عندما تنظر إلى مخطط الدائرة الهيدروليكية، يظهر مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه كأحد أبسط الرموز على الصفحة. صندوقين متصلين، بضعة أسطر، ربما رمز الربيع. لكن هذا العنصر الأساسي يتحكم في بعض الوظائف الأكثر أهمية في الأنظمة الصناعية، بدءًا من تثبيت ذراع الرافعة بوزن 50 طنًا في موضعها وحتى حماية المضخات باهظة الثمن من ارتفاع الضغط.
يحتوي الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه، والذي يُسمى أيضًا صمام 2/2، على منفذين وموضعين. قد يبدو التدوين مجردًا في البداية، لكنه يتبع نمطًا منطقيًا. يخبرك الرقم الأول بعدد المنافذ التي يحتوي عليها الصمام (حيث يدخل السائل ويخرج)، ويخبرك الرقم الثاني بعدد المواضع المميزة التي يمكن أن يتخذها الصمام. في حالة مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه، فإننا نتعامل مع المنطق الثنائي الأساسي في طاقة الموائع: التدفق أو عدم التدفق.
فكر في صنبور المطبخ الخاص بك. عندما تقوم بإدارة المقبض، فإنك تقوم بتشغيل صمام أساسي ثنائي الاتجاه. الماء إما يتدفق أو لا يتدفق. تعمل الصمامات الصناعية 2/2 على نفس المبدأ، باستثناء أنها قد تتحكم في 3530 لترًا في الدقيقة من الزيت الهيدروليكي عند ضغط 630 بارًا بدلاً من ماء الصنبور عند 4 بار.
قراءة رموز مخطط الصمام الهيدروليكي القياسي ثنائي الاتجاه
تستخدم الصناعة الهيدروليكية ISO 1219-1 كمعيار دولي لرموز الدوائر. وهذا أمر مهم لأن المهندس في ألمانيا يحتاج إلى فهم المخطط المرسوم في اليابان دون أي ارتباك. وينص المعيار على أن الرموز تمثل الوظيفة، وليس المظهر الجسدي. أنت لا تنظر إلى صورة الصمام الفعلي. أنت تنظر إلى خريطة وظيفية لما يفعله الصمام لتدفق السوائل.
في مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه، يحصل كل موضع عمل على صندوق مربع خاص به. وبما أن لدينا موقعين، فسترى دائمًا صندوقين جنبًا إلى جنب. يُظهر الصندوق الأقرب إلى رمز الزنبرك أو أي آلية إرجاع أخرى موضع السكون، وهي الحالة التي يجلس عليها الصمام عندما لا يقوم أحد بتنشيطه. ويبين المربع الآخر ما يحدث عندما تقوم بتنشيطه، سواء كان ذلك بالضغط على زر، أو تنشيط الملف اللولبي، أو ممارسة الضغط التجريبي.
داخل هذه المربعات، تخبرك الخطوط والرموز البسيطة بكل شيء عن مسارات التدفق. الخط المستقيم أو السهم يعني أن السائل يمكن أن يمر عبر هذا الموضع. الرمز "T"، الذي يشبه الخط المتعامد مع مسار التدفق، يعني أن المنفذ مسدود. إذا رأيت مخططًا للصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه مع حرف "T" في صندوق وضع السكون، فأنت تنظر إلى صمام مغلق عادةً. يشير التكوين المعاكس، مع وجود حرف "T" في الوضع المنشط، إلى وجود صمام مفتوح بشكل طبيعي.
طريقة التفعيل تظهر خارج المربعات. رمز الملف اللولبي يعني التحكم الكهربائي. يظهر الربيع عودة ميكانيكية. يشير الخط المتقطع الذي يشير إلى الصمام إلى التحكم في الضغط الطيار، حيث تقوم إشارة هيدروليكية منفصلة بتحريك الصمام بدلاً من القوة الميكانيكية أو الكهربائية المباشرة.
