Posicionador hidraulico

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Posicionador hidraulico

  1. 1. 10/11/2015 Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento ­ Mecatrônica Atual :: Automação industrial de processos e manufatura http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1471­posicionadores­hidrulicos­construes­tpicas­e­funcionamento 1/5 HOME NOTÍCIAS ARTIGOS EDIÇÕES DOWNLOADS APRESENTAÇÃO CONTATO EDUCAÇÃO Anuncie Assine Registre­se       Buscar...   Buscar... ENTRAR 29/11/­1 ­ 20:53 Tweetar 0 7 Artigos Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento Os sistemas hidráulicos têm uma aplicação intensa em todos os segmentos da indústria e de serviços sendo empregados na construção de máquinas, veículos (ônibus, caminhões, tratores, automóveis etc.) e aeroespaço. A figura 1 fornece uma visão geral do campo de aplicação dos sistemas hidráulicos. Os conceitos de automação e controle estão intimamente relacionados com a hidráulica, pois esta área da tecnologia possui dispositivos capazes de receber sinais elétricos, provenientes de processamento eletrônico, e promover a atuação mecânica rotacional e translacional para uma vasta gama de forças, torques, velocidades e rotações. Figura 1 – Campo de aplicação dos sistemas hidráulicos (IVANTYSYNOVA, 1998). O emprego de modelos matemáticos de componentes e circuitos hidráulicos é fundamental para a realização do projeto e auxilia o projetista na análise e seleção correta dos componentes da instalação, possibilitando a verificação de limitações impostas por estes e do desempenho final que será alcançado pelo sistema. Exemplos de aplicações Os mecanismos de controle de posição têm enorme emprego nos mais diversos campos da engenharia como, por exemplo: Naval e aeronáutico: para controle de posição de lemes e de flaps; Petroquímico: para o ajuste de abertura das válvulas de plantas químicas industriais; Industrial: no controle do posicionamento de mesas de máquinas ferramentas CNC; Metalúrgico: no posicionamento de rolos laminadores em linhas de produção de chapas. A figura 2 ilustra uma aplicação estacionária. Independentemente do campo de aplicação, todos os sistemas de posicionamento hidráulicos possuem uma configuração básica padrão que utiliza servoválvulas ou válvulas direcionais proporcionais acionando cilindros hidráulicos. 1Curtir
  2. 2. 10/11/2015 Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento ­ Mecatrônica Atual :: Automação industrial de processos e manufatura http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1471­posicionadores­hidrulicos­construes­tpicas­e­funcionamento 2/5 Figura 2 – Centrais Hidrelétricas: Posicionamento de pás. Concepções usuais Sistema realimentado Quando se faz necessário movimentar grandes massas e/ou realizar grandes esforços, os sistemas eletro­ hidráulicos combinam as vantagens próprias dos circuitos hidráulicos, quais sejam: compacidade, pequena inércia e rápida resposta, com o pequeno erro e versatilidade na medição, transmissão e processamento dos equipamentos eletro­eletrônicos. Na figura 3 é apresentado um posicionador eletro­hidráulico cuja finalidade é deslocar a massa (Mc) a uma posição proporcional a um sinal em tensão de referência (UZ1). Figura 3 – Sistema de controle de posição eletro­hidráulico Neste sistema, a posição desejada para o cilindro é estabelecida pela tensão de referência (UZ1) que, através do comparador/amplificador, gera uma tensão de comando (UV1) na válvula de controle contínuo direcional (VCCD) (uma servoválvula ou uma válvula direcional proporcional), produzindo