Гидроцилиндры с обратной связью

Применение гидравлических приводов с датчиком линейного положения гидроцилиндра сопряжено с несколькими аспектами:

1. Необходимость повысить точность положения и заданной скорости механизма, приводимого в действие гидравлическим приводом;
2. Необходимость работы гидропривода в следящем режиме, что особенно актуально в современном промышленном оборудовании, испытательном оборудовании, испытательных стендах, мобильной технике, грузоподъёмном оборудовании (краны и различного рода перегрузчики), судовых подруливающих системах и системах стабилизации корабля, прокатных станах, сварочных стендах, гидроприводах современных тренажёров и динамических платформах 4D...7D кинотеатров;
3. Необходимость работы гидропривода в таких специальных режимах как: ведущий-ведомый, электронный гидравлический редуктор, гидравлический копир.

Для ответственных применений в гидроцилиндрах со стержневыми датчиками линейного положения используется двойное (серия MSI-GT2) и тройное (серия MSI-GT3) резервирование сенсоров.

Современный следящий гидропривод немыслимо представить себе без применения прецизионных датчиков обратной связи. Как правило, датчик положения гидроцилиндра встраивается в шток, но есть варианты исполнения датчиков положения поршня гидроцилиндра для внешнего размещения вдоль корпуса гидравлического цилиндра.

В основном в гидроцилиндрах применяют датчики положения двух типов: магнитострикционные и потенциометрические. Ниже перечислены основные производители данного оборудования:

1. MSI-H (Россия)
2. Novotechnik (Германия)
3. Temposonics [бывшее название: MTS Sensors] (США-Германия-Япония)
4. Balluff
5. Gefran
6. ROTA
7. Hydaс
8. TR-Electronics

Принцип работы магнитострикционного датчика указан на рисунке 1:

Линейные датчики положения и скорости используют свойства магнитострикционного эффекта, генерируемого в специальном волноводе.

Подвижный магнит, перемещаемый вдоль стержня (или профиля) датчика, создаёт магнитное поле над участком волновода в координате своего положения. Для определения положения магнита, электроника датчика посылает импульс тока по волноводу. Импульс генерирует радиальное магнитное поле вдоль всего волновода.

Взаимодействие магнитных полей волновода и подвижного позиционного магнита порождает импульс деформации кручения (скручивание волновода) в точке взаимодействия полей (в координате магнита), в результате чего по волноводу проходит импульс в виде ультразвуковой волны. Когда волна достигает сенсорного элемента (ультразвукового детектора) на конце волновода, то она преобразуется в электрический сигнал и электроника датчика рассчитывает координату, засекая время от подачи импульса тока до возврата ультразвукового импульса в детектор.

Электроника датчика позволяет проводить точное измерение координаты и других производных величин (линейного перемещения, линейной скорости, линейного ускорения). Данная технология измерения является очень надёжной и обеспечивает высокую точность и повторяемость.

Магнитострикционная технология не предполагает наличие трущихся компонентов, благодаря чему отсутствует механическая нагрузка и износ. Поэтому в сравнении с другими технологиями магнитострикционные датчики имеют значительно больший срок службы и обеспечивают высочайшую надёжность даже в жёстких условиях эксплуатации, что нашло широчайшее применение в том числеи и в гидравлических цилиндрах.

Датчики положения гидроцилиндра выбираются по следующим критериям:

1. По верхнему диапазону рабочего давления, бар;
2. По длине измеряемого перемещения, мм;
3. По необходимому разрешению, мкм;
4. По требуемой степени защиты, IP XX;
5. По диапазону температур, -ХХ...+ХХ °C;
6. Взрывозащищенность, искробезопасность;
7. Исполнение со штекером или кабелем;
8. Требуется ли технология нескольких магнитов;
9. Какой необходим интерфейс (аналоговый, или интерфейс какой-либо промышленной сети);
10. По лояльности к определённому производителю.

Специалисты ГИДРОЦИЛИНДР.РФ готовы помочь выбрать оптимальный линейный датчик положения гидроцилиндра, а также спроектировать и изготовить гидроцилиндр с выбранным датчиком положения. Также возможно проектирование и изготовление гидроприводов «под ключ».

Сотрудники нашей компании готовы осуществить подбор и замену вышедшего из строя датчика, а также сделать поставку на очень выгодных условиях. Также возможен подбор аналогичного датчика по присоединительным размерам, интерфейсу и другим параметрам.

