آشنایی با شیرهای سه طرفه و شش طرفه دو حالته در مدارهای هیدرولیک

سیستم های هیدرولیک متکی هستند شیرهای چند طرفه (شیرهای کنترل جهتی) برای هدایت جریان سیال و کنترل محرکها. این شیرها در پیکربندی های مختلفی وجود دارند که اغلب با تعداد موقعیت ها و راه ها (پورت) آنها توصیف می شود. در این مقاله، معنی عباراتی مانند «سه راهه دو حالته» و «شش جهته سه حالته» را روشن خواهیم کرد و توضیح خواهیم داد که چگونه می توان شیرهای چند طرفه را برای ایجاد مدارهای هیدرولیک موازی و سری ترتیب داد . ما از اصطلاحات واضح (پورت‌های P، T، A، B، N، و غیره)، قیاس‌های دنیای واقعی و مثال‌ها استفاده می‌کنیم تا این مفاهیم را برای مهندسان، خریداران فنی و یادگیرندگان قدرت سیال آسان کنیم.

اصول شیر جهت دار هیدرولیک

شیرهای جهت هیدرولیک – اغلب با برقی – جهت، جریان و فشار سیال را در یک سیستم کنترل می کنند. آنها با باز کردن، بستن یا سوئیچ کردن اتصالات بین پورت های مختلف به این امر دست می یابند. اصطلاحات کلیدی عبارتند از:

• پورت ها (راه ها): نقاط اتصال در شیر. برچسب های پورت رایج عبارتند از P (ورودی فشار از پمپ)، T (بازگشت مخزن به مخزن)، و A/B (درگاه های کاری منتهی به یک سیلندر یا موتور). برخی از شیرها همچنین دارای یک پورت N (بعدی یا قدرت فراتر از پورت) برای اتصال به شیر دیگر در پایین دست هستند. به عنوان مثال، یک آداپتور ماورای برق در پورت 'N' یک انتقال فشار بالا را فراهم می کند تا مایع بتواند بانک شیر دیگری را تغذیه کند.

• موقعیت ها: موقعیت های قرقره مشخص در داخل شیر که مسیرهای جریان را تغییر می دهد. یک شیر دو حالته دارای دو حالت پایدار است (اغلب یکی برق دار و دیگری بدون برق)، در حالی که یک شیر سه حالته دارای سه حالت است (معمولاً دو حالت افراطی به اضافه یک خنثی مرکزی). فنرها معمولاً برای بازگرداندن قرقره به موقعیت مرکزی یا پیش فرض در صورت عدم فعال سازی استفاده می شوند.

درک نام شیر (به عنوان مثال '3/2' برای یک شیر سه طرفه دو حالته یا '6/3' برای یک شیر شش طرفه سه حالته) برای طراحی مدارهای هیدرولیک بسیار مهم است. عدد اول نشان دهنده راه ها (پورت ها) و عدد دوم موقعیت ها است . بیایید این نمونه ها را با جزئیات بشکنیم.

شیرهای سه طرفه دو حالته (3/2 سوپاپ)

یک شیر سه طرفه دو حالته شیر جهت دار با سه پورت و دو موقعیت قرقره است . در کوتاه نویسی صنعتی این یک شیر 3/2 است . اساساً مانند یک کلید روشن/خاموش برای رفتن سیال به یک محرک عمل می کند. یک موقعیت (مثلاً هنگامی که یک شیر برقی روشن می شود یا یک اهرم جابجا می شود) پورت فشار را به یک درگاه خروجی متصل می کند و به جریان سیال به محرک اجازه می دهد. موقعیت دیگر معمولا منبع تغذیه را قطع می کند و محرک را به مخزن باز می کند. به عبارت دیگر، هنگامی که شیر 'باز' است، سیال می تواند در یک جهت جریان یابد. وقتی 'بسته'، جریان مسدود می شود و ممکن است محرک برای بازگشت وصل شود.

مورد استفاده: یک برنامه کلاسیک در حال کنترل a است سیلندر تک کاره یا هر وسیله ای که نیاز به منبع و اگزوز دارد. به عنوان مثال، در یک پرس هیدرولیک با یک سیلندر برگشت فنری، یک شیر برقی 3/2 می تواند روغن تحت فشار (P) را به درگاه سیلندر (A) هدایت کند تا آن را گسترش دهد و هنگامی که برق گرفت، آن پورت A را به مخزن (T) وصل کنید تا سیلندر با نیروی فنر جمع شود. می توان آن را مانند یک انحراف شیر سه درگاهی در نظر گرفت: در یک موقعیت سیال را به سیلندر می فرستد و در موقعیت دیگر جریان را به مخزن می ریزد (اجازه می دهد سیلندر فرو بریزد).

شیرهای سه طرفه دو حالته اغلب هستند شیرهای برقی برای اتوماسیون، اما می توانند به صورت مکانیکی یا پنوماتیکی نیز فعال شوند. آنها فقط دو حالت دارند - به عنوان مثال، پرانرژی در مقابل بدون انرژی - بنابراین برای کنترل روشن/خاموش جریان سیال ساده هستند. در عمل، بسته به نحوه پیکربندی قرقره داخلی، ممکن است آنها را 'معمولا بسته' (مسدود کردن جریان تا زمانی که فعال شود) یا 'به طور معمول باز' (اجازه می دهد جریان تا زمانی که فعال شود مسدود شود) تعیین شود.

