نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک

هنگامی که شماتیک مدار هیدرولیک را باز می کنید و آن خطوط منحنی را با فلش هایی که از میان آنها نشان می دهند می بینید، به دریچه های کنترل جریان نگاه می کنید. این نمادها ممکن است ساده به نظر برسند، اما دقیقاً به شما می گویند که چگونه یک ماشین سرعت را کنترل می کند، انرژی را مدیریت می کند و از اجزای گران قیمت محافظت می کند. نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک فقط یک نقشه نیست. این زبانی است که نشان می‌دهد آیا یک ماشین حفاری در حین پیشرفت صحبت می‌کند، آیا بازوی بیل مکانیکی زیر بار حرکت می‌کند یا اینکه آیا یک سیستم انرژی را برای گرم کردن مخزن نفت هدر می‌دهد.

نمادهای نموداری برای این شیرها از استاندارد ISO 1219-1 پیروی می کنند که مهندسان صنایع در سراسر جهان از آن برای مستندسازی سیستم های هیدرولیک استفاده می کنند. یادگیری خواندن این نمودارها به معنای درک این است که هر خط، فلش و شکل هندسی در سخت افزار فیزیکی که در داخل بدنه دریچه نشسته است، چه چیزی را نشان می دهد.

رمزگشایی اجزای نماد ISO 1219-1

یک سوپاپ پایه دریچه گاز در نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک به صورت دو خط منحنی روبروی یکدیگر ظاهر می شود که یک گذرگاه باریک برای سیال ایجاد می کند. این کمان های متضاد محدودیت جریان را نشان می دهند. هنگامی که یک فلش مورب را می بینید که از این نماد عبور می کند، به این معنی است که شیر قابل تنظیم است. کسی می تواند یک دستگیره را بچرخاند یا یک پیچ را تنظیم کند تا میزان باز شدن شیر را تغییر دهد. اگر پیکانی وجود نداشته باشد، به یک روزنه ثابت نگاه می کنید که پس از نصب قابل تنظیم نیست.

جهت در این نمودارها بسیار مهم است. نماد سوپاپ برگشت مانند توپی است که در یک صندلی V شکل نشسته است. هنگامی که مایع در برابر توپ جریان می یابد، آن را محکم می بندد. هنگامی که مایع به سمت دیگر جریان می یابد، توپ را از صندلی خود فشار می دهد و آزادانه جریان می یابد. بسیاری از برنامه های کاربردی کنترل جریان فقط به کنترل سرعت در یک جهت نیاز دارند. به عنوان مثال، یک میز ماشینکاری به تغذیه آهسته در برش نیاز دارد اما باید به سرعت برگردد. این جایی است که دریچه گاز تک جهت وارد می شود.

در نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک، یک دریچه گاز تک جهتی، نماد دریچه گاز را با نماد سوپاپ برگشت موازی ترکیب می کند. این دو جزء کنار هم قرار می گیرند و اغلب در یک جعبه چین دار قرار می گیرند که نشان می دهد در یک بدنه دریچه فیزیکی ساخته شده اند. روغنی که از یک طرف جریان می‌یابد، گاز می‌گیرد و سرعت محرک را کند می‌کند. روغنی که در جهت مخالف جریان می یابد، سوپاپ برگشت را باز می کند و دریچه گاز را به طور کامل دور می زند و امکان حرکت برگشت سریع با حداقل افت فشار را فراهم می کند.

دریچه‌های کنترل جریان جبران‌شده فشار، عنصر نماد دیگری را اضافه می‌کنند: یک فلش عمودی کوچک روی خط ورودی که به سمت بالا است. این فلش به شما می گوید که شیر حاوی یک تنظیم کننده فشار خودکار است که به صورت سری با دریچه گاز دستی ساخته شده است. جبران کننده فشار بدون توجه به تغییرات بار، یک افت فشار ثابت را در سرتاسر دهانه دریچه گاز حفظ می کند. بدون این ویژگی، وقتی سیلندر به بار سنگین‌تری فشار می‌آورد، افزایش فشار برگشتی اختلاف فشار را در سراسر دریچه گاز کاهش می‌دهد، که به طور خودکار حرکت را کند می‌کند حتی اگر تنظیم دریچه گاز تغییر نکرده باشد. مکانیسم جبران این مشکل را با سنجش فشارهای بالادست و پایین دست و تنظیم خودکار یک عنصر شیر داخلی برای حفظ افت فشار دقیقاً در 0.5 تا 1.0 مگاپاسکال برطرف می کند.

نمادهای جبران دما کمتر ظاهر می شوند اما برای کاربردهای دقیق اهمیت دارند. یک دایره کوچک یا نماد دماسنج در نزدیکی نماد دریچه گاز نشان می دهد که دریچه به جای یک گذرگاه باریک و طولانی از طراحی دهانه لبه تیز استفاده می کند. لبه های تیز جریان آشفته ای ایجاد می کنند که در آن ضریب تخلیه علی رغم تغییرات ویسکوزیته نسبتاً ثابت می ماند. با گرم شدن روغن هیدرولیک در حین کار، ویسکوزیته آن به طور تصاعدی کاهش می یابد. در گذرگاه‌های طولانی و نازک که تحت شرایط جریان آرام کار می‌کنند، این تغییر ویسکوزیته به طور قابل‌توجهی بر نرخ جریان طبق قانون هاگن-پوازوی تأثیر می‌گذارد. یک دهانه لبه تیز این حساسیت دما را که مهندسان آن را جبران دما می نامند، به حداقل می رساند.

دسته های اصلی شیرهای کنترل جریان

نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک سه خانواده اصلی شیر را نشان می دهد که هر کدام دارای ویژگی های نماد متمایز و اصول عملیاتی هستند.