o deslocamento do elemento de controle principal da válvula que normalmente é um carretel. Considerando que a pressão de suprimento da válvula seja mantida constante, o deslocamento de carretel principal da válvula provocará uma vazão no sentido da via de suprimento para uma das câmaras do cilindro enquanto que ocorrerá uma vazão da outra câmara para a linha de retorno da válvula. A vazão através da válvula promove a variação da pressão nas câmaras do cilindro resultando na movimentação da massa (Mc) que é medida através do sensor de posição (S1) produzindo uma tensão US1. Esta tensão US1, de sinal contrário à tensão de referência UZ1, produz a realimentação de posição. Atingida a posição desejada, a tensão de comando da válvula (UV1) estará anulada implicando que a posição real do êmbolo (xA1) corresponda exatamente à posição desejada. A existência de forças externas no cilindro ou atrito estático e/ou a presença de zona morta na válvula podem provocar erros de posicionamento, percebidos pela diferença entre a tensão de referência e a tensão correspondente
  3. 3. 10/11/2015 Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento ­ Mecatrônica Atual :: Automação industrial de processos e manufatura http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1471­posicionadores­hidrulicos­construes­tpicas­e­funcionamento 3/5 à posição do pistão. Sob o ponto de vista dinâmico, o sistema estabiliza rapidamente na posição desejada quando está adequadamente dimensionado. Se o sinal de entrada variar com o tempo, o sistema atuará como um seguidor de modo que a posição da haste estará variando no tempo, acompanhando o comando. Por outro lado, a seleção inadequada dos componentes hidráulicos e/ou dos ganhos de realimentação e do amplificador pode também gerar instabilidade do sistema fazendo com que a massa oscile com intensidade crescente, afastando­se cada vez mais da posição desejada. Três circuitos bastante representativos de posicionadores eletro­hidráulicos são aqueles que empregam: Cilindro simétrico com uma válvula 4 vias simétrica; Cilindro assimétrico com uma válvula 4 vias assimétrica; Cilindro assimétrico com uma válvula 3 vias. Cilindro Simétrico com uma Válvula 4 vias Simétrica A figura 4 representa uma válvula proporcional de quatro vias simétrica controlando um cilindro simétrico. Quando o carretel da válvula se desloca no sentido para avançar o cilindro, a existência de uma pressão de suprimento constante na via 'P' faz com que haja vazão para a via 'A' (PA) provocando um acréscimo da pressão na câmara A (pA), desequilibrando as forças aplicadas à carga e deslocando o êmbolo do cilindro no sentido estipulado pelo comando. Ao mesmo tempo, na câmara B (pB) o óleo é forçado a sair pela via “B” da válvula (BT) para o reservatório. Nesta situação, a pressão de carga (pc) é definida como a diferença de pressão entre as câmaras A e B e a queda de pressão total na válvula “pt” corresponde à soma de pP­A e pB­T. Figura 4 – Controle de posição com válvula 4 vias e cilindro simétrico. Cilindro Assimétrico com uma Válvula 4 vias Assimétrica A figura 5 representa uma válvula proporcional de quatro vias assimétrica controlando um cilindro assimétrico. O princípio de funcionamento deste conjunto é o mesmo que o do conjunto mostrado anteriormente. No entanto, nesta situação, a pressão de carga (pc) é definida como pA ­ pB/rA, sendo rA a relação entre as áreas do cilindro (AA = AB.rA) e que corresponde também a relação entre as áreas de passagem na válvula entre as vias (PA) e (BT), Comumente a relação entre áreas é próxima de 2.