شیرهای شش طرفه سه حالته (شیرهای 6/3)

یک شیر شش طرفه سه حالته پیچیده تر است، با شش پورت و سه موقعیت قرقره (معمولاً به عنوان شیر 6/3 یاد می شود ). این پیکربندی نسبت به شیرهای استاندارد 4 طرفه کمتر رایج است، اما پورت‌های اضافی را برای کنترل جریان دقیق‌تر فراهم می‌کند. اساساً، یک شیر 6 طرفه 3 حالته می تواند مسیرهای جریان متعدد یا حتی چندین محرک را از یک شیر با طراحی پورت داخلی خود مدیریت کند. مانند این است که دو دریچه متصل به هم در یک محفظه داشته باشید که به ایجاد مدارهای پیشرفته انعطاف پذیری می دهد.

برای تجسم، در نظر بگیرید که یک شیر معمولی 4 طرفه (برای یک سیلندر دو طرفه) دارای پورت های P، T، A، B است. اکنون یک شیر 6 طرفه دو پورت دیگر اضافه می کند (اغلب با برچسب چیزی مانند P2 و T2 یا N و یک بازگشت اضافی) اضافه می شود. این پورت‌های اضافی می‌توانند به‌عنوان ورودی/خروجی ثانویه یا مسیری فراتر از توان عمل کنند . در بسیاری از موارد، یک شیر 6 طرفه طراحی می شود تا بتوان آن را به راحتی با شیرهای دیگر متصل کرد . ممکن است یک مجموعه از پورت‌های P/T به پمپ و مخزن اولیه متصل شود و پورت‌های P2/T2 اضافی می‌توانند جریان را از مرحله شیر دیگر تغذیه یا دریافت کنند. این اجازه می دهد تا در صورت نیاز چندین شیر به صورت سری یا موازی متصل شوند.

به عنوان مثال، Festo یک شیر 6 طرفه 3 حالته دستی برای سیستم های آموزشی هیدرولیک ارائه می دهد. در موقعیت مرکزی خنثی خود (مرکز فنر)، مسیری را از ورودی فشار اولیه به مخزن اولیه باز می کند (پمپ را تخلیه می کند) در حالی که پورت های ثانویه و پورت های کاری را مسدود می کند (P1 → T1 باز است، در حالی که P2، T2، A، B همه بسته هستند). این بدان معنی است که وقتی شیر در مرکز قرار می گیرد، هیچ محرکی حرکت نمی کند و جریان پمپ به سادگی با فشار کم به مخزن می رود (بیکار). سپس دو موقعیت فعال شیر می توانند جریان را برای دستیابی به عملکردهای مختلف یا اتصال مدارهای مختلف هدایت کنند. یک موقعیت ممکن است جریان را از P1 به A و B به T1 هدایت کند (مانند گسترش یک استوانه)، در حالی که موقعیت دیگر می تواند P1 را به B و A را به T1 متصل کند (استوانه را جمع می کند). همزمان، وجود پورت‌های P2 و T2 به این معنی است که این شیر می‌تواند جریان را به یا از شیر دیگری عبور دهد: با اتصال چندین شیر 6 طرفه، می‌توانید مدارهای سری، موازی یا حتی ترکیبی (سری-موازی) را در یک سیستم پیاده‌سازی کنید . در اصل، درگاه‌های اضافی به طراحان این آزادی را می‌دهند که دریچه‌ها را با زنجیر زنجیر کنند یا جریان را بدون اتصالات سه راهی خارجی به اشتراک بگذارند.

مورد استفاده: شیرهای شش طرفه سه حالته اغلب در هیدرولیک متحرک و ماشین آلات پیچیده ظاهر می شوند. به عنوان مثال، در طراحی لودر یک چرخ، قرقره کنترل شیب یک سوپاپ 6 طرفه 3 حالته بود که هم سیلندر شیب سطل را در دو جهت (شیب به بالا/پایین) و هم عملکرد سوم - گیره یا عمل بسته شدن سطل - را با یک قرقره سوپاپ کنترل می کرد. این یک پیکربندی پیشرفته است که در آن یک شیر چند طرفه می تواند دو حرکت و یک عملکرد گیره را با انتقال هوشمندانه در موقعیت های مختلف قرقره مدیریت کند. (یک قرقره دیگر در همان ماشین یک شیر 6 طرفه 4 حالته برای بوم بود که حتی موقعیت شناور اضافی داشت.) این مثال ها نشان می دهد که از شیرهای 6 طرفه برای ادغام چندین عملکرد هیدرولیکی استفاده می شود که اغلب برای صرفه جویی در فضا و ساده سازی مدار هیدرولیک استفاده می شود.

