Los fundamentos de las válvulas de control direccional

Bang-bang es un término comúnmente utilizado para describir las válvulas de control direccional básicas. Se refiere a la transición de la válvula: de completamente abierta a completamente cerrada. Esto suele ocurrir instantáneamente, lo que hace que el fluido se acelere y desacelere rápidamente. En algunos casos, esto puede provocar un golpe de ariete líquido, que suena como un martillo golpeando el sistema hidráulico desde el interior. Entonces, mover la válvula de una posición a otra crea un sonido de estallido.

Un término menos formal para describir estos componentes es válvula discreta. El término se refiere a cómo funcionan las válvulas: se mueven de una posición discreta a otra, como extendida, retraída y neutral. Las válvulas proporcionales, por otro lado, controlan la dirección y la velocidad. Además de moverse a posiciones discretas, también pueden moverse a posiciones intermedias para controlar la dirección, velocidad, aceleración y desaceleración del actuador.

Más básicas que las válvulas de control direccional discretas son las válvulas binarias. Al igual que la electrónica digital, las válvulas binarias se pueden abrir o cerrar. Las válvulas discretas generalmente usan carretes para lograr dos, tres o más posiciones, mientras que las válvulas discretas usan émbolos, válvulas de retención o bolas para sellar el asiento de la válvula. La ventaja de esta operación es que proporciona un sello confiable contra fugas a través de los puertos.

Quizás la más simple de todas las válvulas de control direccional es la válvula de retención, un tipo especial de válvula binaria. Las válvulas de retención básicas permiten el flujo de fluido en una dirección pero evitan el flujo de fluido en la dirección opuesta. Al igual que con todos los componentes de potencia hidráulica, las válvulas de control direccional se pueden representar mediante símbolos estándar publicados en ISO 1219. La figura 1 muestra una sección transversal de una válvula de retención accionada por resorte y su representación ISO 1219.

1. Las válvulas de retención básicas permiten que el fluido fluya en una dirección, en este caso de abajo hacia arriba. Se muestran los símbolos ISO y una foto de una sección transversal de una válvula de retención accionada por resorte. El resorte bloquea el flujo de fluido a menos que la presión aguas abajo sobre el asiento supere la fuerza del resorte.

Puertos y Ubicaciones

Las dos características principales para seleccionar una válvula de control direccional son la cantidad de puertos de fluido y la cantidad de estados direccionales o posiciones que puede alcanzar la válvula. Los puertos proporcionan paso para que el fluido hidráulico fluya dentro o fuera de otros componentes. El número de posiciones se refiere al número de vías de flujo diferentes que puede proporcionar la válvula.

Una válvula de carrete de 4 vías y 3 posiciones sirve como una ilustración conveniente (Figura 2). Un puerto recibe fluido presurizado de la bomba y un puerto devuelve fluido al depósito. Los otros dos puertos se conocen comúnmente como puertos de trabajo y transportan fluido hacia y desde el actuador. En este caso, un puerto de trabajo dirige el fluido hacia o desde el extremo de la varilla del cilindro y el otro lo dirige hacia o desde el extremo de la tapa.

La válvula que se muestra en la Figura 2 se puede mover a cualquiera de las tres posiciones discretas. Como se muestra, en la posición neutral, todos los puertos están bloqueados, por lo que no hay flujo de fluido. Mover la válvula hacia la derecha dirige el fluido desde la bomba hasta el extremo del vástago del cilindro, retrayendo el vástago del pistón. Cuando se retrae el vástago del pistón, el líquido del extremo de la culata fluye hacia el depósito. Mover la válvula hacia la izquierda dirige el fluido desde la bomba hasta el extremo superior del cilindro, que extiende el vástago del pistón. Cuando esto sucede, el fluido del extremo de la varilla del cilindro va al depósito. Regrese el carrete a la posición central para bloquear todo el flujo nuevamente.(En realidad, se coloca una válvula de alivio entre la bomba y la válvula direccional. Para simplificar, se omite aquí).

2. El esquema muestra un circuito simple que usa una válvula de carrete de 4 vías y 3 posiciones para controlar la extensión y retracción del cilindro.

Las válvulas deslizantes se usan ampliamente porque se pueden mover a dos, tres o más posiciones para transferir fluido entre diferentes combinaciones de entrada y salida. Son ampliamente utilizados para el control direccional de actuadores porque una sola válvula puede crear extensión, retracción y neutral. Sin embargo, estas mismas funciones se pueden lograr con una válvula binaria. La Figura 3 muestra cuatro válvulas binarias normalmente cerradas (NC) combinadas en un circuito integrado hidráulico para proporcionar la misma función que la válvula de carrete que se muestra en la Figura 2.

3. La válvula binaria está dispuesta como un circuito integrado hidráulico, que puede realizar la misma función que la válvula de corredera discreta mientras conserva las ventajas de la válvula binaria.

