Układy hydrauliczne polegają zawory wielodrogowe (kierunkowe zawory sterujące) do kierowania przepływu płynu i siłowników sterujących. Zawory te występują w różnych konfiguracjach, często opisywanych na podstawie liczby pozycji i sposobów (portów). W tym artykule wyjaśnimy, co oznaczają terminy takie jak „dwupołożeniowy trójdrogowy” i „trójpołożeniowy sześciodrogowy” oraz wyjaśnimy, w jaki sposób można zaaranżować zawory wielodrogowe w celu utworzenia równoległych i szeregowych obwodów hydraulicznych . Użyjemy jasnej terminologii (porty P, T, A, B, N itp.), analogii ze świata rzeczywistego i przykładów, aby te koncepcje były łatwe do zrozumienia dla inżynierów, nabywców technicznych i osób uczących się energetyki płynnej.
Podstawy hydraulicznych zaworów kierunkowych
Hydrauliczne zawory kierunkowe – często sterowane elektromagnetycznie – kontrolują kierunek, przepływ i ciśnienie płynu w układzie. Osiągają to poprzez otwieranie, zamykanie lub przełączanie połączeń między różnymi portami. Kluczowe terminy obejmują:
Porty (drogi): Punkty połączeń w zaworze. Typowe etykiety portów to P (wlot ciśnienia z pompy), T (powrót zbiornika do zbiornika) i A/B (porty robocze prowadzące do cylindra lub silnika). Niektóre zawory mają również port N (Next lub port Power Beyond) do podłączenia do innego zaworu za zaworem. Na przykład adapter Power Beyond w porcie „N” zapewnia przenoszenie wysokiego ciśnienia, dzięki czemu płyn może zasilać inny zespół zaworów.
Pozycje: Wyraźne pozycje suwaka wewnątrz zaworu, które zmieniają ścieżki przepływu. Zawór dwupozycyjny ma dwa stabilne stany (często jeden pod napięciem i jeden bez napięcia), podczas gdy zawór trójpozycyjny ma trzy (zwykle dwa skrajne plus środkowy neutralny). Sprężyny są powszechnie używane do przywracania szpuli do pozycji środkowej lub domyślnej, gdy nie jest uruchomiona.
Zrozumienie oznaczenia zaworu (np. „3/2” w przypadku dwupołożeniowego zaworu trójdrogowego lub „6/3” w przypadku trójpozycyjnego zaworu sześciodrogowego) jest kluczowe przy projektowaniu obwodów hydraulicznych. Pierwsza liczba oznacza drogi (porty) , druga pozycje . Rozważmy szczegółowo te przykłady.
Dwupozycyjne zawory trójdrogowe (zawory 3/2)
Dwupozycyjny zawór trójdrogowy to zawór kierunkowy z trzema przyłączami i dwoma pozycjami suwaka . W skrócie branżowym jest to zawór 3/2 . Zasadniczo działa jak włącznik/wyłącznik przepływu płynu do siłownika. Jedno położenie (powiedzmy, gdy elektromagnes jest zasilany lub dźwignia jest przesunięta) łączy port ciśnieniowy z portem wylotowym, umożliwiając przepływ płynu do siłownika. Drugie położenie zazwyczaj odcina dopływ i umożliwia odpowietrzenie siłownika do zbiornika. Innymi słowy, gdy zawór jest „otwarty”, płyn może przepływać w jednym kierunku; w stanie „zamkniętym” przepływ jest zablokowany i siłownik można podłączyć do powrotu.
Przypadek użycia: Klasyczna aplikacja steruje a cylinder jednostronnego działania lub dowolne urządzenie wymagające zasilania i wydechu. Na przykład w prasie hydraulicznej z cylindrem ze sprężyną powrotną zawór elektromagnetyczny 3/2 może skierować olej pod ciśnieniem (P) do otworu cylindra (A) w celu jego wydłużenia, a po odłączeniu zasilania podłączyć to przyłącze A do zbiornika (T), tak aby cylinder cofnął się pod wpływem siły sprężyny. Można o nim myśleć jak o trójdrożnym przełączniku kranu: w jednym położeniu wysyła płyn do cylindra, a w drugim zrzuca go do zbiornika (pozwalając na zapadnięcie się cylindra).
Często stosuje się dwupozycyjne zawory trójdrogowe zawory elektromagnetyczne do automatyzacji, ale mogą być również uruchamiane mechanicznie lub pneumatycznie. Mają tylko dwa stany – na przykład pod napięciem i bez napięcia – dzięki czemu można je łatwo sterować włączaniem/wyłączaniem przepływu płynu. W praktyce można je określić jako „normalnie zamknięte” (blokujące przepływ do momentu uruchomienia) lub „normalnie otwarte” (umożliwiające przepływ do momentu uruchomienia w celu zablokowania), w zależności od konfiguracji wewnętrznej suwaka.