از دیدگاه طراحی مدار، یک شیر 6 طرفه 3 حالته مخصوصاً زمانی مفید است که بخواهید یک نول در مرکز باز (برای تخلیه پمپ) با این حال هنوز راهی برای حمل فشار به شیرهای اضافی دارید. 'راه‌ها' اضافی را می‌توان به‌عنوان یک خروجی انتقال (قدرت فراتر از) و یک ورودی ثانویه پیکربندی کرد . این به شما امکان می دهد با نحوه وصل یا اتصال آن درگاه ها، شیرها را به صورت سری (جریان از یکی می گذرد تا درگاه بعدی تغذیه شود) یا موازی (هر دو دریچه از منبع تغذیه خارج می شوند) قرار دهید. در ادامه بررسی خواهیم کرد که اتصال شیرها به صورت موازی در مقابل سری به چه معناست و چگونه این پیکربندی‌های شیر چند طرفه آن طرح‌های مدار را فعال می‌کنند.

مدارهای هیدرولیک موازی در مقابل سری

هنگام کنترل چندین محرک (سیلندرها، موتورها) در یک سیستم هیدرولیک، دو ترتیب مدار اساسی در دسترس دارید:

• مدارهای موازی: هر شاخه سوپاپ / محرک مستقیماً از خط تغذیه فشار تغذیه می شود (و به طور مستقل به مخزن باز می گردد). این بدان معنی است که چندین محرک می توانند جریان را به طور همزمان دریافت کنند و جریان پمپ را به اشتراک بگذارند. در یک راه اندازی موازی، فعال کردن یک تابع ذاتاً جریان به دیگری را مسدود نمی کند - سیال می تواند چندین مسیر را طی کند. با این حال، اگر دو محرک با هم کار کنند، برای جریان با هم رقابت خواهند کرد و به طور معمول محرکی که مقاومت کمتری دارد (بار سبک تر) اول یا سریعتر حرکت می کند. مدارهای موازی در تجهیزات مدرن رایج هستند زیرا امکان کنترل چند منظوره را فراهم می کنند - به عنوان مثال، بالا بردن بوم در حالی که بازو را به طور همزمان تاب می دهید.

• مدارهای سری: دریچه ها یا محرک ها در یک ردیف قرار می گیرند ، به طوری که سیال از یکی و سپس به مدار بعدی جریان می یابد. در واقع، یک تابع پایین دست دیگری است. این اغلب به این معنی است که محرک بالادست دارای اولویت است - ابتدا جریان را دریافت می کند و تنها زمانی که فشار را کامل کند یا ایجاد فشار کند، سیال عملگر بعدی را تغذیه می کند. اگر دو دریچه پشت سر هم باشند و اولین شیر فعال باشد، ممکن است تمام جریان را منحرف کند و دریچه های پایین دست را قطع کند (تا زمانی که شیر اول راضی یا آزاد شود). مدارهای سری تمایل به ایجاد عملیات متوالی دارند : یک محرک به جای همزمان حرکت می کند، سپس دیگری حرکت می کند. این می تواند برای توالی خودکار حرکات یا برای ایمنی مفید باشد (اطمینان از اینکه یک عمل قبل از شروع دیگری به پایان می رسد)، اما می تواند توانایی انجام دو کار را همزمان محدود کند.

یک قیاس آسان این است که به مدارهای الکتریکی یا جریان آب فکر کنید: یک مدار موازی مانند وصل کردن دو دستگاه به یک پریز از طریق یک نوار برق است - آنها می توانند با هم کار کنند (اگرچه برق موجود را به اشتراک می گذارند). یک مدار سری مانند سیم‌کشی لوازم در یک زنجیره است - دومی فقط از طریق اولی برق می‌گیرد. اگر اولی خاموش باشد، دومی چیزی دریافت نمی کند. در یک قیاس سیال، دو چرخ آب را در یک جریان تصور کنید: به موازات آن، جریان شکافته می شود و هر چرخ جریان خاص خود را دارد. به صورت سری، آب باید چرخ اول را بچرخاند، سپس هر چه باقی مانده است به چرخش چرخ دوم می رود. در حالت سری، چرخ اول آنچه را که نیاز دارد را می گیرد و دومی جریان 'باقیمانده' را دریافت می کند (و اگر اولی گیر کند، چرخ دوم کاملاً متوقف می شود).

هیچ یک از این دو رویکرد در همه موارد 'بهتر' نیستند - آنها صرفاً اهداف متفاوتی را دنبال می کنند. بسیاری از سیستم های هیدرولیک در واقع از ترکیبی استفاده می کنند: برخی عملکردها به صورت موازی، برخی دیگر به صورت سری، و از شیرهای ویژه (مانند شیرهای ترتیبی یا تقسیم کننده جریان) برای هماهنگی در صورت نیاز استفاده می کنند. حال، بیایید ببینیم که شیرهای جهت چند طرفه برای هر مورد چگونه پیکربندی می شوند.

