سوپاپهای سرو

6-4 سوپاپهای سرو

6-4-1 مقدمه
سیستم های هیدرولیک، زیر مجموعه ها و اجزاء هیدرولیک که تا کنون مورد بحث قرار گرفته اند دارای سیستم کنترل حلقه باز بودند یا به عبارت دیگر دارای توان انتقالی بدون باز خورد می باشند. در ادامه به بررسی سیستمهای کنترل حلقه بسته یا سرو پرداخته می شود که مجهز به قطعات حسگر برای باز خورد می باشد و کنترل بسیار دقیقی از موقعیت، سرعت و شتاب یک عملگر را فراهم می کند. یک سوپاپ کنترل خودکار(سرو)، سوپاپ کنترل جهتی است که قابلیت موقعیت های بی نهایتمتغیری را داراست. بنابراین ایندسته از سوپاپها نه تنها جهت جریان سیال بلکه همچنین مقدار سیال را نیز کنترل می کنند. در یک سوپاپ سرو، فاکتور کنترل شده خروجی بوسیله یک مبدل اندازه گیری می شودو به ترکیب کن برگشت داده می شود، ترکیب کن جایی است که پس خوران با مقدار فرمان مقایسه می شود این اختلاف بصورت یک سیگنال خطا تعریف می شود که بنوبت به منظورایجاد یک تغییر در خروجی سیستم استفاده میشود تا اینکه خطا کاهش یابد و یا به صفر نزدیک شود. نمونهای از آن کاربرد یک ترموستات در کوره خودکار می باشد که نقش آن اندازه گیری درجه حرارت اتاق مطابق با افزایش یا کاهش حرارت به منظور ثابت نگه داشتن ان می باشد. در ادامه بطور خلاصه اجزا مختلف تشکیل دهنده یک سیستم سرو تشریح خواهد شد.

6-4-2 اجزائ سیستم سرو
پمپهای ذخیره(کمکی)
سیستمهای کنترل خودکار(سرو) معمولاً به یک فشار ثابت نیاز دارند. با توجه به اینکه پمپهای جابجایی ثابت در اثر افت توان گرمای زیادی تولید می کنند معمولاً پمپهای با فشار قابل تنظیم به کار گرفته می شوند و گزینه مناسبی برای کاربردهای سرو هستند
موتورهای سرو
موتورهای پیستونی معمولاً نسبت به موتورهای تیغه ای یا چرخدنده ای ترجیح داده می شوند چرا که میزان نشتی داخلی در آنها پایین تر می باشد. هر دو نوع موتورهای پیستونی یعنی محوری با صفحه زاویه دار (سواش پلیت) و محوری با محور خمیده در سیستمهای سرو استفاده می شوند. اگر چه نوع خطی نیروی اصطکاکی بیشتری دارد البته این عیب محدودیت جدی ایجاد نمی کند چرا که در شرایط بد معمول، نیروی اصطکاک معمولاً لرزش مورد نیاز برای پایداری خوب سیستم سرو را زیاد نمی کند.
سیلندر های سرو
دو پارامتر مهم در انتخاب یک سیلندر سرو نقش دارد یکی نشت جریان و دیگری فشار انحراف که در واقع یک مقیاسی از فشار مورد نیاز به منظور تولید نیروی انحراف مورد نیاز می باشد. میله معمولاً توسط آببندهای نوع حلقه ای (O-ring) و v شکل آببندی می شود تا مقاومت خوبی در برابر نشت خارجی سیستم ایجاد شود.