Гидроцилиндр с датчиком линейного положения с защитой IP 69K:

• 

Гидроцилиндры с датчиком линейного положения в разрезе:

• 
• 
• 

Технический рисунок гидроцилиндра с установленным датчиком линейного положения:

• 

Пример установки двух датчиков линейного положения в одном гидроцилиндре:

• 

Пример датчика линейного положения с тройным каналом измерения (тройное резервирование измерений):

• 

Примеры цилиндров с внешними датчиками линейного положения:

• 
• 

Проектирование и сборка гидроцилиндров с датчиками обратной связи на примере встроенных позиционных датчиков серии MSI-H  

В целом, порядок сборки гидроцилиндров со встроенными датчиками обратной связи схож со сборкой стандартных гидроцилиндров, за исключением некоторых отличий, связанных с монтажом датчиков:

1. В конструкции гидроцилиндров используются полые штоки (реже штоки с внутренним сверлением);
2. В поршнях гидроцилиндров производится монтаж позиционного магнита датчика и колец из немагнитных материалов;
3. В задней крышке гидроцилиндров монтируется корпус датчика с измерительным стержнем, снаружи которого перемещается полый шток.

Позиционные встраиваемые внутрь корпуса гидроцилиндра датчики  серии MSI-MH , применяются в компактных гидравлических цилиндрах с небольшими ходами штока от 50 мм до 2500 мм. В данных гидроцилиндрах целесообразным является применение резьбового соединения задней крышки и гильзы. Предварительно производится монтаж корпуса датчика в прецизионное посадочное гнездо задней крышки гидроцилиндра с его фиксацией стопорным винтом.

Позиционные датчики  серии MSI-H , применяются в гидроцилиндрах с расширенным диапазоном хода штока от 25мм до 4250мм. В данных цилиндрах целесообразным является применение сварного соединения задней крышки и гильзы. Монтаж датчика с измерительным стержнем может производиться после сборки цилиндра (ввинчивается в резьбовое отверстие в торце задней крышки, уплотняется кольцом NBR). При этом дальнейшее техническое обслуживание и замена волновода датчика может производиться под давлением в гидросистеме без вскрытия гидроцилиндра. При одинаковых длинах хода, габариты гидроцилиндра с встроенным датчиком серии MSI-MH конечно же меньше, чем с датчиком серии MSI-H, но возможность замены датчика без отключения и разборки цилиндра часто является приоритетным перед габаритными размерами гидропривода.

Последовательность сборки гидроцилиндра со встроенным позиционным датчиком обратной связи:

1. Производится монтаж уплотнения, грязесъемника и подшипника скольжения в корпус передней крышки 1 гидроцилиндра.

2. Если это предусмотрено конструктивным исполнением, производится приварка передней проушины 2 к штоку 3.

3. Производится монтаж штока в сборе в переднюю крышку 1.

4. Производится установка уплотнений в поршень 4 и монтаж на него позиционного магнита М датчика либо с помощью винтов, либо разжимного кольца (в зависимости от типа магнита). При этом необходимо обеспечить «магнитоизоляцию» позиционного магнита М посредством установки в поршень промежуточных колец К1, К2 из немагнитных материалов.

5. Производится монтаж поршня 4 в сборе на шток 3 гидроцилиндра.

Для датчиков серии MSI-MH

6. Производится подсоединение гильзы 5 к задней крышке 6 гидроцилиндра с последующим монтажом позиционного датчика.

7. Передняя крышка 1 гидроцилиндра с установленными в ней штоком 3 с поршнем 4 монтируется в гильзу 5 с задней крышкой 6 с установленным в ней позиционным датчиком.

8. Производится подсоединение гильзы 5 к задней крышке 6 гидроцилиндра с последующим монтажом позиционного датчика.

Для датчиков серии MSI-H

9. Передняя крышка 1 гидроцилиндра с установленными в ней штоком 3 с поршнем 4 монтируется в гильзу 5 с приваренной задней крышкой 6, т.е. производится окончательная сборка гидроцилиндра без датчика.

10. В собранный гидроцилиндр ввинчивается датчик с уплотнительным кольцом NBR.

Подводя итог, необходимо отметить, что датчики серии MSI-MH в среднем на 10…15% дешевле датчиков серии MSI-H, однако, их монтаж в гидроцилиндре несколько сложнее. Кроме того, при замене датчика серии MSI-MH требуется демонтаж гидроцилиндра с последующей его полной разборкой. Замена же электронного блока и волновода (находится внутри измерительного стержня) датчика серии MSI-H не требует работ по демонтажу и разборке гидроцилиндра.