دستیابی به مدارهای هیدرولیک موازی با شیرهای چند طرفه

در یک آرایش مدار موازی ، هر شیر جهت (یا هر بخش از بانک شیر چند قرقره) به طور مستقل به فشار منبع متصل می شود. در عمل، این بدان معنی است که تمام پورت های P شیرها به یک خط فشار مشترک (منیفولد) از پمپ متصل می شوند و همه پورت های T به خط مخزن باز می گردند. هنگامی که هیچ یک از شیرها فعال نمی شوند، سیال (از یک پمپ با جابجایی ثابت در یک سیستم مرکز باز) معمولاً از طریق یک مسیر مرکز باز به مخزن گردش می کند. لحظه ای که هر قرقره ای برای تغذیه یک سیلندر جابجا می شود، آن بای پس مرکزی را مسدود می کند و جریان را به مسیرهای موازی مجموعه سوپاپ هدایت می کند. سپس روغن برای تمام محرک‌ها در شبکه موازی در دسترس است. اگر چندین قرقره به طور همزمان جابجا شوند، جریان تقسیم می شود - البته نه همیشه به طور مساوی. معمولاً محرک با کمترین بار (کمترین مقاومت) ابتدا حرکت می‌کند زیرا جریان آسان‌تر را امکان‌پذیر می‌کند، پدیده‌ای که به عنوان اثر 'مسیر کمترین مقاومت' شناخته می‌شود. اپراتورها اغلب این را به عنوان یک عملکرد مشاهده می‌کنند که وقتی عملکرد بار سنگین‌تر به طور همزمان کار می‌کند، سرعت یک تابع کاهش می‌یابد - بار سبک‌تر جریان را می‌دزد تا زمانی که مقاومت آن افزایش یابد.

طراحی سوپاپ برای مدارهای موازی: شیرهای چند بخش مدرن اغلب با مدارهای موازی ساخته می شوند (گاهی اوقات به آن طراحی 'مرکز موازی' می گویند. این تضمین می کند که وقتی یک بخش فعال می شود، بخش های پایین دست همچنان به فشار دسترسی دارند. به عنوان مثال، بسیاری از بیل مکانیکی ها و لودرها از سوپاپ های موازی استفاده می کنند تا راننده بتواند حرکات چند وظیفه ای را انجام دهد. اگر بیش از یک عملکرد درگیر باشد، جریان پمپ توزیع می شود و اغلب از یک جبران کننده فشار یا کنترل جریان برای یکنواخت کردن سرعت ها استفاده می شود. در یک مدار موازی جبران نشده، اگر دو قرقره باز باشند، تمام جریان ممکن است به سمت یک محرک برود تا زمانی که با بار کافی مواجه شود، سپس دیگری شروع به کار می کند - به همین دلیل است که عملکردهای بالابر و پیچ می توانند تعامل داشته باشند. راه‌حل‌های مختلفی مانند شیرهای اشتراک جریان یا سیستم‌های حسگر بار برای رفع آن اضافه می‌شوند، اما اساساً چیدمان موازی چیزی است که امکان عملکرد همزمان را فراهم می‌کند.

راه‌اندازی یک مدار موازی با شیرهای گسسته ساده است: همه پورت‌های P را با هم به پمپ (یا یک گالری معمولی فشار بالا) و همه پورت‌های T را با هم به مخزن وصل کنید. پورت های کاری هر سوپاپ به سیلندر یا موتور مربوطه می رود. اگر از شیرهای چند طرفه با پورت N (قدرت فراتر) استفاده می کنید ، معمولاً دوشاخه ای نصب می کنید که شیر را به جریان موازی مرکز باز تبدیل می کند (به طوری که در حالت خنثی جریان از پورت T به مخزن خارج می شود، نه از N). در یک پیکربندی موازی، پورت N ممکن است مسدود شود یا برای یک هدف جداگانه استفاده شود (مانند تغذیه یک وسیله جانبی فقط زمانی که عملکردهای اصلی غیرفعال هستند). بسیاری از شیرهای تک بلوک هیدرولیک استاندارد به طور پیش فرض موازی هستند: برای مثال، 'مدار موازی' طراحی رایج است، در حالی که یک 'مدار (سری) پشت سر هم' ممکن است یک گزینه خاص باشد.

مزایای مدارهای موازی: مزیت بزرگ کنترل مستقل است - محرک ها مجبور نیستند در یک دنباله ثابت حرکت کنند. شما می توانید هر حرکتی را بدون توجه به حرکات دیگر (با توجه به ظرفیت پمپ) شروع یا متوقف کنید. زمانی ایده آل است که می خواهید ماشینی کارهای ترکیبی انجام دهد، مانند فرمان در حین رانندگی، یا بلند کردن ابزار در حین طولانی کردن آن. نکته منفی مسئله اشتراک جریان است. اگر یک محرک فشار کم و جریان بالا را طلب کند، می تواند دیگری را گرسنه نگه دارد. طراحان این مشکل را با شیرهای کنترل جریان، شیرهای اولویت یا پمپ‌های حسگر بار کاهش می‌دهند تا اطمینان حاصل کنند که هر عملکرد جریان مورد نیاز خود را دریافت می‌کند. با این حال، مدارهای موازی برای سیستم های چند محرک که به انعطاف پذیری نیاز دارند، مورد استفاده قرار می گیرند.