دریچه گاز ساده

دریچه گاز ساده نشان دهنده اساسی ترین طراحی است. نماد نمودار آن فقط محدودیت قابل تنظیم را بدون هیچ جزء اضافی نشان می دهد. از نظر فیزیکی، این دریچه معمولاً از یک قرقره سوزنی شکل با زاویه مخروطی بسیار کوچک که در مقابل یک صندلی با لبه تیز قرار دارد استفاده می کند. چرخاندن یک دسته تنظیم سوزن را به صورت محوری در امتداد یک نخ ظریف حرکت می دهد و تغییرات دقیقی در ناحیه جریان حلقوی ایجاد می کند. این شیرها هزینه کمتری دارند و کمترین فضا را اشغال می کنند، اما هر زمان که فشار سیستم تغییر می کند یا دمای روغن تغییر می کند، سرعت جریان آنها تغییر می کند. آنها برای کاربردهایی که بار ثابت می ماند، مانند چرخ سنگ زنی یا تسمه نقاله، به طور قابل قبولی کار می کنند، اما نمی توانند سرعت پایدار را تحت شرایط بار متغیر حفظ کنند.

شیرهای جبران فشار

دریچه‌های جبران‌کننده فشار که دریچه‌های کنترل جریان با جبران یا به سادگی تنظیم‌کننده‌های جریان نیز نامیده می‌شوند، روی نمودارهایی با نماد فلش فشار سنج مشخص می‌شوند. در داخل بدنه سوپاپ دو محدودیت به صورت سری وجود دارد: دریچه گاز قابل تنظیم به صورت دستی و تنظیم کننده فشار خودکار. رگولاتور از یک قرقره فنری تشکیل شده است که فشار را هم قبل و هم بعد از دریچه گاز دستی حس می کند. هنگامی که بار افزایش می یابد و فشار پایین دست افزایش می یابد، فشار دیفرانسیل در سراسر دریچه گاز سعی می کند کاهش یابد. قرقره جبران کننده فوراً با باز کردن بیشتر پاسخ می دهد و محدودیت خود را کاهش می دهد، که فشار بالادست را مجبور می کند تا به اندازه کافی افزایش یابد تا افت فشار اولیه در دریچه گاز دستی بازگردد. این به طور مداوم و به طور خودکار در حین کار سیستم اتفاق می افتد.

تعادل نیرو روی قرقره جبران کننده این رفتار خود تنظیمی را ایجاد می کند. نیروی فنر قرقره را به سمت حالت بسته هل می دهد. فشار پایین دست (فشار بار) نیز آن را به سمت بسته شدن سوق می دهد. فشار بالادست آن را به سمت باز هل می دهد. در حالت تعادل، فشار بالادست برابر با فشار پایین دست به اضافه نیروی فنر تقسیم بر مساحت موثر قرقره است. با انتخاب دقیق فنر در طول طراحی شیر، سازندگان افت فشار جبرانی را روی یک مقدار مشخص تنظیم می‌کنند، معمولاً 0.5 مگاپاسکال برای شیرهای کوچک تا 1.0 مگاپاسکال برای شیرهای صنعتی بزرگ. از آنجایی که این افت فشار بدون توجه به بار ثابت می ماند و به دلیل اینکه ناحیه دریچه گاز به صورت دستی تنظیم و ثابت می شود، نرخ جریان مستقل از بار می شود. بوم بیل مکانیکی خواه سطل خالی باشد یا دو تن خاک با همان سرعت گسترش می یابد.

سوپاپ های اولویت

شیرهای اولویت در نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک به صورت یک جعبه مستطیلی حاوی یک قرقره بایاس فنر با سه پورت با برچسب P (پمپ)، CF (جریان ثابت یا اولویت) و EF (جریان اضافی یا بای پس) نشان داده می شوند. این شیرها اطمینان حاصل می کنند که عملکردهای حیاتی قبل از تغذیه مدارهای بحرانی کمتر جریان مورد نیاز خود را دریافت می کنند. کاربرد کلاسیک سیستم های فرمان روی لودرهای چرخدار و تراکتورهای کشاورزی است. مدار فرمان به CF متصل می شود، در حالی که عملکردهای کاری مانند شیب سطل به EF متصل می شود. یک خط سیگنال فشار از واحد فرمان به یک انتهای قرقره سوپاپ اولویت برگشته و به فنر فشار می آورد. هنگامی که اپراتور فرمان را به سرعت می‌چرخاند، این فشار سیگنال افزایش می‌یابد و قرقره را فشار می‌دهد تا حداکثر جریان را به CF هدایت کند در حالی که EF را خفه می‌کند. هنگامی که تقاضای فرمان کاهش می یابد، قرقره تحت نیروی فنر برمی گردد و جریان را به عملکردهای کار می دهد. این مانع از موقعیت خطرناکی می شود که در آن اپراتور نمی تواند هدایت کند زیرا تمام جریان پمپ توسط یک چکش هیدرولیک یا سایر اتصالات مصرف می شود.

2. etapp – rõhu tõus:

دریچه‌های تقسیم‌کننده جریان، که در نمودارها به‌عنوان یک جعبه با دو خروجی و نمادهای دریچه گاز متصل به هم در داخل نشان داده شده‌اند، بدون در نظر گرفتن تفاوت‌های بار جداگانه، جریان برابر (یا تقسیم متناسب) را به دو یا چند محرک وادار می‌کنند. همگام سازی دو سیلندر که بارهای نابرابر را فشار می دهند معمولاً با شکست مواجه می شود زیرا سیلندر با مقاومت پایین تر جلوتر می رود. تقسیم کننده شامل دو عنصر دریچه گاز است که دقیقاً مطابقت دارند و مسیرهای بازخورد فشار آنها را به هم متصل می کند. اگر یک طرف بار بیشتری ببیند، فشار افزایش یافته آن از طریق یک گذرگاه داخلی به دریچه گاز طرف دیگر ارتباط برقرار می کند، که سپس به طور خودکار بیشتر محدود می شود تا تقسیم جریان یکسان شود. تقسیم‌کننده‌های نوع چرخ دنده از دو موتور هیدرولیک استفاده می‌کنند که به طور صلب روی یک شفت مشترک کوپل شده‌اند و به طور مکانیکی جابجایی برابر را مجبور می‌کنند.

