مدارهای کنترل جریان

مدارهای کنترل جریان (کنترل جریان خروجی- کنترل جریان ورودی)

کنترل جریان ورودی (Meter-in) روشی است که در ان یک سوپاپ کنترل جریان به گونه ای در یک مدار هیدرولیک قرار می گیرد که بتواند مقدار سیال ورودی به عملگر را محدود کند. شکل (6-38a) نحوه کنترل و محدود کردن جریان ورودی را در یک سیستم هیدرولیک نشان می دهد.

اگر سوپاپ کنترل جریان در موقعیت نشان داده شده قرار نداشته باشد، عمل باز و بسته شدن محرک که در این حالت یک سیلندر است، غیر قابل کنترل خواهد بود و سرعت آن ناخواسته افزایش خواهد یافت. حضور سوپاپ کنترل جریان ارسال سیال به سیلندر را محدود کرده و سرعت باز شدن جک را کند می کند. در صورتیکه جهت جریان معکوس گردد، جریان از سوپاپ یکطرفه عبور کرده و سوپاپ کنترل جریان محدودیتی برای عبور سیال ایجاد نخواهد کرد.

شکل (6-38b) حالت دیگری از کنترل جریان ورودی به سیلندر را در مسیر دیگر نشان میدهد. در این حالت باز شدن جک بدون محدودیت خواهد بود اما بر عکس، هنگام بسته شدن جک، جریان ورودی به سیاندر از تنگنا عبور کرده و محدود می باشد. در نتیجه سرعت پایین آمدن جک کاهش خواهد یافت. استفاده از روش کنترل جریان ورودی به سیلندر، هنگامیکه که بار مثبت ( شتاب دهنده ) می باشد روش کاملاً دقیقی است. اما زمانیکه بار بیش از حد بوده و محرک روی آن کنترل نداشته باشد سیلندر دچار پدپده کاویتاسیون شده و در آن خوردگی و خرابی قطعات آن اتفاق خواهد افتاد.

عملیات کنترل جریان خروج

در عملیات کنترل جریان خروجی که در شکل (6-39) نشان داده شده است، در این حالت کنترل جریان در مدار هنگام خروج سیال از سیلندر انجام می شود. هنگامی که سیلندر به سمت پائین حرکت می کند و بسته می شود سیال خروجی از سیلندر با توجه به حالت قرارگیری سوپاپ یکطر فه به ناچار از تنگنا عبور می کند. در حرکت سیلندر به بالا جریان سیال از سوپاپ یکطرفه و بدون محدودیت عبور می کند. بنابراین سرعت جک هنگام بسته شدن، قابل کنترل و هنگام باز شدن بدون کنترل و سریع خواهد بود. مزیت عملیات کنترل جریان خروجی آن است که بر خلاف عملیات کنترل جریان ورودی، مانع از وارد شدن بار اضافی به سیلندر شده و در نتیجه پدیده کاویتاسیون و خوردگی قطعات در سیلندر اتفاق نمی افتد.

یک مشکل اصلی هنگام استفاده از عملیات کنترل جریان خروجی تقویت فشار ایجاد شده در مدار است که بخاطر تفاوت بین سطح پیستون و میله اتفاق می افتد. هنگامیکه از روش محدود کردن جریان خروجی استفاده می شود و باری بر روی میله سیلندر وارد نشود در طرف میله، تقویت فشار اتفاق می افتد و منجر به خرابی واشرهای آببند میله سیلندر می گردد. با توجه به توضیحات ذکر شده هر دو روش کنترل جریان ورودی و کنترل جریان خروجی معایب و مزایای نسبی خود را داشته و تنها نیاز سیستم نوع و موقعیت قرارگیری سوپاپ را تعیین می کند.در انتخاب یک سوپاپ کنترل، عواملی مانند جنس ماده سوپاپ، فشار و درجه حرارت حائز اهمیت می باشند. انتخاب درست اندازه سوپاپ نیز به همان اندازه اهمیت دارد.

به طور ساده چناچه اندازه سوپاپ برای جفت شدن با لوله موجود متناسب نباشد می تواند منجر به عملکرد نادرستی در کل سیستم شود. کاملاً واضح است یک سوپاپ بسیار کوچک، شدت جریان مورد نظر را نخواهد داد و در عوض سوپاپی که اندازه آن بزرگ است قیمت آن بیشتر است و در نتیجه کنترل آن نیز مشکل خواهد بود.

با استفاده از قانون بقای انرژی، دانیل پرنولی کشف کرد، هنگامیکه جریانهای سیال از یک روزنه عبور می کند. مربع سرعت سیال بطور مستقیم با اختلاف فشار در دو طرف روزنه متناسب است و با چگالی سیال نسبت عکس دارد. از اینرو، هر چا اختلاف فشار بیشتر باشد، سرعت بیشتر می گردد یا بعبارت دیگر هر چه چگالی سیال بیشتر باشد، سرعت پایین تر می باشد. بطور منطقی، شدت جریان سیال(دبی) برای مایعات را می توان از طریق حاصل ضرب سرعت سیال در مساحت سطح مقطع عبور جریان محاسبه کرد.

پس از در نظر گرفتن رابطه نسبت افتهای انرژی ناشی از اصطکاک، تلاطم و ضرایب تخلیه روزنه های متفاوت، معادله اندازه گیری را می توان اینچنین نوشت.

که در این رابطه  جریان بر حسب متر مکعب در ساعت برای آب با اختلاف فشار یک اتمسفر است. این پارامتر به ضریب اندازه سوپاپ معروف است و تابعی از ارتفاع، قطر و اصطکاک مواد می باشد:

Q: جریان بر حسب در h

R: ضریب کاهش است.

این پارامتر منعکس کننده افت فشار در سوپاپ ناشی از خوردگی است.

 : چگالی بر حسب KG/  

p  : افت فشار بر حسب psi

برای یک جریان داده شده ، ضریب(kv)   بالا بیان کننده افت فشار (  پایینی می باشد. در هر حال، اندازه سوپاپ معمولاً در معادله پایه ذیل به کار گرفته می شود:

Q=CV

که در این رابطه:

Q: شدت جریان برحسب گالن در دقیقه(gpm)  است.

    : ضرایب تصحیح اندازه برای مایعات.

: افت فشار بر حسب psi.

G: وزن مخصوص می باشد.

برای تعیین اندازه یک سوپاپ، محاسبه مقادیر KV و CV در شرایط حداکثر شدت جریان با استفاده از یک مقدار افت فشار که مجاز باشد(  لازم است. انتخاب سوپاپ نخستین بایستی با استفاده از یک نمودار و یا جدول انجام شود که یک حرکت سوپاپ را کمتر از 90% در حداکثر جریان و بیشتر از 10% در حداقل جریان مجاز می شمارد.