Development of miniature pilot operated digital hydraulic valve

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Master's thesis
Date
2012
Major/Subject
Automaatio- ja systeemitekniikka
Automation and Control Engineering
Mcode
AS3001
Degree programme
Language
en
Pages
89
Series
Abstract
This thesis describes the design, manufacturing and testing of a miniature hydraulic on/off valve. The valve has a solenoid actuated hydraulic pilot stage. The on/off valve is designed to be used as a part of a digital flow control unit (DFCU). In this thesis is first designed a miniature solenoid actuator by using analytical equations and finite element simulations. A prototype of the actuator is built and tested. The designed actuator is used for actuating the pilot stage of the designed hydraulic valve. The design process of the hydraulic valve and simulations of the valve are presented. A DFCU prototype consisting of fourdesigned on/off valves is built and tested. The main parts of the DFCU prototype are four separate layers mounted together to form the necessary features for the magnetic circuits and the flow channels of the four valves. The physical size of a single on/off valve in the prototype is about 4,5 cm3. The maximum operating pressure of the designed valve exceeds 25 MPa. The opening response time of the valve is 1,3 to 1,6 ms and the closing response time between 1,4 and 2,7 ms depending on the operating pressure. The maximum flow rate of the valve is about 9 l/min with a pressure difference of25 MPa. The designed valve meets most of the requirements placed for it. It proves that pilot operation can enable further miniaturization of hydraulic on/off valves used in digital hydraulic applications.

Tämä diplomityö kuvaa pienikokoisen hydraulisen on/off venttiilin suunnittelun, rakentamisen ja testaamisen. Venttiilissä on solenoidikäyttöinen esiohjausventtiili ja se on suunniteltu käytettäväksi digitaalisen venttiilipaketin (Digital Flow Control Unit, DFCU) osana. Työssä esitellään ensin pienikokoisen solenoiditoimilaitteen suunnittelu käyttäen analyyttisia kaavoja sekä elementtimenetelmää. Toimilaitteesta rakennetaan prototyyppi ja se testataan. Suunniteltua solenoidia käytetään hydrauliventtiilin esiohjausventtiilin toimilaitteena. Hydrauliventtiilin suunnitteluprosessi ja venttiilin simuloinnit esitellään työssä. Työssä myös rakennetaan ja testataan neljä venttiiliä sisältävä venttiilipaketti. Venttiilipaketti koostuu neljästä levymäisestä osasta, jotka yhdessä muodostavat toimilaitteiden magneettipiirit sekä venttiilien virtauskanavien osat. Yksittäisen suunnitellun miniatyyriventtiilin tilavuus venttiilipaketissa on noin 4,5 cm3. Suunniteltu venttiili toimii vielä yli 25 MPa paine-erolla. Sen avautumisvasteaika on 1,3 - 1,6 ms ja sulkeutumisvasteaika 1,4 - 2,7 ms. Venttiilin maksimivirtaukseksi mitattiin noin 9 l/min 25 MPa paine-erolla. Suunniteltu venttiili täytti suurimman osan sille asetetuista suunnittelukriteereistä. Voidaan todeta, että esiohjaus mahdollistaa digitaaliventtiilien pienentämisen entisestään virtauskapasiteetin säilyessä hyvänä.
Description
Supervisor
Pietola, Matti
Thesis advisor
Kostamo, Jari
Keywords
digital hydraulics, digital valve, miniature valve, DFCU, magnetic circuit, solenoid, digitaalihydrauliikka, solenoidi, esiohjattu
Other note
Citation