RICERCA ITALIANA     

Sistemi di attuazione per valvole oleodinamiche proporzionali

Politecnico di Bari

Abstract

Questo progetto si prefigge lo scopo di migliorare la precisione e la prontezza di risposta delle valvole direzionali proporzionali oleodinamiche, utilizzando due diversi approcci: ottimizzazione dei profili geometrici interni della valvola e sviluppo di un efficace sistema di azionamento a controllo in anello aperto.

Il primo approccio sarà basato su un sistema di ottimizzazione coadiuvato da un solutore commerciale del flusso. Tale tecnica è stata già sviluppata e testata da parte dei medesimi ricercatori coinvolti nel progetto in altre applicazioni.

Il secondo approccio sarà basato sull’applicazione della tecnica Peak&Hold (P&H), già ampiamente utilizzata per il controllo dei sistemi di iniezione per carburante Diesel: in particolare, il sistema proposto in questo progetto per il controllo di valvole proporzionali applica un alto valore di corrente per il rapido raggiungimento della posizione di apertura della valvola e un valore di corrente inferiore per mantenerla aperta. Questa strategia permette di ottenere una risposta molto veloce della valvola e può essere agevolmente implementata su un microcontrollore a basso costo, con risultati simili a quelli ottenibili con sistemi di controllo ad anello chiuso, con un costo complessivo paragonabile a quello dei sistemi in anello aperto.

Un impianto sperimentale per la prova di valvole proporzionali è parzialmente già disponibile e sarà completato all'inizio del >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Riccardo Amirante Politecnico di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto ha lo scopo di migliorare la precisione e la prontezza della risposta delle valvole oleodinamiche proporzionali attraverso l’uso di due differenti strategie:
1) applicazione di tecniche di ottimizzazione che modifichino il profilo interno della valvola per ridurne la forza di apertura
2) sviluppo di una nuova tecnica di comando della valvola ad anello aperto attraverso l'uso di microprocessori che applichino la tecnica del P&H.
Per perseguire gli obbiettivi si dispone già di un sofisticato impianto sperimentale per la prova idraulica valvole proporzionali che è già parzialmente operativo (fig 1).

fig. 1
Le valvole in prova saranno equipaggiate con un sensore LVDT che dovrà rilevare la posizione del cassetto interno (cursore), il quale normalmente è mantenuto in posizione centrale da una coppia di molle. In questa tipologia di valvola, entrambi i solenoidi agiscono in maniera diretta sul cassetto interno, determinandone la massima apertura con correnti dell’ordine dei 3A.

fig. 2
La figura 2 mostra il profilo geometrico interno di una valvola proporzionale, in particolare possono essere numericamente ottimizzati gli intagli e la forma del profilo di compensazione.
Un metodo generale per ottimizzare i profili interni, così come gli altri elementi, particolarmente efficace è quello della ottimizzazione progressiva. Tale tecnica è stata messa a punto dal Prof >>>

Risultati parziali attesi

Negli ultimi anni le possibili applicazioni assistite da dispositivi elettronici integrati sono enormemente aumentate. I sistemi elettronici intergrati offrono ai progettisti strumenti e metodi per un nuovo approccio alla progettazione dei sistemi oleodinamici.
Le prime applicazioni sono state adottate solo laddove il costo complessivo di comando fosse contenuto; la moderna elettroidraulica può dotarsi oggi di microprocessori molto complessi e sofisticati ma comunque di medio e basso costo. La fondamentale differenza tra le vecchie schede di comando e quelle che possono svilupparsi oggi è sostanzialmente basata sulle prestazioni e la disponibilità di periferiche integrate anche programmabili, che consentono potenti funzioni di controllo con tempi ciclo inferiori al ms. Agevole è quindi la realizzazione di circuiti atti a generare segnali in uscita di tipo PWM, al fine di controllare la dinamica delle valvole proporzionali (Figura 1).

Fig. 1 - L1 + R3 valvola bobina, Mos M1, V1 bobina di alimentazione, V2 PIC alimentatore, D1 diodo
Un'altra importante caratteristica dei microcontrollori è il tempo reale integrazione tra il segnale analogico di acquisizione (ad esempio, i segnali di pressione, di termocoppie, ecc) e i segnali di potenza da gestire, che permette di definire precisi istanti di tempo durante il profilo di generazione. L’interesse del progetto è proprio quello di testare sperimentalmente le applicazione di una tecnica di >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’oleodinamica con valvole proporzionali è sempre maggiormente utilizzata in una ampia fascia di applicazioni, da quelle ad alta precisione a quelle più economiche[1][2][3]. Numerosissimi centri di ricerca sono impegnati, con approcci sia sperimentali che numerici, per migliorarne le attuali prestazioni e la diffusione[4], con l’obbiettivo comune di ridurne i costi complessivi[5].
Uno degli obbiettivi fondamentali è quello di migliorare la precisione di azionamento e/o la risposta dinamica, soprattutto delle valvole proporzionali direzionali e ciò può avvenire sia migliorando il design interno della valvola sia i dispositivi elettronici di comando[6].
Il cursore interno delle valvole proporzionali si realizza, solitamente, con un risalto centrale, chiamato “profilo di compensazione” e con degli intagli, col fine, per il primo, di ridurre le forze necessarie all’apertura, variando le condizioni del flusso interno, e , per i secondi, migliorarne la regolazione (metering)[4].
Il pilotaggio di tali valvole può avvenire con microprocessori programmabili a basso costo[6], con software che ne migliorino la risposta dinamica oppure la sua precisione.
In questo progetto vi è l’ambizioso tentativo di considerare entrambe gli aspetti, nel tentativo di attuare per ciascuno una ottimizzazione.
Per il primo, è indispensabile risolvere il flusso nella valvola per poter contemporaneamente avviare il processo di ottimizzazione[7][8]. Per tale fase è usuale >>>