سوپاپهای کنترل جهت

سوپاپهای کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

یکی از روشهای معمول برای تغییر موقعیت قرقره در سوپاپ استفاده از سو لنوئید میباشد شکل(6-11) نمونه ای از سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سولنو ئیدی را نشان میدهد. هنگامی که جریان در سیم پیچ الکتریکی برقرار شود، یک نیرو مغناطیسی بوجود می آورد که آرمیچر را به طرف سیم پیچ الکتریکی می کشد.

این عمل باعث می شود تا آرمیچر یک نیروی فشاری به اهرم وارد آورده و قرقره را در سوپاپ به حرکت در آورد. سلونوئید یا سیم پیچ های القایی در هر دو طرف قرقره قرار می گیرند.

شکل(6-12) ساختار داخلی یک سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سو لنو ئیدی را نشان می دهد. ظرفیت این سوپاپ بیش از 50 لیتر بر دقیقه و حداکثر فشار آنKG/CM2 250 می باشد. سوپاپ دارای آرمیچر مغناطیسی روغنی می باشد. جریان سیال اطراف آرمیچر برای خنک نگه داشتن آن است و مانع از تاثیر ضربات بر پاسخ زمانی می شود. در اطراف آرمیچر هیچگونه آببندی وجود ندارد زیرا حرکت آن محدود نیست. این کار اجازه می دهد تمام توان تولید شده توسط سولنوئید به قرقره سوپاپ بدون آنکه نیازی به غلبه بر اصطکاک آببندباشد منتقل شود.

سوپاپهای کنترل جهت چهار راهه گردان

اگر چه اکثر سوپاپ های کنترل جهت از نوع قرقره ای لغزشی هستند؛ اما نمونه های دیگری هم مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از این طرحها سوپاپ قرقره ای چهار راهه گردان است که از یک قرقره گردان در بدنه سوپاپ تشکیل شده است. قرقره گردان با حرکت دورانی خود مجراهای داخلی را در بدنه سوپاپ مسدود یا باز می کنند تا چهار مسیر جریان را ایجاد کند . عملکرد مطلوب حاصل شود. طرح نشان داده شده در بالا سوپاپ سه وضعیته ای است که در موقعیت مرکزی همه چهار دهانه آن مسدود می باشند. سو پاپ های گردان معمولابه صورت دستی یا مکانیکی به کار انداخته می شوند. عملکرد این سوپاپ در شکل زیر نشان داده شده است (شکل6-13). این طرح شامل سطوح آببند به صورت فلز به روی فلز است که بر روی هم قرار می گیرند و تشکیل آبند با دوامی را می دهد. هم پوشانی تدریجی مسیرهای جریان سبب ایجاد عملکرد آرامی شده که در حین عمل دستگاه فشار کمتری برروی اهرم وارد می کند و از ایجاد ضربه های ناگهانی جلوگیری می کند. همچنین هیچگونه نشت خارجی وجود ندارد چونکه بر روی محور گردان آببند های استاتیکی (سکون) استفاده شده است. مناطقی که دارای فشار بالا هستند منا قذ عبوری بیشتری دارند. سوپاپهای گردان در مقابله با سوپاپهای قرقره ای لغزشی با اندازه یکسان، سرعت بالاتری دارند و جریان بیشتری را عبور می دهند.

این سوپاپ ها در انواع سه راهه، چهار راهه، دو و سه وضعیته وجود دارند.