استراتژی های پیکربندی مدار

جایی که یک شیر کنترل جریان را در یک مدار هیدرولیک قرار می دهید، رفتار، کارایی و ویژگی های ایمنی سیستم را به طور اساسی تغییر می دهد. سه آرایش کلاسیک مدارهای ورودی، کنتور خروجی و خروجی هستند. درک نمودارهای آنها به مهندسان کمک می کند تا مشکلات سرعت را تشخیص داده و راه حل های مناسب را انتخاب کنند.

پیکربندی تروتتلینگ متر در

در مدارهای کنتور، نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک، عنصر کنترل جریان را که بین پمپ و ورودی محرک قرار دارد نشان می دهد. این قرارگیری ورود روغن به سیلندر را محدود می کند و با محدود کردن سیال موجود، سرعت گسترش را کنترل می کند. پمپ به ارائه جابجایی کامل خود ادامه می دهد، اما جریان اضافی بالای آنچه از دریچه گاز عبور می کند، از شیر کمکی به مخزن باز می گردد.

مشخصات فشار هنگام تجزیه و تحلیل نیروها مشخص می شود. فشار ورودی سیلندر برابر است با نیروی بار تقسیم بر سطح پیستون ($$P_1 = F/A$$). فشار سمت پمپ در تنظیم شیر تخلیه بسته می شود، معمولاً 15 تا 35 مگاپاسکال بسته به کاربرد. این باعث ایجاد یک افت فشار ثابت و بزرگ در سراسر شیر می شود که حرارتی برابر با فشار بار جریان ($$P \\ برابر Q$$) تولید می کند. سیستم گرم کار می کند و پمپ حتی در هنگام انجام کارهای سبک به سختی در برابر فشار تسکین دهنده کار می کند.

دریچه گاز متر در برای بارهای مقاومتی که در آن نیروی خارجی مخالف حرکت سیلندر است، به آرامی کار می کند. میز ماشین فرز که به قطعه کار وارد می شود یا چرخ سنگزنی که در برابر ریخته گری پیش می رود، هر دو نشان دهنده بارهای مقاومتی هستند. حرکت کنترل شده و قابل پیش بینی باقی می ماند. با این حال، meter-in شرایط خطرناکی را با بارهای بیش از حد ایجاد می کند که به آن بارهای منفی یا بارهای فرار نیز می گویند. یک استوانه عمودی را در نظر بگیرید که وزن سنگینی را پایین می آورد. گرانش میله پیستون را سریعتر از آن چیزی که جریان ورودی گاز می تواند سمت کشیده را پر کند، میله پیستون را به سمت پایین می کشد. این باعث ایجاد خلاء در محفظه سیلندر می شود و باعث آسیب حفره، حرکت نامنظم و سقوط بار احتمالی می شود. به همین دلیل، مهندسان هرگز از دریچه گاز سنج برای پایین آمدن، پایین آوردن لیفتراک یا هر برنامه ای که بار به حرکت سیلندر کمک می کند، استفاده نمی کنند. نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک برای این کاربردها باید پیکربندی مدارهای کنتور یا متعادل را نشان دهند.

پیکربندی throttling متر-اوت

خروجی متر، شیر کنترل جریان را روی درگاه اگزوز محرک قرار می دهد. این نمودار سوپاپ بین سیلندر و مخزن را نشان می دهد که خروج روغن را محدود می کند. سمت ورودی نسبتاً مستقیماً به پمپ متصل می شود و اجازه می دهد تا محفظه گسترش آزاد پر شود. سیلندر فقط به همان سرعتی حرکت می کند که دریچه گاز اجازه می دهد روغن از محفظه جمع شونده خارج شود.

این آرایش باعث ایجاد فشار برگشتی در سمت اگزوز می شود که سفتی و کنترل را حتی با بارهای بیش از حد فراهم می کند. هنگامی که گرانش یک بار معلق را به سمت پایین می کشد، دریچه گاز اگزوز با نگه داشتن فشار معکوس از فرار جلوگیری می کند. سیلندر به طور موثر خود را به صورت هیدرولیکی ترمز می کند. این متر را به گزینه استاندارد برای دوک های حفاری عمودی، پایین آوردن بوم جرثقیل و هر برنامه ای که نیاز به کنترل بارهای منفی دارد تبدیل می کند.

این آرایش باعث ایجاد فشار برگشتی در سمت اگزوز می شود که سفتی و کنترل را حتی با بارهای بیش از حد فراهم می کند. هنگامی که گرانش یک بار معلق را به سمت پایین می کشد، دریچه گاز اگزوز با نگه داشتن فشار معکوس از فرار جلوگیری می کند. سیلندر به طور موثر خود را به صورت هیدرولیکی ترمز می کند. این متر را به گزینه استاندارد برای دوک های حفاری عمودی، پایین آوردن بوم جرثقیل و هر برنامه ای که نیاز به کنترل بارهای منفی دارد تبدیل می کند.