Zawory trójpozycyjne sześciodrogowe (zawory 6/3)
Trójpozycyjny zawór sześciodrogowy jest bardziej złożony i ma sześć przyłączy i trzy pozycje suwaka (powszechnie określany jako zawór 6/3 ). Ta konfiguracja jest mniej powszechna niż standardowe zawory 4-drogowe, ale zapewnia dodatkowe porty do bardziej zaawansowanej kontroli przepływu. Zasadniczo 3-pozycyjny zawór 6-drogowy może sterować wieloma ścieżkami przepływu lub nawet wieloma siłownikami z jednego zaworu dzięki konstrukcji wewnętrznego otworu. To tak, jakby mieć dwa połączone ze sobą zawory w jednej obudowie, co daje elastyczność w tworzeniu zaawansowanych obwodów.
Aby to sobie wyobrazić, weź pod uwagę, że typowy zawór 4-drogowy (dla cylindra dwustronnego działania) ma porty P, T, A, B. Teraz zawór 6-drogowy dodaje dwa dodatkowe porty (często oznaczone jako P2 i T2 lub N i dodatkowy powrót). Te dodatkowe porty mogą służyć jako dodatkowe wejścia/wyjścia lub ścieżka zasilania poza siecią . W wielu przypadkach zawór 6-drogowy jest zaprojektowany tak, aby można go było łatwo połączyć z innymi zaworami . Jeden zestaw portów P/T można podłączyć do pompy głównej i zbiornika, a dodatkowe porty P2/T2 mogą zasilać lub odbierać przepływ z innego stopnia zaworu. Umożliwia to połączenie wielu takich zaworów szeregowo lub równolegle, w zależności od potrzeb.
Na przykład Festo oferuje 3-pozycyjny zawór 6-drogowy z ręczną dźwignią do hydraulicznych systemów szkoleniowych. W swoim neutralnym położeniu środkowym (wyśrodkowanym względem sprężyny) otwiera drogę od głównego wlotu ciśnienia do zbiornika głównego (odciążając pompę), blokując jednocześnie porty wtórne i porty robocze (P1 → T1 jest otwarty, podczas gdy P2, T2, A, B są zamknięte). Oznacza to, że gdy zawór jest wyśrodkowany, żaden siłownik się nie porusza, a przepływ pompy po prostu trafia do zbiornika pod niskim ciśnieniem (na biegu jałowym). Dwie aktywne pozycje zaworu mogą następnie kierować przepływ w celu osiągnięcia różnych funkcji lub połączenia różnych obwodów. Jedna pozycja może kierować przepływ z P1 do A i B do T1 (jak wysuwanie cylindra), podczas gdy inna może łączyć P1 z B i A z T1 (wycofanie cylindra). Jednocześnie obecność portów P2 i T2 oznacza, że zawór ten może kierować przepływ do lub z innego zaworu: łącząc kilka zaworów 6-drogowych, można wdrożyć w systemie obwody szeregowe, równoległe, a nawet mieszane (szeregowo-równoległe) . Zasadniczo dodatkowe porty dają projektantom swobodę łączenia zaworów w łańcuchy lub dzielenia przepływu bez zewnętrznych trójników.
Przykład zastosowania: Trójpozycyjne zawory sześciodrogowe często pojawiają się w mobilnych układach hydraulicznych i skomplikowanych maszynach. Na przykład w jednej konstrukcji ładowarki kołowej suwak sterujący przechyłem był 3-pozycyjnym 6-drogowym zaworem, który sterował zarówno siłownikiem przechylania łyżki w dwóch kierunkach (przechylenie w górę/w dół), jak i trzecią funkcją – zaciskaniem lub zamykaniem łyżki – wszystko za pomocą jednego suwaka zaworu. Jest to zaawansowana konfiguracja, w której pojedynczy zawór wielodrogowy może sterować dwoma ruchami i funkcją zaciskania poprzez sprytne przeniesienie w różnych pozycjach suwaka. (Inną szpulą w tej samej maszynie był 4-pozycyjny 6-drogowy zawór wysięgnika, który miał nawet dodatkowe położenie pływające.) Te przykłady pokazują, że 6-drogowe zawory służą do integrowania wielu funkcji hydraulicznych, często w celu zaoszczędzenia miejsca i uproszczenia obwodu hydraulicznego.