سوپاپ با ساچمه شناور(شاتل والوها)

 ایندسته  از سوپاپها نمونه دیگری از سوپاپ های کنترل جهت می باشند. این نوع سوپاپ اجازه می دهد که سیستم برای عملکرد خود بتواند از دو منبع قدرت سیال استفاده کند. یکی از کاربردهای این سوپاپ، افزایش ایمنی سیستم در هنگامی است که پمپ اصلی نتواند قدرت هیدرولیکی لازم را برای مدت طولانی تر برای قطعات ضروری فرهم کند. به محض اینکه منبع اولیه تخلیه شود. ساچمه تغییر وضعیت داده و اجازه می دهد توان مورد نیاز از پمپ دوم تامین شود. ساختار ساده این سوپاپ در شکل (6-14) نشان داده شده است

ساختار این سوپاپ بسیار ساده است و از ساچمه شناوری تشکیل شده است که درون یک سیلندر کوچک قرار گرفته است. بسته به اینکه فشار در کدام طرف سوپاپ بیشتر است ساچمه در طرف دیگر سوپاپ قرار می گیرد. در سو پاپهای ساچمه ای برای مسدود کردن یکی از دهانه ها جهت اعمال نیرو از فنر بار گذاری شده استفاده می شود.

سوپاپ ساچمه ای گاهی به عنوان سوپاپ یکطرفه دوبل نیز شناخته می شود که در نماد گرافیک آن نیز مشخص است. خطوط نشان داده شده در نماد گرافیک بیانگر این است که جریان در جهت معکوس نیز برقرار می شود.

6-3-2 سوپاپهای کنترل فشار

ابتدا در مورد اینکه یک سوپاپ کنترل فشار چیست و این که چه کاری در یک سیستم هیدرولیک انجام می دهد بحث می کنیم. هدف این بخش ارائه یک تصویر کلی و فهم عمیق از عملکرد نیروها در یک سیستم هیدرولیک، هنگام استفاده از سوپاپ کنترل فشار می باشد. همچنین نحوه کار و اصول طراحی انواع سوپاپهای کنترل فشار و کاربرد آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

دو نوع اصلی سوپاپ های طراحی شده برای کنترل فشار عبارتند از :

  1. سوپاپ های کنترل فشار با عملکرد مستقیم
  2. سوپاپ های کنترل فشار پایلوت دار

اصول کار تمام سوپاپ های کنترل فشار بر اساس دو نوع طرح اساسی فوق می باشد. هدف اولیه در هر مدار هیدرولیکی کنترل دبی و فشار مختلف در نظر گرفته شده است . این شش نمونه سوپاپ همراه با نماد گرافیکی آن در شکل ذیل نشان داده شده اند

سوپاپ فشار شکن مستقیم ساده

متداول ترین نوع سوپاپ های کنترل فشار که کاربرد زیادی دارد، سوپاپ فشار شکن است که در سیستمهای هیدرولیکی یافت می شود. این سوپاپ در حالت عادی بسته است و وظیفه آن محدود کردن حداکثر فشار در سیستم می باشد که این کار از طریق برگشت و تخلیه جریان روغن به مخزن صورت می گیرد. تمام سوپاپهای فشار شکن دارای یک دهانه فشار هستند که به مسیر خروجی پمپ وصل می شود و یک دهانه تخلیه دارند که به مسیر برگشت سیال به مخزن متصل می گردد. هنگامیکه فشار سیال درون سیستم بر ساچمه غلبه کند ارتباط بین دهانه ورود و خروج بر قرار شده که نتیجه ان بازگشت جریان به مخزن است.

