הבנת שסתומי שישה כיוונים דו-מצביים במעגלים הידראוליים

מערכות הידראוליות מסתמכות על שסתומים רב כיווניים (שסתומי בקרה כיוונים) לניתוב זרימת נוזלים ולבקרת מפעילים. שסתומים אלה מגיעים בתצורות שונות, המתוארות לרוב לפי מספר העמדות והדרכים ( יציאות ) שיש להם. במאמר זה, נבהיר מה המשמעות של מונחים כמו 'תלת-כיווני דו-מצבי' ו 'שש-כיווני תלת-מצבי' , ונסביר כיצד ניתן לארגן שסתומים רב-כיווניים ליצירת מקבילים וסדרתיים מעגלים הידראוליים . נשתמש בטרמינולוגיה ברורה (יציאות P, T, A, B, N וכו'), אנלוגיות מהעולם האמיתי ודוגמאות כדי להפוך את המושגים הללו לקלים לתפיסה עבור מהנדסים, קונים טכניים ולומדי כוח זורמים.

יסודות שסתום כיווני הידראולי

שסתומי כיוון הידראוליים - לרוב מופעלים באמצעות סולנואיד - שולטים בכיוון, בזרימה ובלחץ של הנוזל במערכת. הם משיגים זאת על ידי פתיחה, סגירה או החלפת חיבורים בין יציאות שונות. מונחי מפתח כוללים:

• יציאות (דרכים): נקודות חיבור בשסתום. תוויות יציאות נפוצות הן P (כניסת לחץ ממשאבה), T (החזרת מיכל למאגר), ו- A/B (יציאות עבודה המובילות לצילינדר או למנוע). לחלק מהשסתומים יש גם יציאת N (Next, או power beyond port) לחיבור לשסתום אחר במורד הזרם. לדוגמה, מתאם מתח מעבר ביציאת 'N' מספק העברה בלחץ גבוה כך שהנוזל יכול להזין בנק שסתומים אחר.

• מיקומים: מיקומי סליל ברורים בתוך השסתום שמשנים את נתיבי הזרימה. לשסתום דו-מצבי יש שני מצבים יציבים (לעיתים קרובות אחד מופעל ואחד ללא אנרגיה), בעוד שלשסתום בעל שלושה מצבים יש שלושה (בדרך כלל שני מצבים קיצוניים פלוס נייטרלי מרכזי). קפיצים משמשים בדרך כלל כדי להחזיר את הסליל למצב מרכזי או ברירת מחדל כאשר אינם מופעלים.

הבנת ייעודו של שסתום (למשל '3/2' לשסתום תלת-כיווני דו-מצבי או '6/3' לשסתום שישה-כיווני תלת-מצבי) חיונית לתכנון מעגלים הידראוליים. המספר הראשון מציין את הדרכים (יציאות) והשני את המיקומים . בואו נפרק את הדוגמאות הללו בפירוט.

שסתומים תלת-כיוונים דו-מצביים (3/2 שסתומים)

שסתום תלת-כיווני דו-מצבי הוא שסתום כיווני עם שלוש יציאות ושני מצבי סליל . בקיצור בתעשייה זהו שסתום 3/2 . זה בעצם מתפקד כמו מתג הפעלה/כיבוי לנוזל שהולך למפעיל. מצב אחד (נניח, כאשר סולנואיד מופעל או מנוף מוזז) מחבר את יציאת הלחץ ליציאת יציאה, ומאפשר זרימת נוזלים למפעיל. המיקום השני בדרך כלל מנתק את האספקה ​​ומוציא את המפעיל אל המיכל. במילים אחרות, כאשר השסתום 'פתוח', נוזל יכול לזרום בכיוון אחד; כאשר 'סגור', הזרימה חסומה וניתן לחבר את המפעיל כדי לחזור.

מקרה שימוש: אפליקציה קלאסית שולטת ב- a צילינדר חד פעמי או כל מכשיר שצריך אספקה ​​ואגזוז. לדוגמה, במכבש הידראולי עם צילינדר קפיצי, שסתום סולנואיד 3/2 יכול להפנות שמן בלחץ (P) ליציאת הצילינדר (A) כדי להאריך אותו, וכאשר הוא נטול אנרגיה, חבר את היציאה A למכל (T) כך שהגליל ייסוג בכוח הקפיץ. אפשר לחשוב על זה כמו מפנה ברז בעל שלושה יציאות: במצב אחד הוא שולח נוזל לצילינדר, ובשני הוא זורק את הזרימה החוצה למיכל (מה שמאפשר לצילינדר לקרוס).