دستیابی به مدارهای هیدرولیک سری با دریچه های چند طرفه

در آرایش مدار سری ، شیرها یکی پس از دیگری به هم وصل می شوند به طوری که خروجی یکی، ورودی شیر بعدی را تغذیه می کند. برای تصور این موضوع، خط فشار پمپ را تصور کنید که به درگاه P سوپاپ 1 می رود. سپس جریانی که از شیر 1 خارج می شود (در حالت خنثی) به درگاه P دریچه 2 می رود و به همین ترتیب. قدرت فراتر از پورت (N) در یک شیر، کلید تحقق این امر است - جریان فشار بالا را به سمت شیر ​​بعدی در خط می برد در حالی که شیر اصلی هنوز مسیر بازگشت به مخزن خود را برای زمانی که کار می کند دارد. با نصب یک آداپتور ماورای برق در بخش خروجی شیر، جریان را جدا می‌کنید: جریان پرفشار از پورت N خارج می‌شود تا شیرهای پایین دست را تغذیه کند، و پورت T روی آن شیر فقط بازگشت مخزن با فشار پایین را کنترل می‌کند. در اصل، پورت N به ادامه سری خط فشار تبدیل می شود.

وقتی سوپاپ ها (یا بخش ها) به صورت سری مانند این هستند، نزدیک ترین شیر به پمپ اولویت دارد. سیال به نوبه خود از طریق هر دریچه جریان می یابد . اگر اولین شیر فعال شود، معمولاً جریان پمپ را به محرک خود هدایت می کند و جریان را از رسیدن بیشتر مسدود می کند (تا زمانی که تقاضای شیر اول برآورده شود یا به حالت خنثی برگردد). فقط زمانی که شیر 1 در حالت خنثی است، جریان آزادانه به شیر 2 می رسد (و سپس شیر 2 می تواند از آن استفاده کند). اگر شیر 1 تا حدی باز باشد (گسست)، شیر 2 فقط ممکن است جریان اضافی (یا فشار) را دریافت کند که توسط 1 استفاده نمی شود. به همین دلیل است که مدارهای سری ذاتاً یک کنترل ترتیبی یا مبتنی بر اولویت ایجاد می کنند . برای مثال، اگر دو سیلندر بالابر را پشت سر هم از طریق سوپاپ ها لوله کنید، سیلندر اول ممکن است به طور کامل قبل از حرکت دومی گسترش یابد و از یک توالی منظم اطمینان حاصل شود (این می تواند در کاربردهایی مانند استقرار سیلندرهای بالابر یکی پس از دیگری مطلوب باشد).

طراحی سوپاپ برای مدارهای سری: شیرهای مرکز باز با قرقره مرکز پشت سر هم (سری) در سیستم های کلاسیک پمپ ثابت استفاده می شوند. در حالت خنثی، هر یک از شیرها مانند یک لوله پیوسته به مخزن، سیال را به شیر بعدی منتقل می کند. هنگامی که یک شیر فعال می شود، قرقره آن مسیر جریان پایین دست را قطع می کند (اولویت بندی عملکرد آن). به عنوان مثال، لودرهای تراکتورهای قدیمی اغلب بانک سوپاپ لودر را به صورت سری با سوپاپ بیل مکانیکی داشتند - درگیر شدن لودر می‌تواند جریان را از بکهو بدزدد، مگر اینکه قرقره لودر خنثی باشد. برای اجرای مدار سری با شیرهای مدولار مدرن، از پورت انتقال (قدرت فراتر) استفاده می کنید . پورت N (بعدی) شیر اول ورودی شیر دوم را تغذیه می کند که درگاه N آن سومی را تغذیه می کند و به همین ترتیب تنها خروجی آخرین شیر به مخزن می رود. هر دریچه در زنجیره باید برای توان بیش از حد مجهز باشد تا بتواند جریان کامل پمپ را در داخل بدون آسیب تحمل کند (به عنوان مثال یک آستین یا آداپتور نصب شده است). اهمیت پورت N توسط سازندگان برجسته شده است: به طور خاص به معنای 'ارتباط بین دو شیر کنترل' به عنوان یک پیوند انتقال فشار بالا است.

مزایا و ملاحظات مدارهای سری: مزیت اصلی این است که می توانید به راحتی یک کنترل اولویت یا توالی بدون دریچه های توالی اضافی ایجاد کنید - تابع بالادست طبیعتا دارای اولویت است. اتصال سری همچنین لوله‌کشی را در سیستم‌هایی که انتظار می‌رود در آن واحد تنها یک عملکرد در آن واحد عمل کند، ساده می‌کند (هنگامی که هر شیر بالادستی تامین شود، جریان فقط کاهش می‌یابد). این می تواند تعداد شلنگ های پمپ را کاهش دهد (یک خط در داخل، یک خط از زنجیره ای از شیرها خارج می شود). با این حال، ملاحظات و اشکالات مهمی وجود دارد:

• عملیات متوالی: همانطور که اشاره شد، عملیات همزمان بدون شیرهای جبران کننده فشار خاص محدود یا غیرممکن است. در بسیاری از موارد این یک نقطه ضعف است زیرا چندوظیفه ای را محدود می کند. فقط زمانی از عمد استفاده می‌شود که تحریک یکی پس از دیگری مورد نظر یا قابل قبول باشد. در غیر این صورت، طراحان سیستم های موازی یا حسگر بار را برای ماشین آلات مدرن ترجیح می دهند تا امکان حرکات ترکیبی را فراهم کنند.