تتبع ملصقات المنافذ معاييرها الخاصة أيضًا. سترى عادةً "P" لمدخل الضغط (اتصال المضخة) و"A" لمنفذ العمل (اتصال المحرك). في بعض الأحيان سترى "T" للإشارة إلى عودة الخزان. تظل رموز الأحرف هذه متسقة عبر الشركات المصنعة، على الرغم من أن المخططات الأوروبية القديمة قد تستخدم الأرقام بدلاً من ذلك. يقوم ISO 9461 بتوحيد تعريفات المنافذ هذه لتقليل الارتباك أثناء التثبيت والصيانة.
الأنواع الهيكلية: تصميم Poppet vs Spool في صمامات ثنائية الاتجاه
عند تجاوز مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه الموجود على الورق إلى المكون المادي الفعلي، فإنك تواجه آليتين داخليتين مختلفتين بشكل أساسي. يحدد الاختيار بين القفاز (يُسمى أيضًا صمام المقعد) وبناء التخزين المؤقت ما إذا كان الصمام الخاص بك يمكنه حمل حمولة ثابتة لساعات دون الانجراف أو التعامل مع ركوب الدراجات السريع بتردد عالٍ.
تستخدم الصمامات القفازية عنصرًا مخروطيًا أو على شكل قرص يضغط على المقعد المطابق. عند إغلاقه، يلتقي المعدن بالمعدن بقوة الزنبرك خلفه. وهذا يخلق ما تسميه الصناعة تسربًا قريبًا من الصفر. لا يمكن للسائل الهيدروليكي أن يتسلل عبر الصمام القفاز المحكم الغلق حتى تحت ضغط 400 بار. وهذا يجعل الصمامات ذات الاتجاهين على شكل القفاز هي الخيار الوحيد للتطبيقات الحرجة للسلامة مثل دوائر حمل الأحمال على منصات العمل الجوية أو الرافعات المتنقلة.
يحدد معيار التسرب FCI 70-2 هذا الأداء. تسمح الفئة الرابعة بتسرب يعادل 0.01% من السعة المقدرة، وهو ما يعمل بشكل جيد للاستخدام الصناعي العام. ولكن عندما تحتاج إلى الأمان المطلق، يمكنك تحديد الفئة V أو الفئة VI. الفئة السادسة، والتي تسمى أحيانًا تصنيف المقعد الناعم، تسمح فقط بالملليترات في الدقيقة من التسرب حتى عند الضغط التفاضلي الكامل. فقط الصمامات القفازية هي التي تحقق هذه التصنيفات بشكل موثوق لأن آلية الختم لا تعتمد على الخلوصات الميكانيكية الضيقة التي تتآكل حتمًا.
تتخذ صمامات التخزين المؤقت نهجًا مختلفًا. ينزلق قلب أسطواني مُشكل بدقة داخل تجويف دقيق بنفس القدر. الأراضي على تدفق كتلة التخزين المؤقت، في حين تسمح الأخاديد بذلك. يجب أن تكون الفجوة بين البكرة والتجويف كبيرة بما يكفي للسماح بحركة سلسة ولكنها صغيرة بما يكفي لتقليل التسرب. ويعني هذا الحل الوسط المتأصل أن الصمامات التخزينية تتسرب دائمًا داخليًا إلى حد ما.
لكن تصميمات التخزين المؤقت تقدم مزاياها الخاصة. تميل أوقات الاستجابة إلى أن تكون أكثر اتساقًا وقابلية للتنبؤ بها. تنخفض تكاليف التصنيع بالنسبة لتطبيقات التشغيل والإيقاف البسيطة. في الأنظمة التي لا يهم فيها بعض التسرب، مثل عزل الدائرة المؤقتة أثناء الصيانة، يعمل الصمام ثنائي الاتجاه من النوع التخزيني بشكل جيد وبتكلفة أقل.