שסתומים תלת כיווני דו-מצבי הם לעתים קרובות שסתומי סולנואיד לאוטומציה, אך ניתן להפעיל אותם גם בצורה מכנית או פנאומטית. יש להם רק שני מצבים - למשל, אנרגיה לעומת חוסר אנרגיה - כך שהם פשוטים לשליטה/כיבוי של זרימת הנוזל. בפועל, הם עשויים להיות מוגדרים כ'סגור רגיל' (חוסם זרימה עד להפעלה) או 'פתוח רגיל' (מאפשר לזרימה עד הפעלתה לחסום), בהתאם לאופן שבו מוגדר הסליל הפנימי.

שסתומי שישה כיוונים בשלושה מצבים (6/3 שסתומים)

שסתום שישה כיווני בעל שלושה מצבים מורכב יותר, עם שש יציאות ושלושה מצבי סליל (בדרך כלל מצוין כשסתום 6/3 ). תצורה זו פחות נפוצה משסתומי 4-כיוונים סטנדרטיים, אך היא מספקת יציאות נוספות לבקרת זרימה משוכללת יותר. בעיקרו של דבר, שסתום 6-כיווני בעל 3 מצבים יכול לנהל מסלולי זרימה מרובים או אפילו מספר מפעילים משסתום אחד על ידי עיצוב הכניסות הפנימי שלו. זה כמו שיש שני שסתומים מחוברים במארז אחד, מה שנותן גמישות ליצירת מעגלים מתקדמים.

כדי לדמיין, קחו בחשבון שלשסתום 4-כיווני טיפוסי (עבור צילינדר כפול) יש יציאות P, T, A, B. כעת שסתום 6-כיווני מוסיף עוד שתי יציאות (לעיתים קרובות מסומנים משהו כמו P2 ו-T2 או N והחזרה נוספת). יציאות נוספות אלו יכולות לשמש ככניסות/יציאות משניות או כמסלול מעבר להספק . במקרים רבים, שסתום 6-כיווני מתוכנן כך שניתן לקשר אותו עם שסתומים אחרים בקלות. סט אחד של יציאות P/T עשוי להתחבר למשאבה הראשית ולמיכל, ויציאות P2/T2 הנוספות יכולות להזין או לקבל זרימה משלב שסתום אחר. זה מאפשר לחבר שסתומים מרובים כאלה בסדרה או במקביל לפי הצורך.

לדוגמא, Festo מציעה שסתום 6-כיווני מנוף ידני עם 3 מצבים למערכות אימון הידראוליות. במצב המרכז הניטרלי שלו (במרכז קפיץ), הוא פותח נתיב מכניסת הלחץ הראשונית אל המיכל הראשוני (פורקת המשאבה) תוך חסימת היציאות המשניות ויציאות העבודה (P1 → T1 פתוחה, בעוד P2, T2, A, B כולן סגורות). משמעות הדבר היא כאשר השסתום מרוכז, אף מפעיל לא זז וזרימת המשאבה פשוט עוברת למיכל בלחץ נמוך (סרק). שני המצבים הפעילים של השסתום יכולים לאחר מכן לנתב את הזרימה להשגת פונקציות שונות או לחבר מעגלים שונים. עמדה אחת עשויה לכוון זרימה מ-P1 ל-A ו-B ל-T1 (כמו הארכת צילינדר), בעוד שעמדה אחרת יכולה לחבר את P1 ל-B ו-A ל-T1 (החזרת הצילינדר). במקביל, הנוכחות של יציאות P2 ו-T2 פירושה ששסתום זה יכול להעביר זרימה אל או ממנו שסתום אחר: על ידי קישור מספר שסתומים 6-כיוונים, ניתן ליישם מעגלים סדרתיים, מקבילים או אפילו מעורבים (סדרה-מקבילים) במערכת . למעשה, היציאות הנוספות מעניקות למעצבים את החופש לשרשר שסתומים או לחלוק זרימה ללא אביזרי טי חיצוניים.

מקרה שימוש: שסתומי שישה כיוונים בעלי שלושה מצבים מופיעים לעתים קרובות בהידראוליקה ניידת ובמכונות מורכבות. לדוגמה, בתכנון מעמיס גלגל אחד, סליל בקרת ההטיה היה שסתום 6-כיווני בעל 3 מצבים ששלט גם על צילינדר הטיית הדלי בשני כיוונים (הטיה למעלה/למטה) וגם פונקציה שלישית - מהדק או פעולת סגירה של הדלי - והכל עם סליל שסתום אחד. זוהי תצורה מתקדמת שבה שסתום רב-כיווני יחיד יכול לנהל שתי תנועות ופונקציית הידוק על ידי יציאה חכמה במצבי סליל שונים. (סליל נוסף באותה מכונה היה שסתום 6-כיווני בעל 4 מצבים לבום, שאפילו היה לו מצב ציפה נוסף.) דוגמאות אלו מראות ששסתומי 6-כיוונים משמשים לשילוב פונקציות הידראוליות מרובות, לרוב כדי לחסוך במקום ולפשט את המעגל ההידראולי.