Z punktu widzenia projektu obwodu, 3-pozycyjny zawór 6-drogowy jest szczególnie przydatny, gdy chcesz, aby neutralny był otwarty pośrodku (w celu rozładowania pompy), a jednocześnie miałbyś możliwość przeniesienia ciśnienia dalej do dodatkowych zaworów. Dodatkowe „drogi” można skonfigurować jako wylot przejściowy (wyjście zasilania) i wlot wtórny . Pozwala to na połączenie zaworów szeregowo (przepływ przechodzi przez jeden, aby zasilić następny) lub równolegle (oba zawory pobierają zasilanie) w zależności od sposobu podłączania lub łączenia tych portów. Następnie zbadamy, co oznacza łączenie zaworów równolegle a szeregowo i w jaki sposób konfiguracje zaworów wielodrogowych umożliwiają realizację takich projektów obwodów.
Obwody hydrauliczne równoległe a szeregowe
Podczas sterowania wieloma siłownikami (cylindrami, silnikami) w układzie hydraulicznym dostępne są dwa podstawowe układy obwodów:
Obwody równoległe: Każde odgałęzienie zaworu/siłownika jest zasilane bezpośrednio z linii zasilającej pod ciśnieniem (i niezależnie powraca do zbiornika). Oznacza to, że wiele siłowników może odbierać przepływ jednocześnie , dzieląc przepływ pompy. W konfiguracji równoległej aktywacja jednej funkcji nie blokuje przepływu do drugiej – płyn może przepływać wieloma drogami. Jeśli jednak dwa siłowniki będą obsługiwane razem, będą one konkurować o przepływ i zazwyczaj ten o niższym oporze (mniejsze obciążenie) będzie poruszał się pierwszy lub szybciej. Obwody równoległe są powszechne w nowoczesnym sprzęcie, ponieważ umożliwiają sterowanie wielofunkcyjne – na przykład podnoszenie wysięgnika przy jednoczesnym machaniu ramieniem.
Obwody szeregowe: Zawory lub siłowniki są rozmieszczone w linii , tak że płyn przepływa przez jeden, a następnie do drugiego. W efekcie jedna funkcja znajduje się poniżej drugiej. Często oznacza to, że nadrzędny siłownik ma pierwszeństwo – to on jako pierwszy otrzyma przepływ i dopiero po jego ukończeniu lub wybudowaniu ciśnienia będzie dostarczał płyn do następnego siłownika. Jeśli dwa zawory są połączone szeregowo i pierwszy zostanie uruchomiony, może to spowodować przekierowanie całego przepływu, odcinając kolejne zawory (do czasu zaspokojenia lub zwolnienia pierwszego). Obwody szeregowe zwykle powodują działanie sekwencyjne : jeden siłownik porusza się, potem drugi, a nie jednocześnie. Może to być przydatne do automatycznego sekwencjonowania ruchów lub ze względów bezpieczeństwa (zapewnienie zakończenia jednej czynności przed rozpoczęciem kolejnej), ale może ograniczyć możliwość wykonywania dwóch rzeczy jednocześnie.
Prostą analogią jest obwód elektryczny lub przepływ wody: obwód równoległy przypomina podłączenie dwóch urządzeń do tego samego gniazdka za pomocą listwy zasilającej – mogą one działać razem (chociaż dzielą dostępną moc). Obwód szeregowy przypomina okablowanie urządzeń w łańcuchu – drugi otrzymuje energię tylko przez pierwszy; jeśli pierwszy jest wyłączony, drugi nie otrzymuje nic. Używając płynnej analogii, wyobraźmy sobie dwa koła wodne w strumieniu: równolegle strumień rozdziela się i każde koło ma swój własny przepływ; szeregowo woda musi obrócić pierwsze koło, a następnie to, co pozostanie, wprawia w ruch drugie. W przypadku serii pierwsze koło przyjmie tyle, ile potrzebuje, a drugie otrzyma „resztkę” (a jeśli pierwsze się zablokuje, drugie całkowicie się zatrzyma).
Żadne z podejść nie jest „lepsze” we wszystkich przypadkach – po prostu służą różnym celom. Wiele układów hydraulicznych faktycznie wykorzystuje kombinację: niektóre funkcje działają równolegle, inne szeregowo, a w razie potrzeby wykorzystują specjalne zawory (takie jak zawory sekwencyjne lub rozdzielacze przepływu) do koordynacji. Zobaczmy teraz, jak wielokierunkowe zawory kierunkowe są skonfigurowane dla każdego przypadku.
