قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

6-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

  • درباره قطعات متعدد کنترل بکار رفته در سیستمهای هیدرولیک اطلاعات لازم را کسب نماید.
  • با ساختار و عملکرد انواع سوپاپ های به کار رفته در سیستمهای هیدرولیک مانند سوپاپ های کنترل فشار، سو پاپهای کنترل جهت و سوپاپ های کنترل جریان و همچنین نمادهای گرافیکی مربوط به اجزاء به کار رفته در مدارهای هیدرولیکی آشنا شود.
  • با روش های مختلف تحریک سوپاپ آشنا و عملکرد آنها را شرح دهد.
  • تفاوت بین کنترل جریان متعادل و نا متعادل را تشخیص دهد.
  • نقش و کاربرد سوپاپ های سرورا شرح دهد.
  • با عملکرد فیوزهای هیدرولیکی آشنا شود.
  • با نقش ارتعاش گیرها و هدف از کاربرد آنها در سیستم های هیدرولیک آشنا شود.
  • عملکرد انواع مختلف سوئیج های (کلید های) دما و فشار را فرا گیرد.

6-2 مقدمه

یکی از مهمترین بخشها در سیستم های هیدرولیک، بخش کنترل می باشد. در هر سیستم هیدرولیکی جهت انجام عملیات مورد نظر انتخاب مناسب قطعات کنترل کاملاً ضروری بنظر می رسد. جریان سیال در ابتدا با کمک وسائل کنترلی با نام سوپاپ ها کنترل می شود. انتخاب این وسائل کنترل نه تنها شامل انتخاب درست بلکه انتخاب اندازه مناسب، روش راه اندازی آنها و قابلیت کنترل از راه دور آن نیز می باشد. در این فصل بطور مفصل در موردعملکرد وسایل کنترل مختلفی که در سیستم های هیدرولیکی کاربرد دارند بحث خواهد شد که در ذیل به آنها اشاره شده است:

  • سوپاپهای کنترل
  • سوپاپ های سرو
  • فیوزهای هیدرولیکی
  • سوئیچ های فشار و درجه حرارت
  • جذب کننده های شوک (ارتعاش گیرها)

6-3 سوپاپ های کنترل

یک سوپاپ، وسیله کنترلی است که برای تنظیم یا تغییر فشار، جهت و میزان جریان مایع یا گاز در خط لوله استفاده میشود. بطور عمده سوپاپ شامل یک تنگنا است که سطح عبور جریان می تواند متغیر باشد. برای تحریک و راه اندازی سوپاپ ها از مکانیزمهای تحریک پنوماتیکی، دستی ، الکتریکی و یا هیدرولیکی که توسط سیگنال های خارجی تحریک می شوند استفاده می شود. این ترکیب سوپاپ و راه اندازی به عنوان سوپاپ کنترلی یا سوپاپ کنترل اتوماتیک شناخته می شود.

بطور کلی سه نوع سوپاپ کنترلی وجود دارد:

1- سوپاپ های کنترل جهت:

سوپاپ های کنترل جهت، مسیر مورد نظر جهت حرکت سیال در مدار داده شده را تعیین می کنند. به عبارت دیگر از این سوپاپها برای کنترل مسیر جریان در مدار هیدرولیکی استفاده می شود این جزء فطعه ای از سیستم هیدرولیکی است که سبب حرکت و توقف جریان سیال و یا تغییر جهت در مدار می شود. در مجموع سوپاپ کنترل جهت در واقع نوع طرح سیستم هیدرولیکی را از نظر باز و یا بسته بودن آن تعیین می کند. از مهمترین سو پاپهای کنترل جهت شامل انواع سوپاپهای قرقره ای و سوپاپهای یکطرفه می باشد.