מנקודת מבט של תכנון מעגלים, שסתום 6-כיווני בעל 3 מצבים שימושי במיוחד כאשר אתה רוצה נייטרלי מרכז פתוח (לפירוק המשאבה) אך עדיין יש לך דרך להעביר לחץ קדימה אל שסתומים נוספים. ניתן להגדיר את ה'דרכים' הנוספות כשקע העברה (כוח מעבר) וכניסה משנית . זה מאפשר לך לשים שסתומים בסדרה (הזרימה עוברת דרך אחד כדי להזין את הבא) או במקביל (שני השסתומים שואבים מהאספקה) לפי האופן שבו אתה מחבר או מחבר את היציאות הללו. בשלב הבא נבחן מה המשמעות של חיבור שסתומים במקביל לעומת סדרה וכיצד תצורות השסתומים הרב-כיווניות הללו מאפשרות את תכנוני המעגלים הללו.

מעגלים הידראוליים מקבילים לעומת סדרה

בעת שליטה על מספר מפעילים (צילינדרים, מנועים) במערכת הידראולית, יש לך שני סידורי מעגל בסיסיים זמינים:

• מעגלים מקבילים: כל ענף שסתום/מפעיל מוזן ישירות מקו אספקת הלחץ (וחוזר למיכל באופן עצמאי). המשמעות היא שמספר מפעילים יכולים לקבל זרימה בו זמנית , ולחלוק את זרימת המשאבה. בהגדרה מקבילה, הפעלת פונקציה אחת אינה חוסמת מטבעה זרימה לאחרת - נוזל יכול לקחת מספר נתיבים. עם זאת, אם שני מפעילים מופעלים יחד, הם יתחרו על הזרימה, ובדרך כלל זה עם התנגדות נמוכה יותר (עומס קל יותר) יזוז ראשון או מהר יותר. מעגלים מקבילים נפוצים בציוד מודרני מכיוון שהם מאפשרים שליטה רב תכליתית - למשל, הרמת בום תוך הנפת זרוע בו זמנית.

• מעגלים סדרתיים: השסתומים או המפעילים מסודרים בקו , כך שהנוזל זורם דרך אחד ואז לתוך הבא. למעשה, פונקציה אחת נמצאת במורד פונקציה אחרת. לעתים קרובות זה אומר שלמפעיל במעלה הזרם יש עדיפות - הוא יקבל תחילה זרימה, ורק ברגע שהוא משלים או יוצר לחץ יזון הנוזל את המפעיל הבא. אם שני שסתומים נמצאים בסדרה והשסתום הראשון מופעל, הוא עלול להסיט את כל הזרימה ולנתק את השסתומים במורד הזרם (עד שהראשון יספיק או ישוחרר). מעגלים סדרתיים נוטים לגרום לפעולה רציפה : מפעיל אחד נע, ואז השני, ולא בו-זמנית. זה יכול להיות שימושי עבור רצף אוטומטי של תנועות או עבור בטיחות (הבטחת פעולה אחת מסתיימת לפני שאחרת מתחילה), אבל זה יכול להגביל את היכולת לעשות שני דברים בבת אחת.

אנלוגיה קלה היא לחשוב על מעגלים חשמליים או זרימת מים: מעגל מקביל הוא כמו לחבר שני מכשירים לאותו שקע באמצעות פס חשמל - הם יכולים לפעול יחד (אם כי הם חולקים כוח זמין). מעגל סדרתי הוא כמו חיווט מכשירי חשמל בשרשרת - השני מקבל כוח רק דרך הראשון; אם הראשון כבוי, השני לא מקבל כלום. באנלוגיה נוזלית, דמיינו שני גלגלי מים בנחל: במקביל, הנחל מתפצל וכל גלגל מקבל זרימה משלו; בסדרה, המים חייבים לסובב את הגלגל הראשון, ואז כל מה שנשאר ממשיך לסובב את השני. במקרה של הסדרה, הגלגל הראשון ייקח את מה שהוא צריך והשני יקבל את זרימת ה'שארית' (ואם הראשון נתקע, השני נעצר לחלוטין).

אף אחת מהשיטות אינה 'טובה יותר' בכל המקרים - הן פשוט משרתות מטרות שונות. מערכות הידראוליות רבות משתמשות למעשה בשילוב: חלק מתפקדות במקביל, אחרות בסדרות, ומשתמשות בשסתומים מיוחדים (כמו שסתומי רצף או מחלקי זרימה) כדי לתאם בעת הצורך. כעת, בואו נראה כיצד שסתומי כיוון רב-כיווני מוגדרים עבור כל מקרה.