• افت فشار و گرما: فشار دادن سیال از طریق چندین شیر به صورت متوالی می تواند باعث افت فشار تجمعی شود. هر شیر و گذرگاه های داخلی آن مقاومت را اضافه می کنند. تا زمانی که سیال به شیر پایین دست برسد، فشار موجود آن ممکن است کاهش یابد (به خصوص اگر یک عملکرد بالادستی در حال استفاده باشد). انرژی استفاده نشده به گرما تبدیل می شود. بنابراین، مدارهای سری می توانند کارایی کمتری داشته باشند اگر چندین شیر اغلب فعال باشند یا اگر از مسیرهای جریان طولانی استفاده شود.

• تطبیق ظرفیت سوپاپ: هنگام اتصال شیرها به صورت سری، مطمئن شوید که هر شیر می تواند جریان و فشار کامل سیستم را تحمل کند . تمام جریان برای محرک های بعدی از طریق گالری دریچه های بالادست می گذرد. اگر سرعت جریان بیشتر از مقداری باشد که آن شیرها برای آن درجه بندی شده اند، خطر کاهش فشار، آسیب سوپاپ، یا عملکرد ناپایدار (مثلاً گیر کردن یا نشتی قرقره) وجود دارد. به همین ترتیب، هر شیر به صورت سری، فشار را هم از بار خود و هم از بارهای پایین دستی که به سمت بالا انباشته می شوند، مشاهده خواهد کرد. اگر یک بخش روی فشار کمتری تنظیم شود، می تواند عملکردهای پایین دستی را از بین ببرد یا باعث توقف آنها شود. انتخاب و کالیبراسیون مناسب شیرها (مطابق با مشخصات جریان/فشار و تنظیمات امداد) برای عملکرد سری ایمن و کارآمد ضروری است.

• پیچیدگی و تعمیر و نگهداری: آرایش سری به این معنی است که سیستم به یکدیگر وابسته است - خرابی یا نشت در یک شیر می تواند بر تمام عملکردهای پایین دست تأثیر بگذارد. اتصالات بیشتری در یک زنجیره وجود دارد که باعث افزایش پیچیدگی می شود. تعمیر و نگهداری منظم و بررسی تنظیمات فشار، نشتی و آلودگی مهم هستند. با این حال، رویکرد سری می تواند باعث صرفه جویی در فضا (خطوط پمپ کمتر) و هزینه (پمپ ساده تر یا شیر تکی برای زنجیر) شود، بنابراین یک معامله است.

مثال کاربرد: بالابر هیدرولیکی با دو مرحله را در نظر بگیرید که باید به صورت متوالی بالا بروند. با اتصال سری‌های سوپاپ‌های کنترل سیلندر، مرحله اول به طور کامل گسترش می‌یابد قبل از اینکه فشار به اندازه کافی برای حرکت مرحله دوم ایجاد شود – دستیابی به یک توالی ساده بدون کنترل‌های الکترونیکی. در مورد دیگری، کتابچه راهنمای چینی برای لودر چرخ دار اشاره کرد که دریچه چند طرفه آن دارای یک طراحی مدار سری در داخل است تا سیلندرهای بوم و شیب را کنترل کند و هر قسمت را در صورت نیاز در موقعیت قفل کند. این تضمین می‌کند که وقتی هیچ یک از قرقره‌ها فعال نیست، هر دو سیلندر سر جای خود می‌مانند (مراکز بسته) و جریان پمپ به مخزن می‌رود (گذرگاه مرکزی باز)، و هنگامی که یک قرقره فعال است، جریان را برای آن عملکرد منحرف می‌کند در حالی که عملکرد دیگر قفل می‌ماند. چنین طرح هایی نشان می دهد که چگونه مدارهای سری می توانند الزامات عملیاتی خاص را برای ایمنی یا سادگی برآورده کنند.

استفاده از شیرهای چند راهه برای ساخت مدار مورد نظر

با درک سری‌های موازی در مقابل، می‌توانیم نحوه کمک شیرهای چند طرفه به دستیابی به هر کدام را خلاصه کنیم:

• راه اندازی مدار موازی: از شیرها (یا منیفولد شیر چند قرقره) با تغذیه فشار مشترک استفاده کنید. در مجموعه شیرهای تک بلوک یا مقطعی، یک پیکربندی موازی را انتخاب کنید تا جابجایی هر قرقره جریان را به آن بخش هدایت کند و در عین حال منبع تغذیه دیگران را حفظ کند. اطمینان حاصل کنید که پمپ می تواند جریان ترکیبی را در صورت اجرای چندین عملکرد با هم تامین کند. در صورت نیاز، شیرهای کنترل جریان یا حسگر بار را برای مدیریت تقسیم جریان بین شاخه ها بگنجانید. تمام خطوط برگشت به مخزن می رود. (هر شیر را به عنوان شاخه ای از یک خط اصلی در نظر بگیرید.)

