Щодо використання цифрових гідравлічних клапанів у промисловості

Abstract

Розглянуто цифрові гідравлічні клапани, які є інноваційною альтернативою традиційним пропорційним аналоговим клапанам. Цифрова гідравліка використовує комбінацію простих, надійних і недорогих клапанів типу ON/OFF, що забезпечують високу точність управління потоком і тиском за допомогою програмованих логічних контролерів. Основна перевага таких систем полягає в зниженні енергоспоживання, оскільки вони усувають необхідність у постійній роботі насоса та не мають внутрішніх перетікань. Показано економічні переваги цифрових клапанів, включаючи зменшення початкових інвестицій завдяки їх нижчій вартості порівняно з пропорційними аналогами. Важливо, що у випадку виходу з ладу одного клапана, система залишається працездатною, оскільки відмова окремих елементів не має критичного впливу на загальну продуктивність. Особлива увага приділяється схемам кодування та методам керування, зокрема бінарному кодуванню та модуляції числа імпульсів. Бінарне кодування дозволяє значно підвищити точність регулювання при мінімальній кількості клапанів, а також забезпечує відмовостійкість системи. Використання паралельно з'єднаних клапанів, що мають широкий діапазон станів, дозволяє досягти точного керування потоками і тиском без необхідності перемикання після встановлення бажаних положень. Крім того, цифрові гідравлічні системи забезпечують високу швидкість реагування та точність керування, що робить їх ефективними для різних промислових застосувань. Подальші дослідження в цій галузі можуть призвести до впровадження нових технологічних рішень і розширення їх застосування у промисловості. Висвітлюються також технічні аспекти таких систем, зокрема широтно-імпульсна модуляція, яка є найбільш поширеним підходом до управління двоходовими клапанами. Широтно-імпульсна модуляція дозволяє досягти високої точності регулювання завдяки частотній модуляції, хоча низька частота перемикання може призвести до пульсації тиску, яку необхідно компенсувати за допомогою спеціального проєктування системи або демпферних пристроїв. Отже, цифрові гідравлічні клапани ьпредставляють собою перспективне рішення для підвищення ефективності та надійності гідравлічних систем у сучасній промисловості, з можливістю суттєвого зниження енергоспоживання та вартості експлуатації.

The article discusses digital hydraulic valves, which are an innovative alternative to traditional proportional analog valves. Digital hydraulics utilize a combination of simple, reliable, and inexpensive ON/OFF type valves, offering high precision in flow and pressure control through programmable logic controllers. The main advantage of such systems is the reduction in energy consumption, as they eliminate the need for constant pump operation and have no internal leakage. The article highlights the economic benefits of digital valves, including lower initial investments due to their lower cost compared to proportional counterparts. Importantly, if one valve fails, the system remains operational, as the failure of individual components does not critically affect overall performance. Special attention is given to coding schemes and control methods, particularly binary coding and pulse number modulation. Binary coding allows for significantly improved regulation accuracy with a minimal number of valves and ensures system fault tolerance. The use of parallel-connected valves, which offer a wide range of states, allows precise control of flows and pressures without the need for switching after the desired positions are set. Additionally, digital hydraulic systems provide fast response times and precise control, making them effective for various industrial applications. Further research in this area could lead to the development of new technological solutions and broader implementation in the industry. The article also covers the technical aspects of such systems, particularly pulse-width modulation, the most common approach to controlling two-way valves. PWM achieves high regulation accuracy through frequency modulation, although low switching frequencies may cause pressure pulsations, which must be compensated through specialized system design or damping devices. In conclusion, digital hydraulic valves represent a promising solution for increasing the efficiency and reliability of hydraulic systems in modern industries, with the potential for significant reductions in energy consumption and operational costs.