השגת מעגלים הידראוליים מקבילים עם שסתומים רב-כיווניים

בהסדר מעגל מקביל , כל שסתום כיווני (או כל חלק של בנק שסתומים רב-סלילים) מתחבר ללחץ האספקה ​​באופן עצמאי. למעשה, זה אומר שכל יציאות ה-P של השסתומים קשורות לקו לחץ משותף (סעפת) מהמשאבה, וכל יציאות ה-T חוזרות לקו המיכל. כאשר אף אחד מהשסתומים אינו מופעל, נוזל (משאבה בעלת נפח קבוע במערכת מרכז פתוח) מסתובב בדרך כלל דרך נתיב מרכז פתוח אל המיכל. ברגע שסליל אחד עובר להנעת צילינדר, הוא חוסם את המעקף המרכזי ומכוון את הזרימה לנתיבים המקבילים של מכלול השסתום. שמן זמין אז לכל המפעילים ברשת המקבילה. אם מזיזים מספר סלילים בבת אחת, הזרימה תתחלק - אם כי לא תמיד שווה. בדרך כלל, המפעיל בעל העומס הנמוך ביותר (המינימום התנגדות) יזוז ראשון מכיוון שהוא מאפשר זרימה קלה יותר, תופעה המכונה 'אפקט ה'נתיב של ההתנגדות הקטנה ביותר'. מפעילים רואים זאת לעתים קרובות כפונקציה אחת שמאטה כאשר פונקציית עומס אחרת, כבדה יותר, מופעלת בו-זמנית - המטען הקל יותר גונב זרימה עד שההתנגדות שלו עולה.

עיצוב שסתומים עבור מעגלים מקבילים: שסתומים מודרניים מרובי חלקים בנויים לעתים קרובות עם מעגלים מקבילים (הנקראים לפעמים עיצוב מרכז מקבילי). זה מבטיח שכאשר קטע אחד מופעל, לקטעים במורד הזרם עדיין יש גישה ללחץ. לדוגמה, מחפרים ומעמיסים רבים משתמשים בבתי שסתומים מקבילים כך שהנהג יכול לבצע תנועות ריבוי משימות. אם מופעלת יותר מתפקוד אחד, זרימת המשאבה מפוזרת ולעיתים קרובות נעשה שימוש במפצה לחץ או בקרת זרימה כדי ליישר מהירויות. במעגל מקביל ללא פיצוי, אם שני סלילים פתוחים, כל הזרימה עשויה לעבור למפעיל אחד עד שהוא נתקל בעומס מספיק, ואז השני מתחיל - זו הסיבה שפונקציות ההרמה והסלסול יכולות לתקשר. פתרונות שונים כמו שסתומי שיתוף זרימה או מערכות חישת עומס מתווספים כדי לתת מענה לכך, אבל בעיקרון הפריסה המקבילה היא המאפשרת פעולה בו זמנית.

הגדרת מעגל מקבילי עם שסתומים נפרדים היא פשוטה: חבר את כל יציאות ה-P יחד למשאבה (או לגלריה משותפת בלחץ גבוה) ואת כל יציאות ה-T יחד להחזרת הטנק. יציאות העבודה של כל שסתום עוברות לצילינדר או למנוע שלו. אם אתה משתמש בשסתומים רב-כיווניים עם יציאת N (הספק מעבר) , אתה בדרך כלל מתקין תקע שממיר את השסתום לזרימה מקבילה מרכז פתוח (כך שבמצב ניטרלי הזרימה יוצאת מיציאת T אל מיכל, לא אל מחוץ ל-N). בתצורה מקבילה, יציאת N עשויה להיות חסומה או להשתמש בה למטרה נפרדת (כמו הזנת אביזר רק כאשר הפונקציות העיקריות אינן פעילות). שסתומי מונובלוק הידראולי סטנדרטיים רבים הם כברירת מחדל מקבילים: לדוגמה, 'מעגל מקביל' הוא העיצוב הנפוץ, בעוד ש'מעגל טנדם (סדרה)' עשוי להיות אופציה מיוחדת.

יתרונות של מעגלים מקבילים: היתרון הגדול הוא בקרה עצמאית - מפעילים לא חייבים לנוע ברצף קבוע. אתה יכול להתחיל או לעצור כל תנועה ללא קשר לאחרים (בכפוף לקיבולת המשאבה). זה אידיאלי כאשר אתה רוצה שמכונה תבצע פעולות משולבות, כמו היגוי בזמן נהיגה, או הרמת כלי תוך כדי הארכתו. החיסרון הוא נושא שיתוף הזרימה; אם מפעיל אחד דורש לחץ נמוך וזרימה גבוהה, הוא יכול להרעיב אחר. המתכננים מקלים על זה עם שסתומי בקרת זרימה, שסתומי עדיפות או משאבות חישת עומס כדי להבטיח שכל פונקציה תקבל את הזרימה הדרושה לה. ובכל זאת, מעגלים מקבילים הם הבחירה למערכות מרובות מפעילים הדורשות גמישות.

