Esempio 1

Valvola limitatrice di pressione diretta a cartuccia con taratura variabile e con otturatore conico guidato. Portata massima 30 l/min e massima pressione in porta 1 di 420 bar. La valvola viene testata con due tipi di input in porta 1 (porta 2 a scarico), con 4 diverse tarature (50, 100, 200 e 300 bar) e, quindi, diverse molle, e con olio ISO-VG 46 a 40 °C:

  1. Rampa di portata da 0 a 30 l/min in 10 s per simulare la perdita di carico
  2. Gradino di portata da 0 a 30 l/min (quasi ideale in 0.01 s) per verificare la funzionalità del sistema di smorzamento delle vibrazioni

Il modello virtuale è realizzato in OpenModelica con la libreria virtuale dinamica di SmartFluidPower, utilizzando le librerie:

  • ‘Hydraulic’ per modellare volumi di olio e fori (con strozzatori equivalenti), oltre agli elementi per chiudere il circuito di test (sorgente di portata, valvola limitatrice di pressione a monte e serbatoio di scarico)
  • ‘Components’ per modellare la parte mobile della valvola, cioè otturatore, pistone stabilizzatore ed elemento trafilamento
  • ‘Mechanical’ per modellare la massa, la molla e i fine corsa meccanici

L’immagine mostra la valvola reale montata in un manifold sezionata e il suo prototipo virtuale testato nelle condizioni spiegate in precedenza.

Le simulazioni possono essere lanciate dal software OpenModelica ma anche da un’interfaccia utente personalizzata che ne rende più immediato l’utilizzo. Un esempio di interfaccia per questo modello è mostrato qui.

Di seguito i risultati ottenuti con il modello virtuale di perdita di carico e corsa dell’otturatore mobile nelle due condizioni testate al banco. In particolare, le variabili vengono graficate in funzione della rampa di portata nella prima condizione e del tempo nella seconda.

Dai risultati si rileva che la massima corsa dell’otturatore della valvola (ottenuta a 30 l/min e con la taratura più bassa simulata) è di circa 1 mm. Si può notare anche il funzionamento del sistema di stabilità che limita le oscillazioni con un impulso di portata in ingresso, sia nei valori di pressione e di corsa, sia per lo smorzamento nel tempo inferiore ai 20 ms.

Nel modello sono stati impostati tutti i parametri geometrici del componente ed è stato ipotizzato un contributo medio delle forze di flusso, anche se la presenza del piattello sull’otturatore potrebbe in buona parte compensarle: per una calibrazione più accurata delle forze di flusso sono state effettuate delle simulazioni di tipo CFD sulla geometria del componente mobile e confrontati i risultati qui.

Infine il modello calibrato del solo componente valvola potrebbe essere chiuso in una ‘scatola’, lasciando aperti per la modifica solo i parametri richiesti dall’utilizzatore, e inserito in altri circuiti idraulici (come mostrato qui). In questo modo si può creare una libreria virtuale personalizzata con i propri prodotti per utilizzarli rapidamente nei diversi circuiti di test o applicazioni.