2- سوپاپ های کنترل فشار:

سوپاپ های کنترل فشار، سیستم را در برابر تغییرات ناگهانی فشار حفاظت می کنند. این تغییرات نا خواسته فشار ممکن است در اثر کاهش میزان دبی یا افزایش ناخواسته آن بخاطر باز و بسته شدن سوپاپ ها بوجود آید. سو پاپهای فشار شکن، کاهنده فشار، توالی، تخلیه فشا، ترمزی و خنثی کننده، فشار تدریجی و ثابت را در سیستم هیدرولیکی کنترل می کنند. تغییرات ناگهنی می تواند افزایش آنی در فشار را تا 4 برابر فشار طبیعی در سیستم ایجاد نموده و به همین دلیل است که کاررد وسایل کنترل فشار درهر مدار هیدرولیکی ضروری می باشد. از قطعات هیدرولیکی نظیر جاذب های ارتعاشی برای یکنواخت کردن فشار و یا خفه کردن شوک های حاصل در سیستمهای هیدرولیکی استفاده می شود.

3- سو پاپ های کنترل جریان:

میزان جریان سیال در سیستم های هیدرولیکی توسط سوپاپ های کنترل جریان کنترل می شود. سو پاپ های کنترل جریان، حجم روغن مورد نیاز در قسمتهای مختلف سیستم های هیدرولیکی را تنظیم می کنند. از سوپاپ های کنترل جریان نامتعادل در جایی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز نمی باشد استفاده می شود. میزان جریاندبی با افت فشار در طول سوپاپ کنترل جریان تغییر می کند. سوپاپ های کنترل جریان حساس به فشار(متعادل) به منظور ایجاد جریان یکنواخت در مدار بکار می روند. این سوپاپ ها به طور اتوماتیک تغییرات فشار را تنظیم می کنند. از اینرو دانستن نقش و عملکرد اولیه انواع قطعات مختلف کنترلی سیستم ضروری است. همچنین بررسی و مطالعه نقش هر یک از این سوپاپ ها به تفصیل مورد نیاز می باشد.

6-3-1 سوپاپ های کنترل مسیر

همانطور که در بالا به طور خلاصه بحث شد، سوپاپ ای کنترل مسیر جریان در مدار هیدرولیکی بکار می روند. ساختار اولیه ایندسته از سوپاپها بصورت دو یا چند وضعیته و دارای  تعدادی دهانه اتصال یا مجرا بوده که بصورت دستی توسط یک اهرم تحریک می شوند و تغییر وضعیت می دهند. تعداد مجراها در سوپاپها به معنای تعداد دهانه های اتصال می باشد که امکان عبور جریان را فراهم می کنند.

یک پوپاپ چهار راهه شامل 4 مجرای B، A، T، P مباشد. سوپاپ سه وضعیته توسط سه خانه مربع متصل یافته نشان داده می شود. چندین مکانیزم برای راه اندازی یا تغییر مسیر سوپاپ وجود دارد از جمله اهرم دستی، پدالی، دکمه فشاری، هیدرولیکی، مکانیکی، پنوماتیکی، سو لنو ئیدی و فنر نمونه هایی از آنها می باشند.

سوپاپ های کنترل جهت معمولاً باز (NO) و معمولاً بسته (NC) 

سوپاپ های کنترل جهت همچنین به انواع سوپاپ های معمولاًباز و معمولاً بسته طبقه بندی می شوند. این اصطلاح معمولاً مختص سوپاپ های کنترل جهت می باشد که در نمونه هایی از سوپاپهای دو وضعیته مطابق شکلهای ذیل نشان داده شده اند.

سوپاپ کنترل جهت با تحریک مستقیم و پیلوتی

در سوپاپهایی که بصورت مستقیم راه اندازی می شوند نیرو به طور مستقیم بر قرقره (اسپول) وارد شده و موجب تغییر وضعیت آن می شود. سوپاپ کنترل جهت با تحریک مستقیم می تواند هم به طور دستی و هم سولو نو ئیدی به کار انداخته شود. در نمونه نشان داده شده با بستن مدار و تحریک سو لو نوئید نیروی الکترو مغناطیسی تولید شده، سیم پیچ را به طرف میدان مغناطیسی می کشد. در نتیجه این عمل بین فشار اتصالی، قرقره را در همان جهت جابجا می کند در حالیکه فنر برگشت دهنده متراکم می شود. تغییر در وضعیت قرقره سوپاپ، سبب باز کردن مجرای PبهA  و باز کردن مجرایB به مجرای T یا مخزن می شود در نتیجه سیلندر باز می شود. با قطع جریان، فنرهای بر گشته دهنده قرقره را به عقب یعنی وضعیت مرکزیش حرکت می دهند. عمدتاً در سوپاپهایی که بصورت مغناطیسی راه اندازی می شوند از کلید های قطع کن دستی نیز استفاده شده  است تا امکان اینکه بصورت دستی نیز بتوان آنها را راه اندازی نمود فراهم شود. این عمل را می توان با فشار دادن بینی که در انتهای سوپاپ قرار گرفته انجام داد.