השגת מעגלים הידראוליים מסדרה עם שסתומים רב-כיווניים

בסידור מעגלים סדרתי , שסתומים מחוברים בזה אחר זה כך שהמוצא של אחד מזין את הכניסה של השני. כדי לדמיין זאת, דמיינו את קו הלחץ מהמשאבה נכנס ליציאת P של שסתום 1; ואז הזרימה שיוצאת משסתום 1 (כאשר במצב ניטרלי) נכנסת ליציאת P של שסתום 2, וכן הלאה. הכוח מעבר ליציאת (N) בשסתום הוא המפתח לגרום לזה לקרות - הוא נושא זרימה בלחץ גבוה קדימה אל השסתום הבא בתור בעוד שלשסתום המקורי עדיין יש נתיב חזרה למכל משלו למועד שבו הוא פועל. על ידי התקנת מתאם מתח מעבר למקטע היציאה של שסתום, אתה מבודד את הזרימה: זרימת לחץ גבוה יוצאת מיציאת N כדי להזין שסתומים במורד הזרם, ויציאת T בשסתום זה מטפלת רק בהחזרת מיכל בלחץ נמוך. בעצם, יציאת N הופכת להמשך הסדרתי של קו הלחץ.

כאשר שסתומים (או מקטעים) נמצאים בסדרה כזו, זה הקרוב ביותר למשאבה יש עדיפות. נוזל זורם דרך כל שסתום בתורו . אם השסתום הראשון מופעל, הוא בדרך כלל מפנה את זרימת המשאבה לתוך המפעיל שלו וחוסם את הזרימה מלהגיע הלאה (עד לדרישת השסתום הראשון הזה או שהוא יוחזר למצב ניטרלי). רק כאשר שסתום 1 במצב ניטרלי, הזרימה עוברת בחופשיות אל שסתום 2 (ואז שסתום 2 יכול להשתמש בו). אם שסתום 1 פתוח חלקית (מצערת), שסתום 2 עשוי לקבל רק את הזרימה העודפת (או הלחץ) שלא נעשה בו שימוש על ידי 1. זו הסיבה שמעגלי סדרה יוצרים מטבעם בקרה רציפה או מבוססת עדיפות . לדוגמה, אם אתה מכניס שני צילינדרים להרמה בסדרה באמצעות שסתומים, הראשון עשוי להימשך לחלוטין לפני שהשני זז, מה שמבטיח רצף מסודר (זה יכול להיות רצוי ביישומים כמו פריסת משענים בזה אחר זה).

עיצוב שסתומים למעגלים סדרתיים: שסתומים עם מרכז פתוח עם סליל טנדם מרכזי (סדרה) משמשים במערכות קלאסיות עם משאבה קבועה. במצב ניטראלי, כל שסתום מעביר נוזל למשנהו כאילו דרך צינור רציף למיכל. כאשר שסתום מופעל, הסליל שלו מנתק את נתיב הזרימה במורד הזרם (בתעדוף תפקידו). לדוגמה, מעמיסים ישנים יותר של טרקטור היו לרוב את בנק שסתומי המעמיס בסדרה עם שסתום המחפרון - חיבור המעמיס עלול לגנוב זרימה מהמחפרון אלא אם כן סליל המעמיס היה ניטרלי. כדי ליישם מעגל סדרתי עם שסתומים מודולריים מודרניים, אתה משתמש ביציאת העברה (כוח מעבר) . פתח ה-N של השסתום הראשון (הבא) מזין את כניסת השסתום השני, אשר יציאת ה-N שלו מזין את השלישי, וכן הלאה, כאשר רק היציאה של השסתום האחרון עוברת למיכל. כל שסתום בשרשרת חייב להיות מצויד בכוח מעבר כדי שיוכל להתמודד עם זרימת המשאבה המלאה פנימית ללא נזק (כלומר מותקן שרוול או מתאם). החשיבות של יציאת ה-N מודגשת על ידי היצרנים: היא נועדה במיוחד 'ליצור חיבור בין שני שסתומי בקרה' כמקשר העברה בלחץ גבוה.

