شیر کنترل هیدرولیک

اصطلاحی است که اغلب برای توصیف شیرهای کنترل جهت اصلی استفاده می شود. این به نحوه تغییر سوپاپ ها اشاره دارد – از کاملاً باز به کاملاً بسته. این معمولاً در یک لحظه اتفاق می‌افتد و باعث می‌شود مایع به سرعت شتاب بگیرد و کند شود. تحت شرایط خاصی، این می تواند باعث ایجاد چکش سیال شود که مانند چکش از داخل به سیستم هیدرولیک ضربه می زند. از این رو، جابجایی شیر از یک موقعیت به موقعیت دیگر می تواند صدای بنگ بنگ ایجاد کند.

یک اصطلاح کمتر غیررسمی برای توصیف این اجزاء، شیرهای گسسته است. این اصطلاح به نحوه عملکرد سوپاپ ها اشاره دارد: آنها از یک موقعیت مجزا به موقعیت دیگر مانند گسترش، جمع شدن و خنثی تغییر می کنند. از سوی دیگر، شیرهای متناسب، جهت و سرعت را کنترل می کنند. علاوه بر جابجایی به موقعیت‌های گسسته، می‌توانند به موقعیت‌های میانی برای کنترل جهت محرک، سرعت، شتاب و کاهش سرعت حرکت کنند.

حتی اساسی‌تر از شیر کنترلی گسسته،

شیر باینری است. مانند الکترونیک دیجیتال، شیرهای باینری یا روشن یا خاموش کار می کنند. در حالی که دریچه های گسسته معمولاً از یک قرقره برای دستیابی به دو، سه یا بیشتر موقعیت استفاده می کنند، دریچه های گسسته از یک پیستون، پاپت یا توپی استفاده می کنند که روی صندلی می بندد. مزیت این نوع عملیات این است که یک مهر و موم مثبت برای جلوگیری از نشتی بین پورت ایجاد می کند.

شاید ساده ترین شیرهای کنترل جهت، شیر چک باشد ، نوع خاصی از شیر دودویی. دریچه‌های بازرسی اولیه اجازه می‌دهند تا سیال در یک جهت جریان یابد اما از جریان در جهت مخالف جلوگیری می‌کند. مانند تمام اجزای قدرت سیال، شیرهای کنترل جهت را می توان با نمادهای استاندارد منتشر شده در ISO 1219 نشان داد.

1. شیر چک پایه اجازه می دهد تا سیال در یک جهت جریان یابد، در این مورد از پایین به بالا. نماد ISO و عکس مقطعی از شیر چک فنری نشان داده شده است. فنر از جریان سیال جلوگیری می کند مگر اینکه فشار پایین دستی که بر روی پاپت اعمال می شود بر نیروی فنر غلبه کند.

پورت ها و موقعیت ها

دو ویژگی اصلی برای انتخاب یک شیر کنترل جهت، تعداد پورت های سیال و تعداد حالت های جهت یا موقعیت هایی است که شیر می تواند به دست آورد. دریچه های سوپاپ گذرگاهی برای جریان سیال هیدرولیک به یا از اجزای دیگر ایجاد می کنند. تعداد موقعیت ها به تعداد مسیرهای جریان مجزایی که یک شیر می تواند ارائه دهد اشاره دارد.

یک سوپاپ قرقره 4 پورت و 3 موقعیت به عنوان یک تصویر راحت عمل می کند (شکل 2) . یک پورت سیال تحت فشار را از پمپ دریافت می کند و یکی سیال را به مخزن باز می گرداند. دو پورت دیگر معمولاً به عنوان پورت های کاری شناخته می شوند و سیال را به یا از محرک هدایت می کنند. در این حالت، یک پورت کاری سیال را به یا از انتهای میله سیلندر هدایت می کند، و دیگری سیال را به یا از انتهای کلاهک هدایت می کند.

شیر نشان داده شده در شکل 2

را می توان به هر یک از سه موقعیت مجزا منتقل کرد. همانطور که نشان داده شده است، در حالت خنثی، تمام پورت ها مسدود هستند، بنابراین هیچ سیالی جریان نخواهد داشت. انتقال سوپاپ به سمت راست، سیال را از پمپ به انتهای میله سیلندر هدایت می کند و باعث جمع شدن میله پیستون آن می شود. با جمع شدن میله پیستون، سیال از انتهای درپوش سیلندر به سمت مخزن جریان می یابد. جابجایی سوپاپ به سمت چپ، سیال را از پمپ به انتهای درپوش سیلندر هدایت می کند و باعث امتداد میله پیستون می شود. همانطور که این اتفاق می افتد، مایع از انتهای میله سیلندر به سمت مخزن جریان می یابد. بازگرداندن قرقره شیر به موقعیت مرکزی دوباره تمام جریان را مسدود می کند. (در واقع، یک شیر تسکین بین پمپ و شیر جهت ارائه می شود. برای سادگی در اینجا حذف شده است.)