Osiąganie równoległych obwodów hydraulicznych za pomocą zaworów wielodrogowych
W układzie równoległym każdy zawór kierunkowy (lub każda sekcja zespołu zaworów wielosuwakowych) jest niezależnie podłączana do źródła ciśnienia zasilania. W praktyce oznacza to, że wszystkie przyłącza P zaworów są podłączone do wspólnego przewodu ciśnieniowego (rozgałęźnika) prowadzącego z pompy, a wszystkie przyłącza T wracają do przewodu zbiornika. Gdy żaden z zaworów nie jest uruchomiony, płyn (z pompy o stałym wydatku w układzie typu open-center) zazwyczaj przepływa przez ścieżkę o otwartym środku do zbiornika. W momencie, gdy którakolwiek szpula przesunie się, aby zasilić cylinder, blokuje to środkowe obejście i kieruje przepływ do równoległych ścieżek zespołu zaworu. Olej jest wówczas dostępny dla wszystkich siłowników w sieci równoległej. Jeśli jednocześnie zostanie przesuniętych wiele szpul, przepływ zostanie podzielony – choć nie zawsze równomiernie. Zwykle siłownik z najmniejszym obciążeniem (najmniejszym oporem) poruszy się jako pierwszy, ponieważ umożliwia łatwiejszy przepływ, zjawisko znane jako efekt „ścieżki najmniejszego oporu”. Operatorzy często obserwują to jako spowolnienie jednej funkcji, gdy jednocześnie działa inna, cięższa funkcja obciążenia – lżejszy ładunek kradnie przepływ, dopóki jego opór nie wzrośnie.
Konstrukcja zaworu dla obwodów równoległych: Nowoczesne zawory wielosekcyjne są często budowane z obwodami równoległymi (czasami nazywanymi konstrukcją „równoległego środka”). Dzięki temu po uruchomieniu jednej sekcji pozostałe sekcje w dalszym ciągu będą miały dostęp do ciśnienia. Na przykład wiele koparek i ładowarek wykorzystuje równoległe zespoły zaworów, dzięki czemu kierowca może wykonywać wiele zadań jednocześnie. Jeśli włączona jest więcej niż jedna funkcja, przepływ pompy jest rozdzielany i często stosuje się kompensator ciśnienia lub kontrolę przepływu w celu wyrównania prędkości. W nieskompensowanym obwodzie równoległym, jeśli dwie szpule są otwarte, cały przepływ może skierować się do jednego siłownika, dopóki nie napotka wystarczającego obciążenia, a następnie rozpocznie się drugi – dlatego funkcje podnoszenia i zwijania mogą współdziałać. Aby rozwiązać ten problem, dodano różne rozwiązania, takie jak zawory z podziałem przepływu lub systemy wykrywania obciążenia, ale zasadniczo układ równoległy umożliwia jednoczesną pracę.
Konfiguracja obwodu równoległego z oddzielnymi zaworami jest prosta: podłącz wszystkie porty P razem do pompy (lub wspólnej galerii wysokiego ciśnienia), a wszystkie porty T razem do powrotu zbiornika. Otwory robocze każdego zaworu prowadzą do odpowiedniego cylindra lub silnika. W przypadku stosowania zaworów wielodrogowych z portem N (Power Beyond) zazwyczaj instaluje się korek, który przekształca zawór w przepływ równoległy z otwartym środkiem (tak, że w położeniu neutralnym przepływ wychodzi przez port T do zbiornika, a nie przez N). W konfiguracji równoległej port N może zostać zablokowany lub użyty do innego celu (np. zasilanie akcesoriów tylko wtedy, gdy główne funkcje są nieaktywne). Wiele standardowych hydraulicznych zaworów monoblokowych jest domyślnie równoległych: na przykład „obwód równoległy” jest powszechną konstrukcją, podczas gdy „obwód tandemowy (szeregowy)” może być opcją specjalną.
Zalety obwodów równoległych: Dużą zaletą jest niezależne sterowanie – siłowniki nie muszą poruszać się w ustalonej kolejności. Możesz rozpocząć lub zatrzymać dowolny ruch niezależnie od innych (w zależności od wydajności pompy). Jest to idealne rozwiązanie, gdy chcesz, aby maszyna wykonywała połączone czynności, takie jak kierowanie podczas jazdy lub podnoszenie narzędzia podczas jego wysuwania. Wadą jest problem podziału przepływu; jeśli jeden siłownik wymaga niskiego ciśnienia i dużego przepływu, może zagłodzić inny. Projektanci łagodzą ten problem za pomocą zaworów sterujących przepływem, zaworów priorytetowych lub pomp wykrywających obciążenie, aby zapewnić każdej funkcji wymagany przepływ. Mimo to obwody równoległe są preferowanym rozwiązaniem w przypadku systemów z wieloma siłownikami wymagających elastyczności.