در سیستمهای هیدرولیک که نیاز به دبی هایی بالاتر از gpm35 باشد، نیروی بیشتری برای تغییر وضعیت قرقره مورد نیاز است و روش تحریک مستقیم برای راه اندازی سوپاپ انکان پذیر نمی باشد..بنابراین از مکانیزم تحریک پاپلوتی استفاده می شود. شکل(6-3) عملکرد سوپاپ کنترل جهت یا راه انداز پاپلوتی را نشان میدهد. این سوپاپها با بکار گیری فشار هوا در برابر پیستونی که دردو  انتهای قرقره(اسپول) قرار دارد به کار انداخته می شوند. با توجه به شکل (6-3) سوپاپ بالایی به عنوان سوپاپ پایلوت شناخته میشود در حالی که سوپاپ پائینی سوپاپ اصلی است که بکار انداخته میشود.  در بعضی از سوپاپهای پایلوتی، سوپاپ پایلوت از نیروئی هیدرولیکی در به کار انداختن  سوپاپ اصلی استفاده می کند. روغن مورد نیاز سوپاپ به منظور انجام این عمل از یک منبع داخلی یا منبع خارجی تامین می شود. هنگامیکه سوپاپ پایلوت تحریک می شود، روغن به یک سمت قرقره اصلی هدایت می شود. تغییر ایجاد شده در وضعیت قرقره سبب باز شدن مجرای فشار به بخش کار خواهد شد. از طرفی جریان برگشتی به عقب به سمت مخزن هدایت میشود. در کنترل از راه دور جریان سیال ارسالی به سو پاپ پایلوتی از یک منبع خارجی تامین می شود. از مزایای پایلوت خارجی( کنترل از راه دور) آن است که تاثیر هر پارامتر دیگر بر سیستم اصلی  احساس نمی شود و امکان فیلتر اسیون رسوبات از عملکرد سوپاپ پایلوت مراقب می کند. علاوه بر این امکان تخلیه داخلی و خارجی سوپاپ فراهم می شود. در حالت تخلیه داخلی سوپاپ پایلوت، روغن به طور مستقیم به محفظه مخزن سوپاپ اصلی  جریان می یابد. در زمان عمل کردن قرقره کنترل اصلی ، ضربات موجی و کوبش جریان یا فشار ایجاد شده در مجرای مخزن بر قسمت بدون فشار سوپاپ اصلی همانند سوپاپ پایلوت تاثیر می گذارند. اما با تخلیه خارجی سوپاپ یا به عبارت دیگر تغذیه جریان روغن پایلوت برگشتی به مخزن ممکن است از این تاثیر جلو گیری شود. برای درک مفهوم سوپاپهای کنترل جهت یا راه اندازی پایلوتی، بهتر است نمونه نشان داده شده در شکل (6-4) را در نظر بگیریم. این شکل شماتیکی از مقطع برشی خورده سوپاپ چهار راهه با پایلوت راه اندازرا نشان میدهد.

همانطور که در شکل نشان داده شده است فنرها در هر دو انتهای قرقره قرار گرفته اند و هنگامیکه هیچگونه هوایی وجود نداشته باشد قرقره را در وضعیت مرکزی قرار می دهد. هنگامیکه هوا از طریق مجرای چپ داخل می شود فشار ناشی از آن پیستون را هل داده تا وضعیت قرقره را به سمت راست تغییر دهد. به طور مشابه وقتی هوا از سمت راست وارد می شود فشار ناشی از آن پیستون را هل داده تا وضعیت قرقره را به سمت چپ تغییر دهد. نمادگرافیکی این سوپاپ در شکل (6-5) نشان داده شده است.