دریچه گذر (Bypass) Bloed-Off

مدارهای تخلیه، شیر کنترل جریان را در یک خط انشعاب موازی با محرک نشان می دهند و یک مسیر میانبر مستقیماً به مخزن ایجاد می کنند. نمودار جریان پمپ را در یک سه راهی به تصویر می کشد که یک مسیر از شیر به مخزن می رود و مسیر دیگر سیلندر را تغذیه می کند. این کنترل تفریق است - دریچه به جای محدود کردن عرضه محرک، جریان ناخواسته را منحرف می کند.

جریان پمپ به جریان سیلندر به اضافه جریان تخلیه ($$Q_{pump} = Q_{cylinder} + Q_{bleedoff}$$) تقسیم می‌شود. باز کردن شیر تخلیه جریان بیشتری را به مخزن تخلیه می کند و سیلندر را کند می کند. بستن آن جریان بیشتری را به محرک هدایت می کند و حرکت را تسریع می کند. تفاوت اساسی با کنتور ورودی و خروجی این است که پمپ هرگز نیازی به ایجاد فشار تخلیه کامل ندارد مگر اینکه بار به آن نیاز داشته باشد. اگر سیلندر فقط 5 مگاپاسکال فشار بار را فشار دهد، پمپ فقط 5 مگاپاسکال تولید می کند (به علاوه یک حاشیه کوچک برای تلفات خط). جریان اضافی در این فشار کاری کم، نه در تنظیم تسکین 20 یا 30 مگاپاسکال، از بین می رود. اتلاف انرژی برابر است $$P_{load} \\ برابر Q_{excess}$$، که به طور قابل‌توجهی کمتر از $$(P_{relief} \\time Q_{excess})$$ در سیستم‌های ورودی/خروجی است.

این مزیت بهره وری باعث می شود که bleed-off برای برنامه های کاربردی انرژی مانند تجهیزات کشاورزی، نوار نقاله های حمل مواد و تجهیزات سیار که مصرف سوخت اهمیت دارد، جذاب باشد. سیستم خنک تر کار می کند و انرژی کمتری را به عنوان گرما هدر می دهد. با این حال، بلید آف پایداری سرعت ضعیفی را فراهم می‌کند زیرا جریان پمپ با فشار تغییر می‌کند (با افزایش فشار، راندمان حجمی کاهش می‌یابد)، و جریان دریچه تخلیه نیز با تغییر فشار در سراسر آن تغییر می‌کند. هنگامی که بار نوسان می کند، سرعت نیز تغییر می کند. این امر باعث می‌شود تا در برنامه‌هایی که دقت سرعت مطلق مهم نیست، مانند همزن‌های مخلوط‌کن یا نوار نقاله‌های شاتل متناوب، نشتی خاموش شوند. مانند متر-این، bleed-off نمی تواند به طور ایمن بارهای بیش از حد را تحمل کند، زیرا فشار برگشتی برای مقاومت در برابر حرکت ناشی از بار ایجاد نمی کند. عملگر بدون توجه به تنظیم دریچه تخلیه، تحت گرانش یا اینرسی شتاب می گیرد.

ویژگی های نمودار پیشرفته برای سیستم های پیچیده

نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک در دنیای واقعی اغلب چندین نوع شیر را ترکیب کرده و عناصر حسگر را برای رسیدگی به نیازهای پیچیده کنترلی اضافه می کنند.

شیرهای کنترل جریان متناسب روی نمودارها با نماد جعبه اضافی نشان دهنده شیر برقی متناسب ظاهر می شوند. این محرک الکتریکی جایگزین دستگیره تنظیم دستی می شود. جریانی که از سیم پیچ برقی عبور می کند، نیروی مغناطیسی متناسب با آمپر ایجاد می کند و قرقره سوپاپ را به موقعیت مربوطه فشار می دهد. یک سیگنال 200 میلی آمپر ممکن است 20 درصد باز شدن دریچه ایجاد کند، در حالی که 1000 میلی آمپر جریان کامل را می دهد. شیرهای متناسب مدرن شامل ترانسفورماتورهای دیفرانسیل متغیر خطی (حسگرهای LVDT) هستند که موقعیت واقعی قرقره را اندازه گیری می کنند و برای کنترل حلقه بسته به تقویت کننده باز می گردند. این اجازه می دهد تا رمپ های شتاب کنترل شده توسط کامپیوتر، پروفایل های کاهش سرعت و برنامه های سرعت چند نقطه ای با دریچه های دستی غیرممکن باشد.

نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک برای ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی، شیرهای متناسبی را نشان می‌دهند که حرکت پیچ تزریق را از طریق منحنی‌های سرعت پیچیده کنترل می‌کنند. پیچ به آهستگی شروع به کار می کند تا از جهش جلوگیری کند، سپس برای پر شدن سریع حفره سرعت می گیرد، سپس دوباره کند می شود تا از بسته شدن بیش از حد و فلاش جلوگیری شود. برنامه کنترل ممکن است دارای هشت نقطه تنظیم سرعت مختلف در طول ضربه تزریق باشد، با انتقال صاف بین آنها. این نمودار شامل سنسورهای موقعیت است (که به صورت جعبه های کوچک روی سیلندر کشیده شده اند) که به کنترل کننده می گویند پیچ ​​کجاست و امکان همگام سازی دقیق سرعت با موقعیت را فراهم می کند.