Sin embargo, se debe hacer una distinción importante entre interruptores hidráulicos binarios e interruptores eléctricos. Cuando el interruptor eléctrico está cerrado, el elemento de conmutación permite que la corriente fluya a través del interruptor. Cuando el interruptor se abre, la ruta eléctrica se interrumpe, por lo que la corriente no puede fluir. Por el contrario, cuando la válvula hidráulica se abre, permite que fluya el fluido. Cuando está cerrado, el fluido no puede fluir porque su ruta de flujo está bloqueada.

Como se muestra, cuando todas las válvulas están en punto muerto, el flujo de fluido hacia y desde la bomba, el depósito y el actuador está bloqueado. La válvula energizante A entrega fluido presurizado al extremo superior del cilindro, extendiendo el vástago del pistón. Simultáneamente, la válvula D energizada dirige el fluido desde el extremo de la varilla del cilindro al depósito. De manera similar, al energizar solo las válvulas B y C, las varillas se retraerán y dirigirán el fluido desde el extremo de la culata hacia el depósito.

La válvula de la Figura 3 está dispuesta para coincidir con la condición de carrete de centro cerrado de la válvula de la Figura 2. La condición de corazón abierto (Figura 4) se puede lograr simplemente teniendo todas las válvulas binarias normalmente abiertas (NO) en lugar de normalmente cerradas. Asimismo, las configuraciones en serie y de centro flotante se pueden lograr mediante el uso de válvulas binarias NO y NC.

4. Los anteriores son arreglos de carrete central comunes que se usan para hacer coincidir la ruta de fluido neutral con la aplicación.

Estas y otras configuraciones comunes de posición central pueden ser muy especializadas, según la aplicación de la válvula. La mayoría de los fabricantes ofrecen varias configuraciones de ubicación central como productos estándar listos para usar. Si bien la gran mayoría de las válvulas de control direccional para aplicaciones industriales son de 2 y 3 posiciones, muchas válvulas utilizadas en equipos móviles están configuradas en 4 posiciones para necesidades especiales.

Al especificar el tipo específico de válvula requerida para una aplicación, se ha convertido en una práctica común en América del Norte referirse a la cantidad de puertos en una válvula como canales, como 2 vías, 3 vías o 4 vías. Sin embargo, la norma internacional utiliza el término puerto. Por lo tanto, la llamada válvula inversora de dos vías y dos posiciones en los Estados Unidos se denomina internacionalmente válvula de dos vías y dos posiciones, que puede abreviarse como 2/2. El número antes de la barra inclinada indica el número de puertos y el segundo número indica el número de posiciones.

válvula de corredera

La válvula deslizante más común es la válvula deslizante (Figura 5). A medida que el carrete se desliza entre los canales para abrir y cerrar la ruta del flujo, el fluido entra o sale del puerto de trabajo, según la posición del carrete. Las válvulas de carrete se adaptan fácilmente a muchos esquemas de cambio de válvulas de carrete diferentes, lo que amplía su utilidad en una variedad de aplicaciones.

Muchas aplicaciones móviles requieren medición o aceleración para permitir que los operadores aceleren o desaceleren las cargas lenta o suavemente. En estos casos, por ejemplo, el carrete se puede modificar con una muesca en V para que pequeños desplazamientos del carrete permitan aumentar o disminuir gradualmente el flujo de fluido, acelerando o desacelerando gradualmente el movimiento del actuador y la carga. Esta tecnología también se utiliza para válvulas en equipos industriales. El borde biselado o con muescas en el carrete a menudo se denomina función de cambio suave.

Una variación de una válvula de carrete simple o múltiple es una válvula apilada en la que múltiples secciones de válvula de carrete y carcasa se atornillan juntas entre las secciones de entrada y salida para proporcionar control sobre múltiples rutas de flujo. Además de proporcionar al operador de la máquina una ubicación de válvula central, el banco de válvulas reduce la cantidad de conexiones de fluido involucradas y aumenta la facilidad de sellado. El número de válvulas que se pueden apilar de esta manera varía según el fabricante.

operador de válvula

Los operadores de válvulas son los componentes que aplican fuerza para mover los elementos de guía de flujo de una válvula, como el carrete, el asiento y el émbolo. La secuencia, el tiempo y la frecuencia del cambio de válvulas son factores críticos en el rendimiento del sistema de potencia de fluidos. Siempre que el operador genere suficiente fuerza para mover la válvula, el diseñador del sistema puede elegir cualquier operador adecuado según las condiciones en las que opera el sistema y el tipo de control.