• راه‌اندازی مدار سری: شیرها را با استفاده از قابلیت فراتر از (انتقال) وصل کنید. خروجی (درگاه N) شیر اول ورودی شیر بعدی و غیره را تغذیه می کند. از قرقره هایی استفاده کنید با مرکز پشت سر هم یا با مرکز باز که اجازه عبور جریان را در حالت خنثی می دهند. مهمترین تابع اولویت را به عنوان اولین تابع در خط تنظیم کنید. رتبه بندی هر شیر را برای جریان کامل پمپ بررسی کنید. در صورت نیاز به آستانه فشار دقیق برای جابجایی از یک عملکرد به عملکرد دیگر (برای تنظیم دقیق توالی) به صورت اختیاری، یک شیر توالی یا شیر قابل تنظیم فشار اضافه کنید. همه دریچه های میانی باید دارای پورت های مخزن خود باشند که فقط جریان برگشتی خودشان را مدیریت کنند، نه جریان کامل پمپ. آخرین شیر در این سری در انتهای زنجیره به مخزن تخلیه می شود. (هر دریچه را به عنوان حلقه ای در یک زنجیره در نظر بگیرید که جریان را به شیر بعدی منتقل می کند.)

• مدارهای ترکیبی: برخی از سیستم ها از ترکیبی استفاده می کنند. برای مثال، دو دریچه ممکن است به صورت موازی کار کنند (هر دو جریان پمپ را دریافت می کنند) در حالی که یک سوم در پایین دست آن ها از طریق یک توالی تغذیه می شود - به طور موثر یک مخلوط سری-موازی. مجموعه‌های شیر چند طرفه (مانند شیرهای 6 طرفه مورد بحث) با ارائه پورت‌های متعدد برای اتصال خلاقانه شیرها، این امکان را فراهم می‌کنند. یک مهندس ممکن است پورت های خاصی را برای راه اندازی یک قسمت از مدار به صورت سری و دیگری به صورت موازی متصل کند. هدف این است که اطمینان حاصل شود که هر محرک جریان مناسب را در زمان مناسب دریافت می کند. برای سیستم های پیچیده، بلوک های منیفولد اغلب با گذرگاه های داخلی طراحی می شوند تا به شبکه مورد نظر از مسیرهای سری/موازی دست یابند.

نتیجه گیری

هنگام انتخاب یا بحث در مورد شیرهای هیدرولیک، درک اصطلاحات 'سه راهه دو حالته' و 'شش طرفه سه حالته' اساسی است. یک شیر 3/2 یک کنترل ساده دو حالته برای محرک های تک خطی یا سیگنال های پیلوت ارائه می دهد، در حالی که یک شیر 6/3 یک راه حل چند پورت و چند حالته برای مسیریابی جریان پیچیده تر ارائه می دهد، که اغلب شامل قابلیت پیکربندی آسان مدارهای سری یا موازی بر اساس نحوه اتصال شیرها است.

هنگام طراحی یک مدار هیدرولیک، تصمیم گیری بین پیکربندی موازی در مقابل سری (یا ترکیبی) به شدت بر نحوه عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد. مدارهای موازی ، حرکت همزمان و مستقل را با هزینه اشتراک جریان امکان‌پذیر می‌سازند، و آنها را در سیستم‌هایی که نیاز به چندوظیفگی دارند رایج می‌سازند. مدارهای سری عملکرد و اولویت متوالی را اعمال می کنند که می تواند کنترل های خاصی را ساده کند اما حرکت همزمان را محدود کند. دریچه های جهت دار چند طرفه، به ویژه آنهایی که دارای پورت های پیشرفته مانند پورت N برای قدرت فراتر هستند، بلوک های ساختمانی هستند که به مهندسان اجازه می دهند این مدارها را در عمل پیاده سازی کنند - از یک شیر برقی ساده که یک سیلندر را کنترل می کند تا یک منیفولد چند قرقره که یک قطعه کامل از تجهیزات سنگین را هماهنگ می کند.

با استفاده از نوع و پیکربندی مناسب شیر و توجه به کنترل جریان و نیازهای کنترل متوالی ، طراحان می توانند اطمینان حاصل کنند که سیستم هیدرولیک همانطور که در نظر گرفته شده است رفتار می کند. به عنوان مثال، اگر دو سیلندر باید با هم حرکت کنند، یک سوپاپ موازی با کنترل جریان ممکن است انتخاب شود. اگر یکی باید همیشه قبل از دیگری حرکت کند، یک پیوند سری یا یک شیر توالی به آن دست می یابد. همیشه نیازهای بار سیستم، ایمنی (مثلاً موقعیت های نگه داشتن، که ممکن است به مراکز بسته یا دریچه های قفلی نیاز داشته باشد) و نیاز بالقوه برای انبساط در آینده را در نظر بگیرید (مثلاً اضافه کردن یک شیر دیگر در پایین دست از طریق توان فراتر). با درک کامل این مفاهیم و اصطلاحات، می توان شماتیک های هیدرولیک یا برگه های مشخصات را با اطمینان مطالعه کرد و تصمیمات آگاهانه ای در طراحی قدرت سیال گرفت.