شیرهای اولویت سنج بار تکاملی از شیرهای اولویت اصلی را نشان می دهند. این نمودار یک خط سیگنال اضافی را نشان می دهد (معمولاً به عنوان یک خط چین نازک ترسیم می شود) که از شیر مداری فرمان به سمت شیر ​​اولویت باز می گردد. این خط یک سیگنال فشار متناسب با تقاضای فرمان حمل می کند. هنگامی که اپراتور چرخ را به آرامی و بدون بار می چرخاند، فشار سیگنال پایین است، شاید 2 تا 3 مگاپاسکال. جبران کننده سوپاپ اولویت فقط پورت CF را تا حدی باز می کند و جریان کافی را برای ورودی فرمان ملایم ارسال می کند و در عین حال بیشتر جریان را به EF برای اتصالات کار می دهد. هنگامی که اپراتور چرخ را با سرعت کامل به اطراف می چرخاند یا با مقاومت بالایی در سیلندرهای فرمان مواجه می شود، فشار سیگنال به 15 مگاپاسکال یا بیشتر می رسد. این فشار بر روی قرقره سوپاپ اولویت در برابر فنر آن اثر می‌گذارد و سوپاپ را مجبور می‌کند کاملاً به سمت CF باز شود و تقریباً در برابر EF بسته شود و اطمینان حاصل شود که تمام جریان پمپ موجود به سمت فرمان می‌رود. نتیجه فرمانی است که همیشه بدون اتلاف ظرفیت پمپ در زمانی که تقاضای فرمان سبک است، پاسخگو است. این سیستم حسگر بار دینامیکی مصرف سوخت را در مقایسه با سیستم‌های اولویت جریان ثابت قدیمی‌تر بهبود می‌بخشد.

مدارهای تقسیم‌کننده جریان برای سیلندرهای همگام، مسیرهای بازخورد داخلی را در نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک به‌عنوان خطوط نقطه‌دار متقاطع که دو عنصر دریچه گاز را به هم متصل می‌کنند، نشان می‌دهند. یک شاخه ممکن است فشار بار بیشتری را نشان دهد و باعث شود عنصر دریچه گاز آن کمی باز شود. از طریق گذرگاه یکسان سازی فشار، این سیگنال فشار به پیستون کنترل شاخه دیگر می رسد و دریچه گاز آن را مجبور می کند که به طور متناسب محدود شود. دو طرف به طور پیوسته تنظیم می کنند تا نسبت جریان طراحی شده را حفظ کنند، معمولاً 50-50 برای سیلندرهای مساوی یا 60-40 یا نسبت های دیگر برای بارهای نابرابر. این نمودار به وضوح بین تقسیم کننده های نوع موتور (نشان داده شده با دو علامت دنده روی یک شفت مشترک) و تقسیم کننده های نوع قرقره (نشان داده شده با عناصر دریچه گاز به هم پیوسته) تمایز قائل می شود. تقسیم کننده های نوع موتور تقسیم بندی بسیار دقیقی را ارائه می دهند اما هزینه بیشتری دارند و فضای بیشتری را اشغال می کنند. تقسیم‌کننده‌های نوع قرقره‌ای برای کاربردهایی مانند همگام‌سازی درب عقب کامیون که در آن دقت 5 درصد کافی است، کافی است.

Гидравликалық бағыттағыш клапандары сұйық электр жүйелерінің командалық орталығы ретінде қызмет етеді, бұл сұйықтықтың қайда, қайда және қалай қысым жасайтын сұйықтықтың қозғалуына және қалай қысым жасайтындығын анықтайды.

نگاهی به نمودارهای کامل سیستم نشان می دهد که مهندسان چگونه شیرهای کنترل جریان را برای حل چالش های عملیاتی واقعی ترکیب می کنند.

مدارهای نوسان بیل مکانیکی استفاده پیچیده از دریچه گاز کنتور را نشان می دهد. نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک برای یک بیل مکانیکی 30 تنی، دریچه های تخلیه موتور هیدرولیک را نشان می دهد که قبل از رسیدن به مخزن، از شیرهای کنترل دریچه گاز متر خارج می شوند. هنگامی که اپراتور چرخش را شروع می کند، این شیرها جریان خروجی را محدود می کنند و فشار برگشتی ایجاد می کند که به آرامی ساختار فوقانی 8 تنی را بدون ضربه تسریع می کند. با نزدیک شدن تاب به موقعیت هدف، اپراتور جوی استیک را به سمت خنثی برمی گرداند و شیر کنترل اصلی شروع به مسیریابی جریان به مخزن می کند. اما جرم دوار دارای اینرسی فوق العاده است و می خواهد به چرخش خود ادامه دهد. موتور اکنون به عنوان پمپی عمل می کند که توسط اینرسی هدایت می شود و روغن را در مدار به عقب می راند. محدودیت خروجی متر از این جریان معکوس آزاد جلوگیری می کند و مقاومت ترمز ایجاد می کند. بدون این ویژگی، ماشین به اندازه متر از هدف خود تجاوز می کرد و سپس در حالی که اپراتور برای متوقف کردن توده نوسان می جنگید، نوسان می کرد. این نمودار همچنین شیرهای کمکی متقاطع بین پورت های موتور را نشان می دهد. این شیرهای اطمینان اوج فشار کاهش سرعت را به حدود 35 مگاپاسکال محدود می کنند. هنگامی که ترمز اضطراری رخ می دهد (جوی استیک اپراتور به حالت خنثی برخورد می کند)، در غیر این صورت سنبله اینرسی فشاری بیش از 50 مگاپاسکال ایجاد می کند که به مهر و موم موتور و یاتاقان ها آسیب می رساند.