יתרונות ושיקולים של מעגלים סדרתיים: היתרון העיקרי הוא שאתה יכול בקלות ליצור עדיפות או בקרת רצף ללא שסתומי רצף נוספים - לפונקציה במעלה הזרם יש כמובן עדיפות. חיבור סדרתי גם מפשט את הצנרת במערכות שבהן רק פונקציה אחת צפויה לפעול בכל פעם (הזרימה פשוט יורדת למטה כאשר כל שסתום במעלה הזרם מסופק). זה יכול להפחית את מספר הצינורות ממשאבה (קו אחד פנימה, קו אחד החוצה משרשרת שסתומים). עם זאת, ישנם שיקולים וחסרונות חשובים:

• פעולה רציפה: כפי שצוין, פעולה בו-זמנית מוגבלת או בלתי אפשרית ללא שסתומים מיוחדים לפיצוי לחץ. במקרים רבים זהו חיסרון כי זה מגביל ריבוי משימות. נעשה בו שימוש בכוונה רק כאשר רצוי או מקובל הפעלה אחת אחרי השנייה. אחרת, מעצבים מעדיפים מערכות מקבילות או חישת עומס עבור מכונות מודרניות כדי לאפשר תנועות משולבות.

• ירידת לחץ וחום: דחיפת נוזל דרך שסתומים מרובים בסדרה עלולה לגרום לירידות לחץ מצטברות. כל שסתום והמעברים הפנימיים שלו מוסיפים התנגדות. עד שהנוזל יגיע לשסתום במורד הזרם, הלחץ הזמין שלו עשוי להיות מופחת (במיוחד אם פונקציה במעלה הזרם נמצאת בשימוש). האנרגיה שאינה מנוצלת הופכת לחום. לפיכך, מעגלי סדרה יכולים להיות פחות יעילים אם שסתומים מרובים פעילים לעתים קרובות או אם משתמשים בנתיבי זרימה ארוכים.

• התאמת קיבולת שסתומים: בעת קישור שסתומים בסדרה, ודא שכל שסתום יכול להתמודד עם זרימת המערכת והלחץ המלאים . כל הזרימה עבור המפעילים הבאים עוברת דרך גלריות השסתומים במעלה הזרם. אם קצב הזרימה חורג ממה שדורגו שסתומים אלה, אתה מסתכן באובדן לחץ, נזק לשסתומים או פעולה לא יציבה (למשל חסימת סליל או דליפות). באופן דומה, כל שסתום בסדרה יראה לחץ הן מהעומס שלו והן מהעומסים במורד הזרם נערמים. אם קטע אחד מוגדר ללחץ נמוך יותר, זה עלול להרעיב את הפונקציות במורד הזרם או לגרום להן להיעצר. בחירה וכיול נכונים של שסתומים (התאמת מפרטי זרימה/לחץ והגדרות הקלה) חיוניים לפעולה בטוחה ויעילה בסדרה.

• מורכבות ותחזוקה: סידור סדרתי אומר שהמערכת תלויה הדדית - כשל או דליפה בשסתום אחד יכולים להשפיע על כל הפונקציות במורד הזרם. יש יותר קשרים בשרשרת, המורכבות גוברת. תחזוקה שוטפת ובדיקות להגדרות לחץ, דליפות וזיהום חשובים. ובכל זאת, הגישה הסדרתית יכולה לחסוך מקום (פחות קווי משאבה) ועלות (משאבה פשוטה יותר או שסתום הקלה בודד לשרשרת), כך שזו פשרה.

יישום לדוגמה: שקול הרמה הידראולית עם שני שלבים שחייבים להתרומם ברצף. על ידי חיבור שסתומי בקרת הצילינדר בטור, השלב הראשון יתארך במלואו לפני שהלחץ יגדל מספיק כדי להניע את השלב השני - השגת רצף פשוט ללא בקרות אלקטרוניות. במקרה אחר, המדריך הסיני למעמיס גלגל ציין כי לשסתום הרב-כיווני שלו יש עיצוב מעגלים פנימי כדי לשלוט על הצילינדרים של הבום וההטיה, ונועל כל חלק במקומו לפי הצורך. זה הבטיח שכאשר אף אחד מהסליל לא פעיל, שני הצילינדרים נשארים במקומם (מרכזים סגורים) וזרימת המשאבה עוברת למיכל (מעבר מרכזי פתוח), וכאשר סליל אחד פעיל הוא מפנה את הזרימה לתפקוד זה בעוד הפונקציה השנייה נשארת נעולה. תכנונים כאלה ממחישים כיצד מעגלים סדרתיים יכולים לעמוד בדרישות תפעוליות ספציפיות לבטיחות או פשטות.

שימוש בשסתומים רב-כיווניים לבניית המעגל הרצוי

עם הבנה של מקבילים לעומת סדרות, נוכל לסכם כיצד שסתומים רב-כיווניים עוזרים להשיג כל אחד מהם:

• הגדרת מעגל מקביל: השתמש בשסתומים (או סעפת שסתום רב-סלילים) עם הזנת לחץ משותפת. במכלול שסתום מונובלוק או חתך, בחר בתצורה מקבילה כך שהסטת כל סליל מפנה את הזרימה לאותו חלק תוך שמירה על אספקה ​​לאחרים. ודא שהמשאבה יכולה לספק את הזרימה המשולבת אם מספר פונקציות פועלות יחד. במידת הצורך, כלול שסתומי בקרת זרימה או חישת עומס לניהול פיצול זרימה בין ענפים. כל קווי החזרה הולכים לטנק. (חשבו על כל שסתום כעל הסתעפות מקו ראשי.)