Osiąganie szeregowych obwodów hydraulicznych za pomocą zaworów wielodrogowych
W układzie szeregowym zawory są połączone jeden za drugim w taki sposób, że wylot jednego zasila wlot następnego. Aby to sobie wyobrazić, wyobraź sobie przewód ciśnieniowy wychodzący z pompy do portu P zaworu 1; następnie przepływ opuszczający zawór 1 (w położeniu neutralnym) trafia do portu P zaworu 2 i tak dalej. Kluczem do osiągnięcia tego jest port mocy poza portem (N) na zaworze — przenosi on przepływ pod wysokim ciśnieniem do następnego zaworu w linii, podczas gdy oryginalny zawór nadal ma własną ścieżkę powrotu do zbiornika, gdy działa. Instalując adapter Power Beyond w sekcji wylotowej zaworu, izolujesz przepływ: przepływ pod wysokim ciśnieniem wychodzi przez port N i zasila zawory za zaworem, a port T na tym zaworze obsługuje tylko powrót ze zbiornika niskociśnieniowego. Zasadniczo port N staje się szeregową kontynuacją linii ciśnieniowej.
Gdy zawory (lub sekcje) są połączone szeregowo w ten sposób, pierwszeństwo ma ten znajdujący się najbliżej pompy. Płyn przepływa po kolei przez każdy zawór . Jeśli pierwszy zawór zostanie uruchomiony, zazwyczaj przekierowuje przepływ pompy do siłownika i blokuje dalszy przepływ przepływu (do czasu zaspokojenia zapotrzebowania pierwszego zaworu lub powrotu do położenia neutralnego). Dopiero gdy Zawór 1 jest w położeniu neutralnym, przepływ przepływa swobodnie do Zaworu 2 (i wtedy Zawór 2 może z niego korzystać). Jeśli zawór 1 jest częściowo otwarty (dławienie), zawór 2 może uzyskać jedynie nadmiar przepływu (lub ciśnienia), który nie zostanie wykorzystany przez zawór 1. Dlatego też obwody szeregowe z natury tworzą sterowanie sekwencyjne lub oparte na priorytetach . Na przykład, jeśli połączysz szeregowo dwa cylindry podnoszące przez zawory, pierwszy z nich może całkowicie się wysunąć, zanim drugi się poruszy, zapewniając uporządkowaną sekwencję (może to być pożądane w zastosowaniach takich jak rozkładanie wysięgników jedno po drugim).
Konstrukcja zaworów do obwodów szeregowych: Zawory typu otwartego z suwakiem środkowym tandemowym (szeregowym) są stosowane w klasycznych układach z pompą stałą. W położeniu neutralnym każdy zawór przepuszcza płyn do następnego, jakby ciągłą rurą do zbiornika. Kiedy zawór jest uruchomiony, jego suwak odcina ścieżkę przepływu za zaworem (priorytet jego funkcji). Na przykład w starszych ładowarkach ciągnikowych zespół zaworów ładowarki był często połączony szeregowo z zaworem koparki – włączenie ładowarki mogło spowodować utratę przepływu z koparki, chyba że szpula ładowarki była w położeniu neutralnym. Aby zaimplementować obwód szeregowy z nowoczesnymi zaworami modułowymi, wykorzystuje się port przeniesienia mocy (Power Beyond) . Króciec N (następny) pierwszego zaworu zasila wlot drugiego zaworu, którego króciec N zasila trzeci zawór, i tak dalej, przy czym tylko wylot ostatniego zaworu trafia do zbiornika. Każdy zawór w łańcuchu musi być wyposażony w moc przekraczającą, aby mógł obsłużyć pełny przepływ pompy wewnętrznie bez uszkodzeń (tj. zainstalowana jest tuleja lub adapter). do „ Producenci podkreślają znaczenie portu N: jest on specjalnie przeznaczony połączenia między dwoma zaworami regulacyjnymi” jako łącznik przenoszenia wysokiego ciśnienia.
Korzyści i uwagi związane z obwodami szeregowymi: Podstawową zaletą jest to, że można łatwo stworzyć sterowanie priorytetowe lub sekwencyjne bez dodatkowych zaworów sekwencyjnych – funkcja nadrzędna ma oczywiście pierwszeństwo. Połączenie szeregowe upraszcza także instalację wodno-kanalizacyjną w systemach, w których w danym momencie ma działać tylko jedna funkcja (przepływ spada kaskadowo, gdy spełniony jest warunek działania każdego zaworu znajdującego się przed zaworem). Może zmniejszyć liczbę węży wychodzących z pompy (jedna linia wejściowa, jedna linia wychodząca z łańcucha zaworów). Istnieją jednak ważne uwagi i wady:
Praca sekwencyjna: Jak zauważono, jednoczesna praca jest ograniczona lub niemożliwa bez specjalnych zaworów kompensujących ciśnienie. W wielu przypadkach jest to wadą, gdyż ogranicza wielozadaniowość. Jest używany celowo tylko wtedy, gdy pożądane lub akceptowalne jest jedno po drugim uruchomienie. W przeciwnym razie projektanci wolą w nowoczesnych maszynach systemy równoległe lub wykrywające obciążenie, aby umożliwić kombinowane ruchy.