مبدلهای سرو
نقش یک مبدل تبدیل یک منبع انرژی از یک حالت به حالت دیگر می باشد(برای مثال تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی) . در یک سیستم سرو یک مبدل باز خورد بعد از اندازه گیری خروجی سیستم کنترل، یک سیگنال تولید می کند که به ترتیب برای مقایسه با سیگنال ورودی به سیستم برگشت داده می شود. مبدلها همچنین در کاربردهای سرو برای اهداف کنترلی، به منظور اندازه گیری پارامترهای مختلف استفاده می شود. بعضی از شرایط مهم در انتخاب یک مبدل میزان دقت مورد نیاز، توانایی تجزیه و قابلیت تکرارپذیری آن می باشد. مبدلها معمولاً به دو نوع آنالوگ (پیوسته) و دیجیتال(پله ای) تقسیم بندی می شوند. آنها همچنین ممکن است بر اساس نوع کاربردشان تقسیم بندی شوند:
مبدلهای سرعت
مبدلهای فشار
مبدلهای مکان
مبدلهای جریان
مبدلهای شتاب
دو نوع اساسی از سوپاپهای کنترل خودکار(سرو) وجود دارند که بطور گسترده استفاده می شوند:
سوپاپ کنترل سرو مکانیکی
سوپاپ سرو کنترل سرو الکترو هیدرولیکی (ببرق هیدرولیکی)
سوپاپ کنترل سرو مکانیکی
تصویر (6-40) ساختار یک نوع سوپاپ سرو خودکار مکانیکی را نشان می دهد. در این سوپاپ ضرورتاً از یک تقویت کننده نیروی مکانیکی برای کنترل محل قرار گیری استفاده می شود. در این طرح یک نیروی ضربه کوچک قرقره را با یک مقدار مشخص جابجا می کند. سیال از طریق دهانه PI جریان می یابد و باعث بسته شدن سیلندر هیدرولیک به سمت راست می شود. عمل اتصال پس خوران، بوش لغزشی را به سمت راست جابجا می کند تا زمانیکه سیلندر هیدرولیک را مسدود کند. بنابراین یک حرکت داده شده به ورودی یک حرکت خروجی مشخص و کنترل شده را ایجاد می کند. چنین سیستمی که خروجی آن به منظور تغییر در ورودی با یک مقدار مشخص برگشت داده می شود، یک سیستم حلقه بسته نامیده می شود. یکی از معمول ترین کاربردهای این نوع از سوپاپ کنترلسرو مکانیکی در سیستم فرمان هیدرولیکی اتومبیلها و دیگر وسایل نقلیه است.
سوپاپهای کنترل سرو الکترو هیدرولیکی
در سالهای اخیر سوپاپ کنترل سرو الکترو هیدرولیکی به خوبی و درستی در بخش صنعت وارد شده است. ویژگی اصلی یک سوپاپ الکتروهیدرولیکی آن است که جریان خروجی هیدرولیکی تقویت شده بطور مستقیم با میزان جریان الکتریکیDC ورودی مناسب است. در نمونه ای از سوپاپ های سرو الکترو هیدرولیکی از یک موتور الکتریکی نوسانیافشانک دوبل یک مرحله ای و قرقره لغزنده دو مرحله ای استفاده می شود. موتور الکتریکی شامل اجزایی نظیر سیم پیچ ها،قطعات قطبی و آهنرباها و یک آرمیچر است. آرمیچر جهت حرکات محدود با یک تیوب انعطاف پذیر حمایت می شود. تیوپ انعطاف پذیر نیز بعنوان یک کاسه نمد وظیفه آب بندی بین دو بخش هیدرولیک و الکترو مغناطیس سوپاپ را بعهده دارد.پروانه به مرکز آرمیچر متصل است و در این تیوپ انعطاف پذیر به سمت پایین پسترش می یابد. در هر طرف پروانه یک افشانک وجود دارد، به گونه ای که حرکت پروانه میزان باز شدن نازل را تغییر می دهد. سیال هیدرولیک تحت فشار از طریق یک تنگنا که در انتهای قرقره قرار گرفته به هر نازل ارسال می شود. یک صافی روغن 40میکرونی اطراف میله قرقره پیچیده شده و جریان این بخش را فیلتر می کند. اختلاف فشار بین دو انتهای قرقره بوسیله حرکت پروانه بین دو نازل تغییر داده می شود.