El operador de la válvula de control direccional puede ser mecánico, operado por piloto, eléctrico y electrónico, o una combinación de estos. Se pueden instalar diferentes tipos de actuadores en el mismo diseño básico de válvula. Las válvulas direccionales de uso común generalmente se usan para montar varios operadores diferentes en sus cuerpos de válvula.

traer uno operador de maquinaria , un elemento de máquina o una persona aplica una fuerza al elemento de desviación de la válvula para moverlo o moverlo a otra posición. Los operadores manuales incluyen palancas, botones de mano, pulsadores y pedales. Los operadores puramente mecánicos incluyen levas, rodillos, palancas, resortes, vástagos de válvulas y tornillos. La mayoría de las válvulas direccionales usan un resorte para mantener el elemento de guía de flujo en la posición neutral. Por ejemplo, en una válvula de 2 posiciones, un resorte mantiene una válvula no accionada en una posición hasta que la fuerza de accionamiento sea lo suficientemente grande como para comprimir el resorte y mover la válvula. Cuando se elimina la fuerza impulsora, el resorte devuelve la válvula a su posición original. En una válvula de tres posiciones, dos resortes mantienen la válvula no accionada en su posición central hasta que la fuerza de accionamiento la mueve. Cuando se elimina la fuerza impulsora, el resorte vuelve a centrar la válvula,Conduce a una identificación común, válvulas centradas por resorte. El freno es el bloqueo que mantiene la válvula en su posición final después de que se elimina la fuerza de actuación hasta que se aplica más fuerza para mover la válvula a otra posición. Luego, después de que la fuerza motriz se retira nuevamente, el trinquete puede mantener esta nueva posición.

La operación mecánica es probablemente la forma más agresiva de controlar los equipos industriales de potencia de fluidos. Si la válvula solo debe moverse cuando el elemento mecánico está en una posición específica, el dispositivo puede diseñarse de modo que el elemento mecánico mueva físicamente la válvula por el operador mecánico cuando el elemento alcanza la posición correcta. Esta disposición prácticamente elimina la posibilidad de que cualquier señal falsa o fantasma mueva la válvula en el momento equivocado.

Sin embargo, la instalación de válvulas accionadas mecánicamente en máquinas requiere una atención especial. Las válvulas y actuadores pueden estar expuestos a ambientes húmedos o sucios que requieren un sellado especial. Los actuadores pueden estar sujetos a cargas de choque, que deben limitarse para evitar daños físicos. La alineación de la válvula con el elemento operativo también es importante, por lo que la válvula debe instalarse con precisión y seguridad para prolongar su vida útil.

operado por el piloto La válvula es movida por fluido presurizado (generalmente alrededor de 50 psig), que aplica una fuerza al pistón, que mueve el elemento de guía de flujo de la válvula. Una ventaja importante de la operación piloto es que se pueden generar grandes fuerzas de cambio sin el impacto y el desgaste que afectarían a las válvulas accionadas mecánicamente. Las válvulas operadas por piloto se pueden instalar en cualquier ubicación conveniente o remota a la que se pueda canalizar fluido presurizado. La ausencia de chispas y acumulación de calor hace que las válvulas accionadas por piloto sean atractivas para aplicaciones en atmósferas inflamables o explosivas.

eléctrico o Electrónica La operación de la válvula involucra energizar el solenoide. La fuerza generada en el émbolo del solenoide mueve el elemento de guía de flujo de la válvula. Las válvulas accionadas por solenoide son especialmente populares en las máquinas industriales porque la electricidad está fácilmente disponible en las plantas industriales. Sin embargo, las válvulas de solenoide también se utilizan ampliamente en dispositivos móviles. La elección del solenoide de CA o CC depende de la forma de energía disponible. Los solenoides de CC solían ofrecer una vida más larga, pero las mejoras en el diseño de los solenoides de CA han eliminado esta ventaja.

Hay un límite práctico a la fuerza que puede generar un solenoide. Esto significa que no pueden cambiar directamente las válvulas que requieren grandes fuerzas de cambio. Además, las válvulas que utilizan solenoides grandes también consumen mucha energía cuando la válvula debe permanecer accionada durante largos períodos de tiempo. En estos casos, la acumulación de calor también puede causar problemas. La solución es usar solenoides pequeños de baja potencia junto con la presión piloto. La válvula solenoide inicia y detiene el flujo piloto, y la presión piloto proporciona una fuerza poderosa para cambiar el mecanismo de desviación de la válvula (Figura 5).

5. Esta válvula de control direccional tipo carrete tiene una válvula piloto vista en corte. La válvula piloto usa presión de fluido para mover el carrete principal hacia la izquierda o hacia la derecha cuando la fuerza requerida para mover el carrete principal de la válvula excede el límite real de la válvula solenoide.

Muchas válvulas tienen una combinación de estos operadores para que la válvula pueda moverse en respuesta a más de un tipo de señal. Por ejemplo, el solenoide de una válvula 4/3 puede mover el carrete en una dirección, y cuando la señal eléctrica se detiene, el resorte lo moverá nuevamente a la posición neutral. Dado que muchas válvulas utilizan más de un tipo de operador, es importante determinar la función de cada operador. Por ejemplo, una válvula solenoide piloto puede requerir flujo piloto y electricidad para funcionar. O puede usar cualquiera de estos: si hay una fuente de alimentación, energía electromagnética o el entorno en el que opera el piloto debe ser a prueba de explosiones.

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