Spadek ciśnienia i ciepło: Przepychanie płynu przez wiele zaworów połączonych szeregowo może spowodować skumulowane spadki ciśnienia. Każdy zawór i jego wewnętrzne kanały zwiększają opór. Zanim płyn dotrze do zaworu znajdującego się za zaworem, jego dostępne ciśnienie może zostać zmniejszone (szczególnie, jeśli używana jest funkcja przed zaworem). Niewykorzystana energia zamienia się w ciepło. Zatem obwody szeregowe mogą być mniej wydajne, jeśli często aktywnych jest wiele zaworów lub jeśli stosowane są długie ścieżki przepływu.
Dopasowanie wydajności zaworów: Łącząc zawory szeregowo, należy upewnić się, że każdy zawór jest w stanie obsłużyć pełny przepływ i ciśnienie w systemie . Cały przepływ do kolejnych siłowników przechodzi przez galerie zaworów poprzedzających. Jeśli natężenie przepływu przekracza parametry znamionowe tych zaworów, istnieje ryzyko utraty ciśnienia, uszkodzenia zaworu lub niestabilnej pracy (np. zakleszczenia lub nieszczelności suwaka). Podobnie, w przypadku każdego zaworu połączonego szeregowo ciśnienie pochodzące zarówno z jego własnego obciążenia, jak i wszelkich obciążeń znajdujących się za zaworem będzie się kumulować. Jeśli w jednej sekcji zostanie ustawione niższe ciśnienie, może to spowodować zablokowanie dalszych funkcji lub ich zatrzymanie. Właściwy dobór i kalibracja zaworów (dopasowanie specyfikacji przepływu/ciśnienia i ustawień nadmiaru) ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznej i wydajnej pracy seryjnej.
Złożoność i konserwacja: Układ szeregowy oznacza, że system jest współzależny – awaria lub wyciek w jednym zaworze może mieć wpływ na wszystkie dalsze funkcje. W łańcuchu jest więcej połączeń, co zwiększa złożoność. Ważna jest regularna konserwacja i kontrola ustawień ciśnienia, wycieków i zanieczyszczeń. Mimo to podejście szeregowe pozwala zaoszczędzić miejsce (mniej przewodów pomp) i koszty (prostsza pompa lub pojedynczy zawór nadmiarowy w łańcuchu), więc jest to kompromis.
Przykładowe zastosowanie: Weźmy pod uwagę podnośnik hydrauliczny z dwoma stopniami, które muszą podnosić się sekwencyjnie. Łącząc szeregowo zawory sterujące cylindra, pierwszy stopień całkowicie się wydłuży, zanim ciśnienie wzrośnie na tyle, aby napędzać drugi stopień – uzyskując proste sekwencjonowanie bez elektronicznego sterowania. W innym przypadku w chińskiej instrukcji obsługi ładowarki kołowej odnotowano, że jej zawór wielodrogowy miał wewnętrznie zaprojektowany obwód szeregowy do sterowania siłownikami wysięgnika i przechylania, blokując każdą część w odpowiednim położeniu. Zapewniło to, że gdy żadna ze szpul nie jest aktywna, oba cylindry pozostają na swoim miejscu (zamknięte środki), a przepływ pompy trafia do zbiornika (otwarte środkowe przejście), a gdy jedna szpula jest aktywna, kieruje przepływ dla tej funkcji, podczas gdy druga funkcja pozostaje zablokowana. Takie projekty ilustrują, w jaki sposób obwody szeregowe mogą spełniać określone wymagania operacyjne w zakresie bezpieczeństwa i prostoty.
Wykorzystanie zaworów wielodrogowych do zbudowania pożądanego obwodu
Rozumiejąc porównanie równoległe i szeregowe, możemy podsumować, w jaki sposób zawory wielodrogowe pomagają osiągnąć każdy z nich:
Konfiguracja obwodu równoległego: Użyj zaworów (lub rozdzielacza zaworów z wieloma suwakami) ze wspólnym zasilaniem ciśnieniowym. W przypadku zespołu zaworu monoblokowego lub sekcyjnego wybierz konfigurację równoległą , tak aby przesunięcie dowolnej suwaka kierowało przepływ do tej sekcji, jednocześnie utrzymując zasilanie innych. Upewnij się, że pompa może zapewnić łączny przepływ, jeśli wiele funkcji działa jednocześnie. W razie potrzeby można zastosować zawory sterujące przepływem lub czujnik obciążenia, aby zarządzać rozdziałem przepływu między odgałęzieniami. Wszystkie przewody powrotne idą do zbiornika. (Pomyśl o każdym zaworze jako o odgałęzieniu głównej linii.)