قرقره سوپاپ 4 راهه جریان را از مخزن به هر یک از دهانه های کنترل c_1 یا c_2 با یک مقدار مشخص نسبت به جابجایی قرقره هدایت می کند. قرقره شامل شکافهایی برای اندازه گیری جریان در قسمت کنترل می باشد که با حرکت قرقره پوشیده نمی شوند. حرکت قرقره یک سیستم پس خوران را که گشتاور را برای آرمیچر و پروانه فراهم می کند را منحرف می کند. جریان الکتریسیته موجود در سیم پیچ موتور، باعث ایجاد گشتاوری ساعتگرد یا پاد ساعتگرد در آرمیچر می شود. این گشتاور پروانه را بین دو افشانک جا به جا می کند. اختلاف جریان افشانک قرقره را به چپ یا راست حرکت می دهد. قرقره به حرکت خود ادامه می دهد تا گشتاور میله پس خوران، چرخش الکترو مغناطیسی را ایجاد کند در این نقطه آرمیچر پروانه به مرکز برگشت داده می شود. قرقره متوقف می شود و در آن وضعیت باقی می ماند تا اینکه جریان الکتریسیته ورودی به یک سطح جدید تغییر کند بنابراین موقعیت قرار گیری قرقره سوپاپ با سیگنال الکتریکی متناسب است. یک توضیح ساده از عملکرد کلی یک سیستم الکترو هیدرولیکی را با مراجعه به نمودار بلوکی زیر می توان دید
سوپاپ کنترل سرو الکترو هیدرولیکی از یک سیگنال الکتریکی برای موتور آن استفاده می کند که موقعیت های مختلفی از قرقره در یک سوپاپ کنترل جهت بدست می آید. سیگنال از پتانسیومتر به صورت الکتریکی تقویت می شود تا موتور سوپاپ کنترل سرو راه اندازی شود. جریان هیدرولیک از سوپاپ کنترل سرو به یک عملگر توان می دهد تا بار را جابجا کند. سرعت یا موقعیت بار به صورت یک ورودی اکتریکی از طریق یک قطعه پس خوران نظیر ژنراتور،تا کومتریا مقاومت متغیر به سوپاپ کنترل سرو برگشت داده می شود. در اینصورت با این عمل سیکل بسته می ماند که به عنوان سیستم حلقه بسته نامیده می شود. از ایندسته از سو پاپهای کنترل بطور موثر در انواع اتومبیلها، سیستمهای کنترل صنعتی مثل ماشین های تسطیح اراضی، بازوهای فرمان، تجهیزات قفل کننده، لیفتراک ها ماشین های کشاورزی، سیستم های کنترل کارخانجات و غیره….استفاده می شود.
6-5 فیوزهای هیدرولیکی
یک فیوز هیدرولیک شبیه به یک فیوز الکتریکی است و کاربرد آن در یک سیستم هیدرولیکی شباهت زیادی به عملکرد فیوز الکتریکی در مدار الکتریکی دارد. تصویر ساده ای از یک فیوز هیدرولیکی در شکل (6-42) نشان داده شده است. هنگامیکه یک فیوز هیدرولیکی در سیستم هیدرولیکی بکار می رود، مانع از افزایش فشار هیدرولیکی از حد مجاز سوپاپ به کار رفته در سیستم می شود و از آسیب دیدن اجزای مدار جلوگیری می کند. وقتیکه فشار هیدرولیکی سیستم از مقدار طراحی فراتر می رود صفحه فلزی نازک گسیخته می شود تا فشار را کاهش داده و مایع به مخزن برگردد. بعد از گسیختگی جهت انجام هر عملیات جدیدی می بایست یک صفحه فلزی نازک دیگری در محل مورد نظر تعبیه گردد. از فیوزهای هیدرولیکی به طور اصلی در پمپ های با فشار قابل تنظیم برای حفاظت از بارهای اضافی با ایمنی نا مطمئن استفاده می شود. در نوع کنترل جبران کننده در پمپها به عملکرد آسیب می رساند. یک فیوز هیدرولیک شبیه به یک فیوز الکتریکی است چون هر دوی آنها بصورت کلید های قطع و وصل هستند. بعبارت دیگر سوپاپ فشار شکن شبیه به یک قطع کننده مدارالکتریکی است زیرا آنها هر دو قابل باز سازی هستند.