  4. 4. 10/11/2015 Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento ­ Mecatrônica Atual :: Automação industrial de processos e manufatura http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1471­posicionadores­hidrulicos­construes­tpicas­e­funcionamento 4/5 Figura 5 – Controle de posição com válvula 4 vias assimétrica e cilindro assimétrico. Cilindro Assimétrico com uma Válvula 3 vias A combinação de válvula 3 vias com cilindro diferencial (assimétrico) pode ser encontrada em várias aplicações de controle de posição em circuitos hidráulicos. Visto na literatura como um caso clássico de controle de posição, este conjunto tem como maior vantagem o uso de uma válvula de 3 vias para controle de uma única câmara. Embora este fato represente uma redução de custos, é comum também encontrar o uso de válvulas 4 vias com uma das vias de trabalho bloqueadas para o controle de um cilindro assimétrico. A figura 6 apresenta um circuito típico onde o lado da haste do cilindro está ligado à pressão de suprimento e o lado sem haste (câmara A) está ligado a uma das vias da válvula. Considerando­se que a válvula é de centro crítico, os movimentos do cilindro serão dados pelo deslocamento do carretel da válvula, ou seja: o cilindro avança quando a linha de suprimento for ligada à câmara A do cilindro para qualquer valor de deslocamento do carretel da válvula (no sentido avançar); o cilindro recua quando a câmara B for ligada para o reservatório para qualquer valor de deslocamento do carretel da válvula no sentido contrário. Figura 6 – Controle de posição com válvula 3 vias com cilindro assimétrico. Sistema para e projeto comprovação experimental O dimensionamento dos três tipos de circuitos de controle de posição apresentados anteriormente requer uma significativa atenção. A principal especificação de uma válvula é a vazão através desta em função da tensão aplicada e da diferença de pressão entre as vias. Como a válvula deve estar praticamente fechada no momento em que o pistão atinge uma posição desejada, torna­se inviável selecioná­la sem uma análise de sua operação ao longo da mudança de uma posição para outra. Conseqüentemente, fatores como o tempo de resposta esperado, o deslocamento máximo do cilindro e a carga a ser movimentada, necessitam ser considerados no projeto destes circuitos. Concomitantemente, precisam ser determinados a estrutura e os parâmetros do controlador assegurando a estabilidade e os erros máximos permitidos. Visando a interação entre os conceitos teóricos e a aplicação prática destes, está sendo desenvolvido no LASHIP (Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos – UFSC) um equipamento denominado de Plataforma de Hidráulica Proporcional. Este é formado por componentes usualmente utilizados no meio industrial, acompanhado da tecnologia característica dos sistemas de automação e controle e que permitirá ao engenheiro ou estudante de engenharia o projeto e a implementação de posicionadores eletro­ hidráulicos. A execução deste projeto ocorre em parceria com a empresa Bosch Rexroth Ltda. e conta com o apoio da National Fluid Power Association – USA, da empresa Hydac Tecnologia Ltda e do CNPq, este último através da concessão de bolsas para alunos de graduação e pós­graduação. Através deste equipamento que integra software e hardware, será possível a sistematização do conhecimento de projeto de sistemas hidráulicos de controle de posição e a correlação entre modelagem matemática e verificação experimental do comportamento dinâmico de sistemas eletro­hidráulicos proporcionais. A Plataforma de Hidráulica Proporcional apresenta a estrutura geral mostrada na figura 7, compondo­se de um computador com software Labview, um sistema de aquisição de dados e controle VXI, uma bancada para montagem e operação de sistemas eletro­hidráulicos proporcionais (válvula + cilindro) e uma Unidade de Potência Hidráulica que inclui o circuito hidráulico propriamente dito, um CLP e um painel de interface com o usuário. Esta plataforma conta ainda com um módulo de carregamento. Este é um sistema hidráulico de geração de carga sobre o cilindro do circuito de controle de posição, o qual também será controlado através do sistema de aquisição de dados e controle citado anteriormente e permitirá a geração de cargas de modo semelhante a sistemas reais.
  5. 5. 10/11/2015 Posicionadores Hidráulicos: construções típicas e funcionamento ­ Mecatrônica Atual :: Automação industrial de processos e manufatura http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1471­posicionadores­hidrulicos­construes­tpicas­e­funcionamento 5/5 Copyright © 2013 Editora Saber Ltda. Todos os direitos reservados. Rua Jacinto José de Araújo, 315 ­ Tatuapé ­ CEP: 03087­020 ­ São Paulo ­ SP ­  Brasil Tel.: +55 11 2095­5333 ­ Horário de Expediente: 08:30 às 17:30 ­ (segunda à sexta­feira) Figura 7 – Estrutura da Plataforma de Hidráulica Proporcional. No computador é implementada a função de controle do circuito de posicionamento bem como um software para projeto incluindo o dimensionamento e seleção dos componentes hidráulicos. Em artigos a serem publicados nas próximas edições, será detalhado este procedimento de projeto, o qual também pode ser utilizado diretamente pelo projetista, sem auxílio de um software específico. Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Atual; Ano: 3; Nº 18 – Out / Nov ­ 2004

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