نمودارهای دستگاه قالب گیری تزریقی انتقال از کنترل جریان به کنترل فشار را در طول چرخه قالب گیری نشان می دهد. سیلندر تزریق اصلی از طریق چندین فاز قابل مشاهده در نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک عمل می کند. در طول پر کردن قالب، یک دریچه جریان متناسب بزرگ، سرعت را کنترل می کند زیرا پیچ پلاستیکی را به داخل حفره مذاب می کند. نمودار حرکت جریان را از طریق شیر به انتهای درپوش سیلندر نشان می دهد در حالی که انتهای میله آزادانه به مخزن تخلیه می شود. بسته به اندازه قطعه، پر کردن ممکن است 1 تا 3 ثانیه طول بکشد. هنگامی که قالب به 95 درصد پر می شود، یک مبدل فشار (که به عنوان نماد الماس کوچک نشان داده شده است) روی خط انتهایی درپوش فشار افزایش را تشخیص می دهد. کنترلر حالت ها را تغییر می دهد. شیر جریان متناسب به یک دهانه کوچک کاهش می یابد (که با سیگنال جریان کاهش یافته نشان داده می شود) در حالی که یک شیر فشار متناسب (نماد متفاوت، نشان داده شده با نماد فنر فشار) کنترل می شود و فشار بسته را در حدود 10 تا 15 مگاپاسکال به مدت 5 تا 20 ثانیه نگه می دارد در حالی که پلاستیک خنک می شود. این فشار با انقباض پلیمر از ایجاد علائم فرورفتگی جلوگیری می کند. انتقال حالت مستلزم این است که هر دو دریچه به طور همزمان به صورت هماهنگ عمل کنند، که نمودار با خطوط کنترل (الکتریکی، که به صورت خطوط چین نشان داده شده است) که از هر دو دریچه به یک جعبه کنترل مرکزی اجرا می شود، نشان می دهد.

مدارهای احیا کننده برای حرکت نزدیک سریع اغلب در نمودارهای ماشین پرس و قالب گیری ظاهر می شوند. برای سرعت بخشیدن به پرس 500 تنی که قبل از اعمال نیروی شکل دهی به قطعه کار نزدیک می شود، مهندسان درگاه انتهای میله سیلندر را از طریق یک سوپاپ برگشتی که توسط خلبان کار می کند به درگاه انتهایی آن متصل می کنند. این یک حلقه بسته ایجاد می کند که در آن روغن خروجی از سمت میله (ناحیه A1) به جای رفتن به مخزن، مستقیماً به سمت درپوش (ناحیه A2 = A1 - A_rod) جریان می یابد. از آنجایی که A2 کوچکتر از A1 است، تخلیه سمت میله از تقاضای سمت درپوش بیشتر است. پمپ کسری را تامین می کند (جریان ناحیه A_rod)، اما در سرعت تعیین شده توسط جریان پمپ تقسیم بر سطح میله، که معمولاً 3 تا 5 برابر سریعتر از سرعت گسترش معمولی است. هنگامی که قوچ با قطعه کار تماس می گیرد، فشار بار افزایش می یابد، که بر روی شیر برگشتی که در نمودار نشان داده شده است، عمل می کند. افزایش فشار مسیر بازسازی را می بندد و مدار با قابلیت نیروی کامل به حالت عادی تبدیل می شود. نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک باید به وضوح این حلقه بازسازی را با جهت گیری مناسب شیر نشان دهد، زیرا نصب شیر برگشتی به عقب کل سیستم را قفل می کند.

عیب یابی تشخیصی با استفاده از نمودارها

~30-50 ms

رانش جریان در طول زمان معمولاً اثرات مربوط به دما یا شکست جبران فشار را نشان می دهد. اگر یک سیستم پس از 20 دقیقه کارکرد کند شود، اولین مرحله تشخیصی تأیید این است که آیا شیر کنترل جریان دارای ویژگی جبران دما است (نماد روزنه لبه تیز در نمودار). دریچه‌های سوزنی استاندارد بدون جبران، با گرم شدن سیستم از 30 درجه سانتی‌گراد به 60 درجه سانتی‌گراد، افزایش جریان 15 تا 25 درصدی را نشان می‌دهند، زیرا ویسکوزیته روغن به طور تصاعدی با دما کاهش می‌یابد. در شرایط جریان آرام در معابر دریچه گاز طولانی، نرخ جریان با ویسکوزیته مطابق با اصول جریان هاگن-پوازوی نسبت معکوس دارد. اگر نمودار یک شیر جبران‌کننده دما را نشان می‌دهد (که با نماد نقطه و خط یا نماد لبه تیز نشان داده می‌شود)، اما رانش همچنان رخ می‌دهد، احتمالاً مشکل در آلودگی است. رسوبات لاک ناشی از روغن اکسید شده قرقره جبران کننده را می پوشاند و اصطکاک ایجاد می کند که از ردیابی صحیح تغییرات فشار توسط قرقره جلوگیری می کند. جبران کننده در یک موقعیت "گیر" می کند و یک شیر جبران کننده فشار گران قیمت را به یک دریچه گاز اولیه با جریان وابسته به بار تبدیل می کند.

بررسی افت فشار واقعی در شیر مشکوک این تشخیص را تایید می کند. گیج های فشار را در درگاه های ورودی و خروجی که در نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک نشان داده شده است نصب کنید. فشار دیفرانسیل را در شرایط بدون بار و بار کامل اندازه گیری کنید. یک جبران کننده عملکردی ΔP (معمولاً 0.5 تا 1.0 مگاپاسکال) را بدون توجه به بار ثابت نگه می دارد. اگر ΔP تحت بار به طور قابل توجهی کاهش یابد، جبران کننده از کار افتاده است. راه حل جداسازی و تمیز کردن است، یا در صورت تجاوز از حد سایش، تعویض می شود. کد تمیزی ISO 4406 برای روغن باید 19/17/14 یا بهتر برای شیرهای دقیق باشد، به این معنی که بیش از 2500 ذره بزرگتر از 4 میکرون در هر 100 میلی لیتر سیال وجود ندارد.