2. شماتیک مدار ساده ای را برای کنترل امتداد و جمع شدن سیلندر با استفاده از یک دریچه قرقره 4 پورت و 3 موقعیت نشان می دهد.

دریچه های نوع قرقره ای

به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند زیرا می توان آنها را به دو، سه یا چند موقعیت برای مسیریابی سیال بین ترکیب های مختلف پورت ورودی و خروجی تغییر داد. آنها به طور گسترده برای کنترل جهت محرک ها استفاده می شوند، زیرا یک شیر می تواند باعث افزایش، عقب نشینی و خنثی شود. با این حال، همین عملکردها را می توان با دریچه های باینری انجام داد. شکل 3 چهار دریچه دوتایی (NC) به طور معمول بسته را نشان می دهد که در یک مدار مجتمع هیدرولیک گروه بندی شده اند تا عملکردی مشابه دریچه قرقره نشان داده شده در شکل 2 ارائه دهند.

3. چیدمان شیرهای باینری در یک مدار مجتمع هیدرولیک به آنها اجازه می دهد تا عملکردهای مشابه دریچه های نوع قرقره ای گسسته را انجام دهند و در عین حال مزایای شیرهای باینری را حفظ کنند.

با این حال، باید یک تمایز مهم بین کلیدهای هیدرولیک و الکتریکی باینری قائل شد.

هنگامی که یک کلید الکتریکی بسته می شود، یک عنصر سوئیچینگ اجازه می دهد تا جریان الکتریکی از طریق کلید عبور کند. هنگامی که کلید باز است، مسیر الکتریکی قطع می شود، بنابراین جریان نمی تواند جریان یابد. در مقابل، هنگامی که یک شیر هیدرولیک باز است، اجازه می دهد تا سیال جریان یابد. هنگامی که بسته است، سیال نمی تواند جریان یابد زیرا مسیر جریان آن مسدود است.

همانطور که نشان داده شده است،

در شرایط خنثی تمام شیرها، جریان سیال به پمپ، مخزن و محرک مسدود می شود. سوپاپ انرژی زا A سیال تحت فشار را به انتهای درپوش سیلندر هدایت می کند و باعث امتداد میله می شود. همزمان سوپاپ D ، سیال را از انتهای میله سیلندر به مخزن هدایت می کند. به روشی مشابه، فعال کردن تنها سوپاپ های B و C باعث جمع شدن میله و هدایت سیال از انتهای درپوش سیلندر به مخزن می شود.

دریچه های شکل 3 طوری چیده شده اند که با وضعیت قرقره مرکز بسته شیر در شکل 2 . یک وضعیت مرکز باز (شکل 4) را می توان به سادگی با باز کردن همه دریچه های باینری به جای بسته شدن معمولی (NO) به دست آورد. به همین ترتیب، پیکربندی های مرکز پشت سر هم و شناور را می توان با استفاده از دریچه های باینری NO و NC انجام داد.

4. در بالا ترتیبات مرسوم قرقره مرکزی برای تطبیق مسیرهای سیال در موقعیت خنثی با کاربرد وجود دارد.

این و سایر تنظیمات معمول در موقعیت مرکزی،

بسته به کاربرد شیر، می توانند کاملاً تخصصی باشند. اکثر سازندگان انواع پیکربندی های موقعیت مرکزی را به عنوان اقلام استاندارد و خارج از قفسه ارائه می دهند. اگرچه اکثریت قریب به اتفاق شیرهای کنترل جهت برای کاربردهای صنعتی 2 و 3 موقعیت هستند، بسیاری از شیرهای مورد استفاده در تجهیزات سیار در پیکربندی های 4 حالته برای پاسخگویی به نیازهای خاص هستند.

هنگام مشخص کردن نوع خاصی از شیر مورد نیاز برای یک برنامه کاربردی، در آمریکای شمالی رایج شده است که به تعداد پورت های یک شیر به عنوان راهنما، مانند 2 طرفه، 3 طرفه یا 4 طرفه اشاره شود. با این حال، استانداردهای بین المللی از کلمه پورت . بنابراین، آنچه در ایالات متحده به عنوان شیر جهتی دو طرفه و 2 موقعیت شناخته می شود، در سطح بین المللی شیر 2 پورت، 2 موقعیت نامیده می شود و می توان آن را به اختصار 2/2 نامید. عدد قبل از اسلش تعداد پورت ها را مشخص می کند و عدد دوم به تعداد موقعیت ها اشاره دارد.