سوالات متداول: انواع شیر هیدرولیک و تنظیمات مدار

Q1: شیر سه طرفه دو حالته در یک سیستم هیدرولیک چیست؟
شیر سه طرفه دو حالته (که شیر جهتی 3/2 نیز نامیده می شود) نوعی شیر جهت هیدرولیک با سه پورت و دو موقعیت عملیاتی پایدار است. معمولاً برای کنترل سیلندرهای تک اثره یا خطوط پیلوت استفاده می شود که به سیال اجازه می دهد در یک موقعیت جریان یابد و در موقعیت دیگر به مخزن تهویه می شود. این شیرها اغلب به صورت برقی یا به صورت دستی فعال می شوند و برای کارهای ساده کنترل سیال روشن/خاموش مناسب هستند.

Q2: یک شیر جهت سه حالته شش طرفه چه کاری انجام می دهد؟ شیر
شش طرفه سه حالته (شیر 6/3) یک شیر جهت دار چند منظوره با شش پورت و سه موقعیت قرقره است. این مسیریابی جریان پیچیده را امکان پذیر می کند، که اغلب شامل تخلیه در مرکز خنثی و قدرت فراتر از تنظیمات برای کنترل چند محرک است. این شیرها معمولاً در سیستم هایی استفاده می شوند که نیاز به کنترل متوالی یا ترکیبی سری موازی دارند ، مانند لودرها یا ماژول های هیدرولیک یکپارچه.

Q3: تفاوت بین مدارهای هیدرولیک سری و موازی چیست؟
در یک مدار هیدرولیک موازی ، چندین محرک سیال را از یک خط فشار مشترک دریافت می‌کنند که امکان حرکت همزمان را فراهم می‌کند. در مدارهای هیدرولیک سری ، جریان از یک دریچه یا محرک به شیر دیگر منتقل می شود و یک اثر کنترلی ترتیبی یا اولویت بندی شده ایجاد می کند. مدارهای سری برای عملیاتی که نیاز به حرکت گام به گام دارند ایده آل هستند. مدارهای موازی از عملکرد مستقل و همزمان پشتیبانی می کنند.

Q4: نیروی شیر هیدرولیک فراتر از اتصال (درگاه N) چگونه کار می کند؟
پورت N که به عنوان نیز شناخته می شود قدرت فراتر از پورت ، به یک شیر جهتی اجازه می دهد تا سیال پرفشار را در یک پیکربندی هیدرولیکی سری به شیرهای پایین دستی منتقل کند . هنگام استفاده از پورت N، شیر با قدرتی فراتر از آداپتور برای تقسیم فشار و مسیرهای جریان برگشتی پیکربندی می‌شود، که امکان عملکرد زنجیروار شیر بدون گرسنگی محرک‌های بعدی را فراهم می‌کند.

Q5: آیا می توانم پورت T (مخزن) یک شیر را به پورت P (فشار) شیر بعدی در یک مدار هیدرولیک وصل کنم؟
خیر، اتصال مستقیم پورت T یک شیر به پورت P شیر بعدی در اکثر سیستم های هیدرولیک نادرست است. درگاه مخزن برگشتی کم فشار است و استفاده از آن به عنوان منبع تغذیه، شیر فشار بعدی را از بین می برد. در عوض، از پورت N (قدرت فراتر) برای تغذیه فشار به شیرهای بعدی در یک پیکربندی سری استفاده کنید.

Q6: چرا عدم تعادل جریان در یک سیستم هیدرولیک موازی رخ می دهد؟
در راه اندازی شیر هیدرولیک موازی ، محرک ها برای جریان پمپ یکسان با یکدیگر رقابت می کنند. با توجه به مسیر کمترین مقاومت ، محرک با بار سبک‌تر معمولاً ابتدا حرکت می‌کند و به طور بالقوه باعث عدم تعادل جریان می‌شود. این رفتار را می توان با استفاده از شیرهای کنترل جریان جبران شده با فشار یا فناوری حسگر بار اصلاح کرد تا از توزیع یکنواخت جریان اطمینان حاصل شود.

Q7: چه نوع شیر هیدرولیک برای کنترل متوالی محرک ها بهترین است؟
برای دستیابی به کنترل متوالی محرک ، از شیرهای جهتی متصل به سری استفاده کنید یا شیرهای ترتیبی را در سیستم یکپارچه کنید. یک مدار هیدرولیک سری به طور طبیعی نظم حرکت را اعمال می کند، به ویژه هنگامی که با شیرهای شش طرفه سه حالته یا طرح های قرقره مرکزی پشت سر هم ترکیب می شود که جریان را تنها پس از برآورده شدن تقاضای بالادست عبور می دهد.