où dp / dT est le taux de changement de pression,

Q(t) est le débit entrant ou sortant du volume d'huile comprimé, et

V est le volume d'huile comprimé. Dans cet exemple, le volume ne change pas.

Il est facile de voir le débit entrant ou sortant du volume d'huile comprimé. Supposons maintenant que l'alésage du cylindre est de 4 pouces, que le piston est à 10 pouces de l'extrémité coiffée et que le débit dans le volume est de 0,1 pouce.3/seconde.

Telescopic Trailer Cylinders

De toute évidence, il faut très peu de débit pour augmenter la pression rapidement.

Le calcul de la force est encore plus simple:

Telescopic Trailer Cylinders

Autrement dit, 2 lb de force par milliseconde. L'équation du taux de changement de pression est multipliée par la surface du piston, ce qui annule le terme pour la surface dans le dénominateur.

La pression ou la force est normalement contrôlée lorsque le vérin ne bouge pas et à la même position à chaque fois. C'est le cas dans la plupart des applications de presse. Parfois, la pression ou la force doivent être contrôlées lors du déplacement, ce qui est une situation plus compliquée. Dans ce cas, le débit du côté poussant doit être égal à l'augmentation de volume créée par le piston mobile, et le débit sortant du côté opposé doit être égal à la vitesse à laquelle le volume diminue.

L'équation du taux de changement de pression dans un cylindre hydraulique en mouvement est:

7 Ton Telescopic Cylinders

Dans cette équation, le taux de changement de pression à l'extrémité du bouchon du cylindre est calculé. C'est fondamentalement la même équation que les précédentes, mais le numérateur a été élargi pour tenir compte du mouvement du piston. Au fur et à mesure que la tige de piston s'étend, la pression chutera à moins que le débit d'huile ne soit égal au changement de débit. Le dénominateur augmente également à mesure que la position augmente, ce qui entraîne une augmentation du volume de plafond.

Le taux de variation du côté tige du piston est similaire. Lorsque la vitesse est positive, la pression côté tige aura tendance à augmenter sauf si le débit sortant est égal au débit volumique diminué par le mouvement du piston:

Telescopic Trailer Cylinders

La pression des deux côtés du piston doit être contrôlée lors du contrôle de la force. La force est mesurée à l'aide d'une cellule de charge ou à l'aide de deux transducteurs de pression de chaque côté du piston. Si cette dernière méthode est utilisée, la pression sur l'extrémité du capuchon est multipliée par la surface du piston. La pression sur l'extrémité de la tige est multipliée par la surface du piston moins la surface de la tige et soustraite de la force du côté du capuchon pour obtenir la force nette.


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