• הגדרת מעגלים בסדרה: קשר שסתומים באמצעות תכונת הכוח מעבר (העברה). הפלט (יציאת N) של השסתום הראשון מזין את הכניסה של השסתום הבא, וכן הלאה. השתמש בסלילים במרכז טנדם או במרכז פתוח המאפשרים זרימה בניוטרל. הגדר את הפונקציה החשובה ביותר בתור הראשונה בתור. ודא את דירוגי כל שסתום עבור זרימת משאבה מלאה. לחלופין, הוסף שסתום רצף או שסתום מתכוונן בלחץ אם אתה צריך סף לחץ מדויק למעבר מפונקציה אחת לאחרת (כדי לכוונן את הרצף). לכל שסתומי הביניים יציאות המיכל שלהם יטפלו רק בזרימת ההחזרה שלהם, לא בזרימת המשאבה המלאה. השסתום האחרון בסדרה זורק למיכל בקצה השרשרת. (חשוב על כל שסתום כעל חוליה בשרשרת, ומעביר את הזרימה לאחרת.)

• מעגלים משולבים: מערכות מסוימות משתמשות בהיברידית. לדוגמה, שני שסתומים עשויים לפעול במקביל (שניהם מקבלים זרימת משאבה) ואילו השלישי מוזן במורד הזרם של אלה באמצעות רצף - למעשה תערובת מקבילה בסדרה. מכלולי שסתומים רב-כיווניים (כמו שסתומי 6-כיוונים שנדונו) מאפשרים זאת על-ידי מתן מספר יציאות לחיבור שסתומים באופן יצירתי. מהנדס עשוי לחבר יציאות מסוימות כדי להגדיר חלק אחד של המעגל בסדרה ואחר במקביל. המטרה היא להבטיח שכל מפעיל יקבל את הזרימה הנכונה בזמן הנכון. עבור מערכות מורכבות, בלוקים סעפת מתוכננים לעתים קרובות עם מעברים פנימיים כדי להשיג את הרשת הרצויה של מסלולים סדרתיים/מקבילים.

מַסְקָנָה

הבנת הטרמינולוגיה 'דו-מצבי תלת-כיווני' ו 'שלושה-מצבים שישה-כיווני' היא בסיסית בעת בחירה או דיון בשסתומים הידראוליים. שסתום 3/2 מציע בקרה פשוטה של ​​שני מצבים עבור מפעילי קו בודד או אותות טייס, בעוד שסתום 6/3 מספק פתרון רב יציאות ורב מצבים לניתוב זרימה מורכב יותר, לרוב כולל את היכולת להגדיר בקלות מעגלים סדרתיים או מקבילים לפי אופן החיבור של השסתומים.

בעת תכנון מעגל הידראולי, החלטה בין תצורה מקבילית לעומת סדרה (או שילוב) תשפיע באופן דרסטי על אופן פעולת המכונה. מעגלים מקבילים מאפשרים תנועה בו זמנית ועצמאית במחיר של שיתוף זרימה, מה שהופך אותם לנפוצים במערכות הדורשות ריבוי משימות. מעגלים סדרתיים אוכפים פעולה וקדימות ברצף, מה שיכול לפשט בקרות מסוימות אך להגביל תנועה במקביל. שסתומי כיוון רב-כיווני, במיוחד אלה עם יציאה מתקדמת כמו יציאת N לכוח מעבר, הם אבני הבניין המאפשרות למהנדסים ליישם את המעגלים הללו הלכה למעשה - משסתום סולנואיד פשוט השולט בצילינדר אחד, ועד לסעפת מרובת סלילים שמתזמרת ציוד כבד שלם.

על ידי שימוש בסוג ובתצורה הנכונים של השסתומים, ותשומת לב לצורכי בקרת זרימה ובקרה רציפה , מתכננים יכולים להבטיח שהמערכת ההידראולית מתנהגת כמתוכנן. לדוגמה, אם שני צילינדרים חייבים לנוע יחד, ניתן לבחור במערך שסתום מקביל עם בקרות זרימה; אם אחד חייב תמיד לזוז לפני השני, קישור סדרה או שסתום רצף משיגים זאת. שקול תמיד את דרישות העומס של המערכת, את הבטיחות (למשל עמדות אחיזה, שעשויות לדרוש מרכזים סגורים או שסתומי נעילה), ואת הצורך הפוטנציאלי בהרחבה עתידית (הוספת שסתום נוסף במורד הזרם באמצעות כוח מעבר, למשל). עם הבנה מוצקה של מושגים ומונחים אלה, אפשר לקרוא סכמות הידראוליות או דפי מפרט בביטחון ולקבל החלטות מושכלות בתכנון כוח נוזלי.