تظهر اختلافات الأداء بوضوح في التطبيقات الحقيقية. قم بتركيب صمام بكرة على أسطوانة عمودية تحمل حمولة معلقة، وسوف تقيس الانجراف نحو الأسفل على مدار ساعات حيث يسمح التسرب الداخلي للزيت بالانزلاق. قم بتركيب صمام قفاز مصنف من الدرجة السادسة، وتبقى تلك الأسطوانة مغلقة في مكانها لعدة أيام. قد يبدو مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه متطابقًا لكليهما، لكن الواقع الهندسي يختلف تمامًا.
| مميزة | صمام القفاز (المقعد). | صمام بكرة | تأثير التطبيق |
|---|---|---|---|
| الختم/التسرب | قريب من الصفر (يمكن تحقيق الفئة V/VI) | تسرب داخلي قابل للقياس (الفئة III/IV النموذجية) | تحديد مدى ملاءمتها لعقد الحمل الثابت ودوائر السلامة |
| سرعة الاستجابة | مشاركة سريعة وفورية | متسقة، وعادة ما تكون أبطأ | حاسم لحلقات التحكم عالية التردد أو الحساسة للوقت |
| سعة التدفق | عالية جدًا (خاصة تصميمات الخرطوشة) | محدودة بقطر البكرة والتخليص | يمكن لخراطيش Poppet تبديل الطاقة الهيدروليكية الهائلة |
| تصنيف الضغط | ما يصل إلى 630 بار في الخراطيش الصناعية | 7.5 إلى 3,530 لتر/دقيقة حسب التصميم | أنظمة الضغط العالي تفضل البناء القفاز |
تختلف الاستجابة الديناميكية أيضًا. يتم فتح الصمامات القفازية وإغلاقها بسرعة لأن طول الشوط قصير. أنت فقط ترفع مخروطًا عن مقعده، ولا تنزلق بكرة عبر منافذ متعددة. وهذا يجعل الصمامات ثنائية الاتجاه من النوع القفاز مثالية للتطبيقات التي تتطلب بدء التدفق الفوري، مثل دوائر إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ أو الحماية ضد التجويف.
تطبيقات الدوائر الحرجة باستخدام مخططات الصمامات الهيدروليكية ثنائية الاتجاه
تصبح القيمة الحقيقية لفهم مخططات الصمامات الهيدروليكية ثنائية الاتجاه واضحة عندما ترى أين تحل هذه المكونات المشكلات الهندسية الفعلية. تتطلب بعض التطبيقات تمامًا الخصائص المحددة التي يوفرها الصمامان 2/2.
دوائر حمل وموازنة الأحمال
تخيل ذراع حفار يحمل دلوًا ممتلئًا على ارتفاع ثلاثة أمتار في الهواء. يجب ألا تنجرف الأسطوانة الهيدروليكية التي تدعم هذا الحمل إلى الأسفل ولو بمقدار ملليمتر واحد، حتى على مدار ساعات، حتى لو حدث تسرب بسيط في الخرطوم الهيدروليكي. يتطلب ذلك صمامات فحص يتم تشغيلها بشكل تجريبي، وهي عبارة عن عناصر متخصصة ثنائية الاتجاه موضحة في مخططات الدائرة مع خط متقطع إضافي يشير إلى منفذ التحكم التجريبي.
[صورة مخطط دائرة صمام الموازنة]يسمح صمام الفحص التجريبي (POCV) بالتدفق الحر في اتجاه واحد، وملء الأسطوانة مع ارتفاع ذراع الرافعة. ولكن في الاتجاه المعاكس، يتم حظر التدفق تمامًا حتى يصل الضغط الطيار عبر خط التحكم. يُظهر مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه هذا كرمز صمام فحص قياسي بالإضافة إلى الخط التجريبي. عندما يأمر المشغل ذراع الرافعة بخفضها، يقوم الضغط الدليلي برفع عنصر الختم ميكانيكيًا، مما يسمح بتفريغ الزيت بشكل متحكم فيه.