مشکلات سرعت جهت معکوس با دریچه‌های دریچه گاز تک جهتی مستقیماً به بررسی خرابی سوپاپ اشاره دارد. نمودار نشان می دهد که روغن به سمت عقب در شیر جریان می یابد و باید به راحتی توپ چک را باز کند و دریچه گاز را دور بزند. اگر حرکت معکوس آهسته باشد، توپ چک در اثر آلودگی بسته شده است، یا فنر چک شکسته شده و توپ را در یک موقعیت متوسط ​​قرار داده است که تا حدی جریان را مسدود می کند. تفنگ دمای مادون قرمز که بدنه سوپاپ را اسکن می کند اغلب این شکست را نشان می دهد - ناحیه اطراف شیر چک گیر کرده به دلیل افت فشار بالا به شدت داغ می شود (احتمالاً 80 تا 90 درجه سانتیگراد) زیرا روغن از شکاف کوچک دریچه گاز به جای ناحیه بای پس بزرگ سوپاپ عبور می کند. افزایش دما برابر است با افت فشار ضربدر جریان تقسیم بر ظرفیت گرمایی ویژه و سرعت جریان جرمی روغن و به راحتی با ابزارهای غیر تماسی اندازه گیری می شود.

خزش سیلندر (دریفت آهسته تحت بار) هنگامی که سوپاپ جهت در موقعیت خنثی قرار می گیرد، نشان دهنده نشتی داخلی از کنار قرقره یا نشیمنگاه شیر کنترل جریان است. این به طور مستقیم در نمودار نشان داده نمی شود، اما درک مدار به تشخیص کمک می کند. اگر نمودار دریچه گاز را نشان دهد، سیلندر توسط روغن محبوس شده در هنگام بسته شدن سوپاپ جهت قفل می شود. فشار محبوس شده بالا در سمت میله باعث ایجاد اختلاف فشار در سراسر شیر کنترل جریان می شود، حتی اگر هر دو پورت آن به محفظه های مسدود شده متصل شوند. هر گونه سایش روی قرقره یا صندلی سوپاپ باعث ریزنشت از فشار بالا به فشار پایین می شود و سیلندر به آرامی جابجا می شود. تنها راه‌حل‌ها، شیرهای آب‌بندی محکم‌تر (طراحی‌های بدون نشتی به جای انواع قرقره)، اضافه کردن یک شیر بازرسی مجزا (شیر تعادل) برای قفل مثبت بار، یا پذیرش مقدار کمی دریفت در صورت عدم تأثیر بر عملکرد است.

تغییرات سرعت هماهنگ با تغییرات فشار سیستم، نیاز به جبران فشار را در جایی که وجود ندارد، نشان می دهد. اگر نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک یک نماد پایه دریچه گاز را بدون فلش جبران نشان دهد، نرخ جریان شیر ریشه دوم اختلاف فشار را ردیابی می کند. یک بررسی نمودار مدار که تنظیم شیر تسکین سیستم، منحنی جریان پمپ و مشخصات بار محرک را نشان می‌دهد، می‌تواند میزان تغییرات سرعت را پیش‌بینی کند. با فشار 10 مگاپاسکال و فشار بار 5 مگاپاسکال، ΔP موجود در یک دریچه گاز متر در 5 مگاپاسکال است. اگر فشار بار در حین برش سنگین به 7 مگاپاسکال افزایش یابد، ΔP موجود به 3 مگاپاسکال کاهش می‌یابد، و جریان به $$\\sqrt{3/5} = 0.77$$ یا 77 درصد سرعت اولیه کاهش می‌یابد - کاهش سرعت 23 درصدی بسیار محسوس. مهندس این امر را با تجزیه و تحلیل مناطق فشار نمودار مشاهده می کند و توصیه می کند که به یک شیر کنترل جریان جبران شده با فشار (با نماد پیکان جبرانی) ارتقا دهید.

خواندن نمودارها برای تصمیمات طراحی سیستم

مهندسان از نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک نه تنها برای عیب یابی بلکه به عنوان ابزارهای پیش بینی کننده در طول طراحی سیستم استفاده می کنند تا از مشکلات قبل از وقوع جلوگیری کنند.

هنگام انتخاب توپولوژی مدار، نمودار به تجسم مکانیسم های جریان انرژی و تلفات کمک می کند. ترسیم مدار کامل با تمام محدودیت های نشان داده شده نشان می دهد که تلفات دریچه گاز در کجا رخ می دهد. در یک سیستم کنتور، اتلاف انرژی برابر است با فشار پمپ ضربدر جریان اضافی که روی شیر تسکین می‌رود. برای یک پمپ 100 لیتری در دقیقه که با فشار 20 مگاپاسکال کار می‌کند و تنها 40 LPM از طریق دریچه گاز به محرک می‌رود، تولید گرما 20 دلار \\ متن{MPa} \\ برابر 60 \\ متن{LPM} = 20 \\ متن{ کیلووات} دلار ضایعات حرارتی خالص است. این به یک خنک کننده روغن بزرگ نیاز دارد و سیال حتی با خنک شدن به دمای حدود 65 درجه سانتیگراد می رسد. همین برنامه با استفاده از توپولوژی bleed-off ممکن است تنها با فشار کاری 8 مگاپاسکال (که توسط بار تعیین می‌شود) کار کند، که باعث اتلاف 8$ \\text{MPa} \\times 60 \\text{LPM} = 8 \\text{kW}$$ می‌شود که کمتر از نصف بار حرارتی است. این سیستم می‌تواند از یک خنک‌کننده کوچک‌تر استفاده کند، روغن در دمای 45 درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند، عمر پمپ سال‌ها افزایش می‌یابد و مصرف برق به نسبت کاهش می‌یابد.