در این سوپاپ یک ساچمه بایک مغزی مخروطی در جلوی دهانه ورودی فشار قرار دارد که بطور مستقیم توسط نیروی فنری که در پشت آن است دهانه فشار را بسته نگه می دارد. معمولاً فشار فنر قابل تنظیم می باشد و تا زمانیکه فشار سیستم کمتر از فشار فنر پشت مغزی باشد مغزی مخروطی دهانه را مسدود نگه می دارد. هنگامی که فشار سیستم خیلی زیاد می شود و از فشار شکست بیشتر شود مغزی مخروطی از جایش بلند می شود. این عمل به جریان اجازه می دهد با عبور از مغزی به مخزن تخلیه شود. از این رو فشار مورد نیاز در سیستم مطابق با مقدار تنظیمی توسط سوپاپ فشار شکن می باشد. هنگامی که فشار جریان در سیستم هیدرولیک زیاد شود برای ایمنی سیستم، سوپاپ فشارشکن جریان را به درون مخزن بر می گرداند تا فشار مطلوب سیستم در مدار هیدرولیک حفظ شود.این عمل، سیستم را از هر گونه اضافه بار ایجاد شده توسط عملگرها در سیستم های هیدرولیک محافظت می کند. یکی از وظایف مهم سو پاپهایفشار شکن، محدود کردن نیرو و گشتاور تولید شده به وسیله سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی است. یکی از مهمترین مسائلی که باید به آن دقت کرد طراحی یک فنر برای سوپاپ فشار شکن است به گونه ای که به اندازه کافی قوی باشد تا مغزی مخروطی را در شرایط دبی و فشار زیاد، بتواند بسته نگه دارد . نمونه ای از مدار هیدرولیکی شامل یک پمپ و سوپاپ فشار شکن در شکل (6-17) نشان داده است. پمپ و سوپاپ فشار شکن به صورت شماتیک نشان داده شده اند.

سوپاپ فشار شکن پایلوت دار یا مرکب

سوپاپ فشار شکن پایلوت دار یا مرکب در دو مرحله عمل می کند. در یک ظرفیت عبور جریان، تحمل فشار سوپاپهای فشار شکن پایلوت دار نسبت به فشار شکن مستقیم بیشتر است. همچنین محدوده تنظیم فشار سوپاپهای پایلوت دار نیز وسیع تر است. برای فهمیدن اینکه سوپاپ فشار شکن پایلوت دار چگونه طراحی شده است، قسمت اول سوپاپ فشارشکن پیلوت دار شامل قرقره  اصلی است که در حالت عادی بسته می باشد و توسط فنر غیر قابل تنظیمی در وضعیت خود نگه داشته می شود. پایلوت در قسمت بالایی بدنه سوپاپ قرار دارد و شامل یک مخروط محدود کننده فشار می باشد که توسط یک فنر قابل تنظیم در جای خود نگه داشته می شود. بدنه پایینی شامل مجراهای اتصال می باشد.پیستون تعادل در قسمت پایینی بدنه برای عبور کامل جریان پمپ به کار گرفته می شود. درحالت عادی، پیستون تعادل دروضعیت تعادل هیدرولیکی می باشد.فشارسیستم  ازطریق دهانه ورودی به هر دو طرف پیستون اعمال می شود. بر روی بدنه پیستون سوراخ کوچکی به نام گذرگاه ایجاد شده است. فشار سیال از طریق این گذرگاه به طرف دیگر پیستون اعمال می شود این فشار از طریق مسیر پایلوت به مغزی پایلوت وارد می شود.  مغزی پایلوت توسط فنری که در پشت آن قرار دارد نگه داشته می شود. به محض اینکه فشار به حد کافی برسد و ازفشار فنری که پشت مغزی پایلوت قرار دارد بیشتر شود مغزی پایلوت به سمت عقب حرکت کرده و دهانه پایلوت باز می شود. مقداری از جریان سیال از طریق مسیر پایلوت به مخزن تخلیه می شود. با عبور جریان از مسیر پایلوت افت فشاری در پشت پیستون ایجاد می شود. عدم تعادل فشار در طرفین پیستون سبب ایجاد نیروهای نامتعادل به طرفین پیستون خواهد شد. هنگامیکه اختلاف فشار در بالا و پائین پیستون به حدود  kg/ 5/1 برسد، پیستون اصلی به سمت بالا حرکت نموده و بدین ترتیب دهانه خروجی اصلی باز شده و جریان سیال مستقیماً به مخزن هیدرولیک تخلیه می شود. اگر جریان عبوری از سوپاپ افزایش یابد پیستون بالا رفته و اجازه عبورجریان بیشتری به مخزن را می دهد. همچنین عملکرد سو پاپهای مرکب ا می توان از طریق دهانه بالای پیستون از راه دور نیز کنترل نمود.