دریچه های قرقره

متداول ترین شیر با عملکرد کشویی، شیر قرقره ای است ( شکل 5) . بسته به موقعیت قرقره، سیال به سمت یا از درگاه های کاری هدایت می شود، زیرا قرقره بین گذرگاه ها می لغزد تا مسیرهای جریان را باز و بسته کند. دریچه های قرقره ای به راحتی با بسیاری از طرح های مختلف جابجایی قرقره سازگار می شوند، که استفاده از آنها را در طیف گسترده ای از کاربردها گسترش می دهد.

بسیاری از برنامه های تلفن همراه نیاز به اندازه گیری یا دریچه گاز دارند تا اپراتور بتواند بار را به آرامی یا به آرامی شتاب دهد یا کند کند. در این موارد، قرقره را می‌توان با بریدگی‌های V تغییر داد، به‌عنوان مثال، به‌گونه‌ای که یک جابجایی کوچک قرقره به تدریج امکان افزایش یا کاهش جریان سیال را برای سرعت بخشیدن یا کندی حرکت محرک و بار فراهم می‌کند. از این تکنیک در شیرآلات تجهیزات صنعتی نیز استفاده می شود. لبه اریب یا بریده بر روی قرقره معمولاً به عنوان یک جابجایی نرم ویژگی

یکی از انواع شیر تک یا چند قرقره، شیر پشته ای است که در آن بخش های قرقره و پوششی متعددی بین یک بخش ورودی و خروجی به هم متصل می شوند تا کنترل مسیرهای جریان چندگانه را فراهم کنند. گروه بندی سوپاپ علاوه بر ایجاد یک محل مرکزی دریچه برای اپراتور ماشین، تعداد اتصالات سیال را کاهش می دهد و سهولت آب بندی را افزایش می دهد. تعداد دریچه هایی که می توان به این روش روی هم قرار داد از تولید کننده ای به سازنده دیگر متفاوت است.

اپراتورهای شیر

اپراتورهای سوپاپ قطعاتی هستند که برای جابجایی عناصر هدایت کننده جریان شیر مانند قرقره ها، پاپت ها و پیستون ها نیرو اعمال می کنند. توالی، زمان بندی و فرکانس جابجایی سوپاپ ها یک عامل کلیدی در عملکرد سیستم قدرت سیال است. تا زمانی که اپراتور نیروی کافی برای جابجایی شیر تولید کند، طراح سیستم می تواند هر اپراتور مناسب را برای شرایط و نوع کنترلی که سیستم تحت آن کار می کند انتخاب کند.

اپراتورهای شیرهای کنترل جهت یا مکانیکی، پایلوت، الکتریکی و الکترونیکی یا ترکیبی از اینها هستند. انواع مختلفی از محرک ها را می توان روی یک طرح پایه شیر نصب کرد. معمولاً از یک شیر جهتی رایج استفاده می شود که امکان نصب انواع اپراتورهای مختلف را بر روی بدنه آن فراهم می کند.

در یک مکانیکی اپراتور

یک عنصر یا شخص ماشین به عنصر هدایت کننده جریان دریچه نیرو وارد می کند تا آن را به موقعیت دیگری منتقل کند. اپراتورهای دستی شامل اهرم ها، دکمه های کف دست، دکمه های فشاری و پدال ها هستند. اپراتورهای کاملاً مکانیکی شامل بادامک، غلتک، اهرم، فنر، ساقه و پیچ هستند. فنرها در اکثر شیرهای جهت دار برای نگه داشتن عنصر هدایت کننده جریان در موقعیت خنثی استفاده می شوند. به عنوان مثال، در شیرهای 2 حالته، فنرها شیر غیرفعال را در یک موقعیت نگه می دارند تا زمانی که نیروی محرک به اندازه کافی برای فشرده کردن فنر باعث جابجایی دریچه شود. هنگامی که نیروی محرک حذف شد،

فنر شیر را به موقعیت اولیه خود باز می گرداند. در شیرهای 3 حالته، دو فنر، شیر غیرفعال را در موقعیت مرکزی خود نگه می دارند تا زمانی که نیروی محرک آن را جابجا کند. هنگامی که نیروی محرک حذف می شود، فنرها مجدداً دریچه را در مرکز قرار می دهند، که منجر به شناسایی رایج، مرکز فنر می شود. گیره‌ها قفل‌هایی هستند که پس از برداشتن نیروی محرک، شیر را در آخرین موقعیت خود نگه می‌دارند تا زمانی که نیروی قوی‌تری برای انتقال شیر به موقعیت دیگری اعمال شود. پس از برداشته شدن مجدد نیروی محرک، گیره ها ممکن است این موقعیت جدید را حفظ کنند.