محاسبات تشدید فشار مستقیماً از هندسه نمودار حاصل می شود. هنگامی که یک سیلندر قطر سوراخ 100 میلی متر و قطر میله 50 میلی متر را نشان می دهد، ناحیه انتهایی درپوش 7854 میلی متر مربع است در حالی که ناحیه انتهای میله فقط 5890 میلی متر مربع است (مساحت حلقوی = مساحت کامل منهای سطح میله). نسبت مساحت 1.33 به این معنی است که دریچه گاز متره فشار را حداقل 33 درصد تشدید می کند. اگر پمپ 15 مگاپاسکال را به انتهای کلاهک برساند، فشار انتهای میله تحت هیچ بار خارجی به دلیل هندسه به تنهایی حداقل 20 مگاپاسکال می شود. بار مقاومتی را با فشار 3 مگاپاسکال به عقب اضافه کنید و فشار انتهای میله به 23 مگاپاسکال می رسد. هر شیلنگ، اتصالات، و مهر و موم در مدار انتهای میله نیاز به درجه فشار بالای 25 مگاپاسکال (با حاشیه ایمنی) دارد، در غیر این صورت خرابی رخ خواهد داد. مهندسان این محاسبات را مستقیماً روی نمودار با حاشیه نویسی فشار نشان می دهند که حداکثرهای مورد انتظار را در هر مکان نشان می دهد.

این نمودار همچنین اندازه شیر جریان را راهنمایی می کند. ضرایب جریان Cv یا Kv در کاتالوگ شیرها نشان داده می شود که میزان جریان را در افت فشار 1 بار نشان می دهد. اگر سیستم به 60 LPM از طریق یک شیر جبران‌کننده فشار که 0.5 مگاپاسکال (5 بار) ΔP را حفظ می‌کند، نیاز دارد، سپس به عقب کار می‌کند، شیر به $$Cv = Q / \\sqrt{\\Delta P} = 60 / \\sqrt{5} = 27 $ $ گالن در دقیقه در 1 بار نیاز دارد. این مشخص می کند که کدام مدل از محدوده تولید کننده متناسب با برنامه است. بزرگی بیش از حد پول را هدر می دهد و واکنش کنترلی آهسته ایجاد می کند. کوچک بودن باعث افت فشار بیش از حد، گرم شدن و فرسایش می شود.

درک نحوه تعامل چندین شیر کنترل جریان از اشتباهات طراحی جلوگیری می کند. یک خطای رایج این است که دو دریچه گاز را پشت سر هم قرار می دهیم بدون اینکه تشخیص دهیم آنها معادل تقسیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهند. اگر دریچه A دارای سطح باز شدن A1 و شیر B دارای سطح باز شدن A2 باشد، هر دو به صورت سری، جریان کل با باز شدن کوچکتر و مجموع افت فشار تعیین می شود. مهندس نمی تواند به طور مستقل سرعت را با هر دو شیر کنترل کند - شیر تنظیم A توزیع فشار را تغییر می دهد و بر جریان شیر B تأثیر می گذارد حتی اگر تنظیم B تغییر نکند. نمودار شیر کنترل جریان هیدرولیک باید این محدودیت‌های سری را نشان دهد و طراحی باید محدودیت‌های اضافی را حذف کند یا عمداً از آنها برای کنترل دقیق نسبت افت فشار استفاده کند.

نتیجه گیری

نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک با استفاده از نمادهای ISO 1219-1، درک کاملی از کنترل سرعت سیستم، بهره وری انرژی و حالت های خرابی قبل از ساخت سخت افزار در اختیار مهندسان قرار می دهد. نمادهای محدودیت منحنی نشان می دهند که آیا یک سوپاپ به عنوان یک دریچه گاز، تنظیم کننده جبران فشار، یا تقسیم کننده اولویت عمل می کند. نشانگرهای پیکان ویژگی های قابلیت تنظیم و جبران را نشان می دهند. محل قرارگیری مدار - کنتور ورودی، کنتور خروجی یا خونریزی - قابلیت بار و کارایی را تعیین می کند. خواندن این نمودارها مستلزم درک استانداردهای گرافیکی و اصول مکانیک سیالات در پشت هر نماد است. فلش مورب به معنای تنظیم انسان است. فلش عمودی به معنای جبران فشار است. شیر چک موازی به معنای کنترل تک جهتی با جریان معکوس آزاد است.

مهندسان توپولوژی مدار را با تجزیه و تحلیل جهت بار، سختی مورد نیاز، راندمان قابل قبول و درجه بندی فشار انتخاب می کنند. آنها خرابی ها را با مقایسه پیش بینی های نمودار در برابر فشارها و دماهای اندازه گیری شده تشخیص می دهند. آنها با استفاده از معادلات جریان و محاسبات فشار حاصل از هندسه مدار، اجزا را اندازه می‌دهند. این نمودار به عنوان زبان مشترکی بین طراحان، تکنسین‌ها و عیب‌یاب‌ها عمل می‌کند و به شخصی در شیکاگو این امکان را می‌دهد که با بررسی شماتیک و درخواست اندازه‌گیری فشار خاص در نقاط آزمایش مشخص شده، دستگاهی را که در سنگاپور کار می‌کند، تشخیص دهد.

تسلط بر نمودارهای شیر کنترل جریان هیدرولیک به معنای تشخیص این است که هر خط و نماد نشان دهنده سخت افزار فیزیکی و تبدیل انرژی قابل اندازه گیری است. فشار بین دو خط منحنی نشان دهنده برخورد مولکول ها در یک جت متلاطم، افزایش دما از اصطکاک و کنترل دقیق سرعت است که ماشین آلات مدرن را ممکن می کند. چه کاربرد یک بوم بیل مکانیکی باشد که به طور ایمن تحت نیروی گرانش پایین می آید، یک قالب تزریقی با پروفیل سرعت هشت قسمتی یا یک میز آسیاب ساده که با سرعت ثابت تغذیه می شود، نمودار دقیقاً نشان می دهد که چگونه کنترل جریان کار را انجام می دهد و در کجا ممکن است مشکلات ظاهر شوند.