Konfiguracja obwodu szeregowego: Połącz zawory, korzystając z funkcji przenoszenia mocy. Wyjście (przyłącze N) pierwszego zaworu zasila wlot następnego i tak dalej. Używaj szpul typu tandem-centrum lub otwartego-centrum , które umożliwiają przepływ w położeniu neutralnym. Ustaw funkcję o najwyższym priorytecie jako pierwszą w kolejce. Sprawdź parametry każdego zaworu pod kątem pełnego przepływu pompy. Opcjonalnie dodaj zawór sekwencyjny lub zawór z regulacją ciśnienia, jeśli potrzebujesz dokładnego progu ciśnienia do przełączania z jednej funkcji na drugą (w celu precyzyjnego dostrojenia kolejności). Wszystkie zawory pośrednie powinny mieć otwory zbiornika obsługujące tylko własny przepływ powrotny, a nie pełny przepływ pompy. Ostatni zawór w serii zrzuca wodę do zbiornika na końcu łańcucha. (Pomyśl o każdym zaworze jak o ogniwie łańcucha przekazującym przepływ do następnego.)
Obwody kombinowane: Niektóre systemy wykorzystują układ hybrydowy. Na przykład dwa zawory mogą pracować równolegle (oba uzyskując przepływ przez pompę), podczas gdy trzeci jest zasilany za nimi w sekwencji – w rzeczywistości mieszanka szeregowo-równoległa. Umożliwiają to zespoły zaworów wielodrogowych (takie jak omówione zawory 6-drogowe), zapewniając wiele portów do kreatywnego łączenia zaworów. Inżynier może podłączyć określone porty, aby ustawić jedną część obwodu szeregowo, a drugą równolegle. Celem jest zapewnienie, że każdy siłownik uzyska właściwy przepływ we właściwym czasie. W przypadku złożonych systemów bloki przyłączeniowe są często projektowane z wewnętrznymi przejściami w celu uzyskania pożądanej sieci ścieżek szeregowych/równoległych.
Wniosek
Zrozumienie terminologii „dwupołożeniowy trójdrogowy” i „trójpołożeniowy sześciodrogowy” ma fundamentalne znaczenie przy wyborze lub omawianiu zaworów hydraulicznych. Zawór 3/2 oferuje proste sterowanie dwustanowe dla siłowników jednoprzewodowych lub sygnałów pilotowych, natomiast zawór 6/3 zapewnia rozwiązanie wieloportowe i wielostanowe dla bardziej złożonego kierowania przepływem, często obejmujące możliwość łatwej konfiguracji obwodów szeregowych lub równoległych poprzez sposób połączenia zaworów.
Podczas projektowania obwodu hydraulicznego decyzja pomiędzy konfiguracją równoległą a szeregową (lub ich kombinacją) będzie miała drastyczny wpływ na działanie maszyny. Obwody równoległe umożliwiają jednoczesny, niezależny ruch kosztem podziału przepływu, co czyni je powszechnymi w systemach wymagających wielozadaniowości. Obwody szeregowe wymuszają działanie sekwencyjne i priorytet, co może uprościć niektóre elementy sterujące, ale ograniczyć jednoczesny ruch. Wielodrogowe zawory kierunkowe, zwłaszcza te z zaawansowanymi przyłączami, takimi jak port N do zasilania poza granicami, to elementy składowe, które pozwalają inżynierom wdrożyć te obwody w praktyce – od prostego zaworu elektromagnetycznego sterującego jednym cylindrem po wielozaworowy kolektor sterujący całym ciężkim sprzętem.
Stosując właściwy typ i konfigurację zaworu oraz zwracając uwagę na potrzeby w zakresie kontroli przepływu i sterowania sekwencyjnego , projektanci mogą zapewnić prawidłowe działanie układu hydraulicznego. Na przykład, jeśli dwa cylindry muszą poruszać się razem, można wybrać równoległą konfigurację zaworów z kontrolą przepływu; jeśli jedno musi zawsze poruszać się przed drugim, można to osiągnąć za pomocą połączenia szeregowego lub zaworu sekwencyjnego. Zawsze należy wziąć pod uwagę wymagania dotyczące obciążenia systemu, bezpieczeństwo (np. pozycje zatrzymania, które mogą wymagać zamkniętych środków lub zaworów blokujących) oraz potencjalną potrzebę przyszłej rozbudowy (na przykład dodanie kolejnego zaworu za pośrednictwem zasilacza Power Beyond). Dzięki solidnemu zrozumieniu tych koncepcji i terminów można z pewnością czytać schematy hydrauliczne lub arkusze specyfikacji i podejmować świadome decyzje w zakresie projektowania układów hydraulicznych.