שאלות נפוצות: סוגי שסתומים הידראוליים ותצורות מעגלים

ש1: מהו שסתום תלת-כיווני דו-מצבי במערכת הידראולית?
שסתום תלת-כיווני דו-מצבי (נקרא גם שסתום כיוון 3/2) הוא סוג של שסתום כיווני הידראולי בעל שלוש יציאות ושני מצבי הפעלה יציבים. הוא משמש בדרך כלל לשליטה על צילינדרים חד-פעמיים או קווי טייס, המאפשרים לנוזל לזרום בעמדה אחת ואוורור למיכל במיקום השני. שסתומים אלה מופעלים לרוב באמצעות סולנואיד או ידנית ומתאימים למשימות פשוטות של הפעלה/כיבוי של בקרת נוזלים.

ש 2: מה עושה שסתום כיווני בעל שלושה מצבים שישה כיוונים?
שסתום שישה כיוונים בעל שלושה מצבים (שסתום 6/3) הוא שסתום כיווני רב תכליתי עם שש יציאות ושלושה מצבי סליל. הוא מאפשר ניתוב זרימה מורכב, לרוב כולל פריקה ניטראלית במרכז והספק מעבר לתצורות עבור שליטה מרובה מפעילים. שסתומים אלה משמשים בדרך כלל במערכות הדורשות בקרה רציפה או מעורבת בסדרות מקבילות , כגון מעמיסים או מודולים הידראוליים משולבים.

ש 3: מה ההבדל בין מעגלים הידראוליים סדרתיים ומקבילים?
במעגל הידראולי מקביל , מפעילים מרובים מקבלים נוזל מקו לחץ משותף, מה שמאפשר תנועה בו זמנית. במעגל הידראולי סדרתי , הזרימה עוברת משסתום או מפעיל אחד למשנהו, ויוצרת אפקט בקרה רציף או עם עדיפות. מעגלים סדרתיים הם אידיאליים לפעולות הדורשות תנועה שלב אחר שלב; מעגלים מקבילים תומכים בתפקוד עצמאי ובו-זמני.

ש 4: כיצד פועל כוח שסתום הידראולי מעבר (יציאת N)?
יציאת N , הידועה גם ככוח מעבר לנמל , מאפשרת לשסתום כיווני להעביר נוזל בלחץ גבוה לשסתומים במורד הזרם בתצורה הידראולית סדרתית . בעת שימוש ביציאת N, השסתום מוגדר עם מתאם מתח מעבר לפיצול נתיבי לחץ וזרימה חוזרת, המאפשר פעולת שסתום משורשרת מבלי להרעיב את המפעילים הבאים.

ש5: האם אני יכול לחבר את יציאת T (טנק) של שסתום אחד ליציאת P (לחץ) של הבא במעגל הידראולי?
לא, חיבור ישיר של יציאת T של שסתום אחד ליציאת P של שסתום אחר אינו נכון ברוב המערכות ההידראוליות. פתח המיכל הוא מחזיר בלחץ נמוך, והשימוש בו כספק ירעיב את שסתום הלחץ הבא. במקום זאת, השתמש ביציאת N (הספק מעבר) להזנת לחץ לשסתומים הבאים בתצורה סדרתית.

ש6: מדוע מתרחש חוסר איזון בזרימה במערכת הידראולית מקבילה?
במערך שסתום הידראולי מקביל , מפעילים מתחרים על אותה זרימת משאבה. בשל הנתיב של ההתנגדות הקטנה ביותר , המפעיל עם העומס הקל יותר זז בדרך כלל ראשון, מה שעלול לגרום לחוסר איזון בזרימה. ניתן לתקן התנהגות זו באמצעות שסתומי בקרת זרימה מתומכי לחץ או טכנולוגיית חישת עומס כדי להבטיח חלוקת זרימה אחידה.

ש7: איזה סוג של שסתום הידראולי הוא הטוב ביותר עבור בקרה רציפה של מפעילים?
כדי להשיג בקרת מפעיל רציף , השתמש בשסתומי כיוון מחוברים בסדרה או שלב שסתומי רצף במערכת. מעגל הידראולי סדרתי אוכף באופן טבעי סדר תנועה, במיוחד בשילוב עם שסתומי שישה כיוונים בעלי שלושה מצבים או עיצובי סליל מרכזי טנדם שעוברים זרימה רק לאחר שהביקוש במעלה הזרם מתמלא.