عملیات مکانیکی

احتمالاً مثبت ترین راه برای کنترل تجهیزات قدرت سیال صنعتی است. اگر یک سوپاپ فقط زمانی باید جابجا شود که یک عنصر ماشین در یک موقعیت خاص قرار دارد، تجهیزات را می توان به گونه ای طراحی کرد که وقتی عنصر به موقعیت صحیح رسید، عنصر ماشین به طور فیزیکی شیر را از طریق یک اپراتور مکانیکی جابجا کند. این آرایش عملاً هرگونه امکان سیگنال های کاذب یا فانتومی را از جابجایی شیر در زمان نامناسب حذف می کند.

با این حال، نصب شیرهای مکانیکی بر روی ماشین نیاز به احتیاطات خاصی دارد. شیر و محرک ممکن است در معرض یک محیط مرطوب یا کثیف قرار گیرند که نیاز به آب بندی خاصی دارد. محرک احتمالاً تحت بارهای ضربه ای قرار می گیرد که برای جلوگیری از آسیب فیزیکی باید محدود شود. همسویی سوپاپ با عنصر عامل نیز مهم است، بنابراین شیر باید به طور دقیق و مطمئن برای عمر طولانی نصب شود.

پایلوت فعال می‌شوند

توسط سیال تحت فشار (اغلب حدود psig 50) جابجا می‌شوند که نیرویی را به پیستونی اعمال می‌کند که عناصر هدایت کننده جریان شیر را جابجا می‌کند. یک مزیت مهم عملیات پایلوت این است که نیروهای جابجایی بزرگ را می توان بدون ضربه و سایش ایجاد کرد که بر دریچه های فعال مکانیکی تأثیر می گذارد. شیرهایی که به صورت پایلوت کار می کنند را می توان در هر مکان مناسب یا دور که سیال تحت فشار به آن لوله کشی کرد، نصب کرد. عدم وجود جرقه و تجمع گرما باعث می شود دریچه هایی که توسط خلبان فعال می شوند برای کاربرد در محیط های قابل اشتعال یا انفجار جذاب باشند.

برقی یا الکترونیکی شامل انرژی دادن به یک شیر برقی است. سپس نیروی ایجاد شده در پیستون برقی، عنصر هدایت کننده جریان شیر را جابجا می کند. شیرهای برقی به دلیل در دسترس بودن توان الکتریکی در کارخانه های صنعتی به ویژه برای ماشین های صنعتی محبوب هستند. با این حال، تجهیزات سیار از شیرهای برقی نیز استفاده گسترده ای می کنند. انتخاب شیر برقی ac یا dc به شکل توان الکتریکی موجود بستگی دارد. در یک زمان شیر برقی dc عمر طولانی تری را ارائه می کرد، اما پیشرفت در طراحی های برقی AC این مزیت را از بین برده است.

یک محدودیت عملی برای نیرویی که سلونوئیدها می توانند ایجاد کنند وجود دارد.

این بدان معنی است که آنها نمی توانند مستقیماً دریچه هایی را که به نیروهای جابجایی بالا نیاز دارند تغییر دهند. علاوه بر این، شیرهایی که از شیرهای برقی بزرگ استفاده می کنند، زمانی که شیرها باید برای فواصل طولانی فعال بمانند، انرژی الکتریکی قابل توجهی مصرف می کنند. تجمع گرما نیز می تواند در این شرایط مشکلاتی ایجاد کند. راه حل این است که از شیر برقی کوچک و کم مصرف در ترکیب با فشار پایلوت استفاده کنید. شیر برقی جریان پایلوت را شروع و متوقف می کند، و فشار پیلوت نیروی زیادی را برای جابجایی مکانیزم هدایت جریان شیر فراهم می کند (شکل 5) .

5. این نمای بریده از یک دریچه کنترل جهتی از نوع قرقره دارای شیر پایلوت است. هنگامی که نیروی مورد نیاز برای جابجایی قرقره اصلی شیر از حد عملی یک سلونوئید فراتر رود، شیر پایلوت از فشار سیال برای جابجایی قرقره اصلی به چپ یا راست استفاده می کند.

بسیاری از شیرها دارای ترکیبی از این عملگرها هستند به طوری که می توان شیر را در پاسخ به بیش از یک نوع سیگنال جابجا کرد. به عنوان مثال، شیر برقی یک شیر 4/3 می تواند قرقره سوپاپ را در یک جهت جابجا کند، و هنگامی که سیگنال الکتریکی متوقف می شود، یک فنر آن را به حالت خنثی برمی گرداند. از آنجایی که بسیاری از شیرها از بیش از یک نوع اپراتور استفاده می کنند، تعیین نقش هر یک از آنها مهم است. به عنوان مثال، یک شیر خلبان-سلونوئید ممکن است برای کار کردن به جریان پیلوت و توان الکتریکی نیاز داشته باشد. یا ممکن است از یکی استفاده کند: برق شیر برقی اگر منبع الکتریکی در دسترس باشد، یا عملیات آزمایشی محیطی که باید ضد انفجار باشد.