Często zadawane pytania: Typy zaworów hydraulicznych i konfiguracje obwodów
P1: Co to jest dwupozycyjny zawór trójdrożny w układzie hydraulicznym?
Dwupozycyjny zawór trójdrogowy (zwany także zaworem kierunkowym 3/2) to rodzaj hydraulicznego zaworu kierunkowego z trzema portami i dwoma stabilnymi pozycjami roboczymi. Jest powszechnie stosowany do sterowania cylindrami jednostronnego działania lub przewodami pilotowymi, umożliwiając przepływ płynu w jednym położeniu i odpowietrzanie zbiornika w drugim. Zawory te są często uruchamiane elektromagnetycznie lub ręcznie i nadają się do prostych zadań związanych z włączaniem i wyłączaniem cieczy.
P2: Do czego służy trójpozycyjny sześciodrogowy zawór kierunkowy?
Trójpozycyjny zawór sześciodrogowy (zawór 6/3) to wielofunkcyjny zawór kierunkowy z sześcioma przyłączami i trzema pozycjami suwaka. Umożliwia złożone kierowanie przepływem, często obejmujące rozładunek centralnie-neutralny i konfiguracje Power Beyond w celu sterowania wieloma siłownikami. Zawory te są zwykle stosowane w układach wymagających sterowania sekwencyjnego lub mieszanego, szeregowo równoległego , takich jak ładowarki lub zintegrowane moduły hydrauliczne.
P3: Jaka jest różnica między szeregowymi i równoległymi obwodami hydraulicznymi?
W równoległym obwodzie hydraulicznym wiele siłowników otrzymuje płyn ze wspólnego przewodu ciśnieniowego, umożliwiając jednoczesny ruch. W szeregowym obwodzie hydraulicznym przepływ przechodzi z jednego zaworu lub siłownika do drugiego, tworząc efekt sterowania sekwencyjnego lub z priorytetem. Obwody szeregowe są idealne do operacji wymagających ruchu krok po kroku; obwody równoległe obsługują niezależną, jednoczesną funkcję.
P4: Jak działa zawór hydrauliczny zasilany poza złączem (port N)?
Przyłącze N , zwane także przyłączem mocy , umożliwia zaworowi kierunkowemu przekazywanie płynu pod wysokim ciśnieniem do zaworów znajdujących się za zaworem w szeregowej konfiguracji hydraulicznej . W przypadku korzystania z portu N zawór jest skonfigurowany z adapterem Power Beyond umożliwiającym rozdzielenie ścieżek ciśnienia i przepływu powrotnego, umożliwiając pracę zaworów w połączeniu bez wyłączania kolejnych siłowników.
P5: Czy mogę podłączyć port T (zbiornik) jednego zaworu do portu P (ciśnienie) następnego w obwodzie hydraulicznym?
Nie, bezpośrednie podłączenie portu T jednego zaworu do portu P następnego jest nieprawidłowe w większości układów hydraulicznych. Króciec zbiornika jest powrotem niskociśnieniowym i użycie go jako źródła zasilania spowoduje brak ciśnienia w następnym zaworze. Zamiast tego użyj portu N (Power Beyond) do podawania ciśnienia do kolejnych zaworów w konfiguracji szeregowej.
P6: Dlaczego w równoległym układzie hydraulicznym występuje brak równowagi przepływu?
W równoległej konfiguracji zaworów hydraulicznych siłowniki konkurują o ten sam przepływ pompy. Ze względu na ścieżkę najmniejszego oporu siłownik z mniejszym obciążeniem zwykle porusza się jako pierwszy, co może powodować brak równowagi przepływu. To zachowanie można skorygować za pomocą zaworów sterujących przepływem z kompensacją ciśnienia lub technologii wykrywania obciążenia, aby zapewnić równomierny rozkład przepływu.
P7: Jaki typ zaworu hydraulicznego jest najlepszy do sekwencyjnego sterowania siłownikami?
Aby uzyskać sekwencyjne sterowanie siłownikiem , należy zastosować połączone szeregowo zawory kierunkowe lub zintegrować zawory sekwencyjne w systemie. Szeregowy obwód hydrauliczny w naturalny sposób wymusza porządek ruchu, szczególnie w połączeniu z trójpołożeniowymi zaworami sześciodrogowymi lub konstrukcjami tandemowego suwaka centralnego, które przepuszczają przepływ dopiero po zaspokojeniu zapotrzebowania na przepływie.