إن خاصية عدم التسرب التي يتميز بها البناء القفاز تجعل POCVs تعمل. حتى معدل التسرب الصغير قد يتسبب في غرق ذراع الرافعة ببطء. لكن POCVs لها حدود. إنها ليست أجهزة قياس. فهي إما مغلقة بالكامل أو مفتوحة بالكامل. عند خفض حمل ثقيل بمساعدة الجاذبية، يمكن أن يسبب POCV البسيط حركة متشنجة حيث يصطاد الصمام بين الحالات المفتوحة والمغلقة.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه صمامات الموازنة. صمام الموازنة هو عنصر ثنائي الاتجاه أكثر تطوراً يجمع بين صمام عدم الرجوع للتدفق الحر في اتجاه واحد مع صمام تخفيف يتم التحكم فيه بالضغط لمسار العودة. يُظهر مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه لصمام الموازنة ثلاثة مكونات وظيفية: صمام عدم الرجوع، وعنصر التنفيس، ومكبس تجريبي يقلل من ضغط فتح صمام التنفيس.
عندما يبدأ المشغل بحركة خفض، يعمل الضغط الدليلي من صمام التحكم الاتجاهي على المكبس الدليلي. تتحد هذه الإشارة التجريبية مع الضغط الناتج عن الحمل لتعديل صمام التنفيس، وقياس تدفق العودة. والنتيجة هي نزول سلس ومتحكم فيه حتى مع الأحمال الثقيلة. من خلال تركيب صمام الموازنة مباشرة على المشغل بدلاً من صمام التحكم الرئيسي، يمكنك تحديد مسؤولية التحكم في التدفق في المكان الأكثر أهمية.
دوائر شحن وتفريغ المجمع
في الأنظمة التي تستخدم مضخات الإزاحة الثابتة المزودة بمراكم هيدروليكية، تحتاج إلى صمام تفريغ خاص ثنائي الاتجاه لإدارة تدفق المضخة بكفاءة. عندما يصل المركم إلى الشحن الكامل، فإن الاستمرار في الضخ ضد هذا الضغط يهدر الطاقة ويولد الحرارة. يحل صمام التفريغ هذه المشكلة عن طريق إعادة توجيه تدفق المضخة إلى الخزان عند ضغط قريب من الصفر بمجرد شحن المجمع.
إن صمام شحن المركم النموذجي عبارة عن عنصر خرطوشة ذو مرحلتين مع مرحلة تجريبية قفازية ومرحلة رئيسية للتخزين المؤقت. يوضح مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه توصيل تدفق المضخة (P) إما بالمراكم أو الخزان (A وB). عندما ينخفض ضغط النظام إلى ما دون نقطة الضبط "المفتوحة" بسبب استخدام المشغل، يمنع الصمام عودة الخزان، مما يجبر تدفق المضخة مرة أخرى إلى شحن المجمع. عندما يرتفع الضغط إلى نقطة "الإغلاق" المحددة، يتحرك الصمام لتفريغ المضخة.
وهذا يتطلب خصائص التحول الناعم والتخميد المناسب في التصميم. تؤدي التحولات المفاجئة بين التحميل والتفريغ إلى حدوث طفرات في الضغط تؤدي إلى إتلاف المضخات وتركيبات الضغط. تشتمل صمامات التفريغ المصممة جيدًا على غرف تخميد داخلية تعمل على إبطاء حركة التبديل، وتنشر انتقال الضغط على مدار عدة أجزاء من الثانية بدلاً من المفاجئة اللحظية.
التحكم في التدفق لتنظيم السرعة
تظهر صمامات التحكم في التدفق الهيدروليكي ثنائية الاتجاه في مخططات الدائرة مع رمز تقييد الخانق، الذي يظهر كخطين أو منحنيين بزاوية يشكلان ممرًا ضيقًا. يضيف الخانق القابل للتعديل سهمًا قطريًا من خلال رمز التقييد، مما يشير إلى منطقة الفتحة المتغيرة. تتحكم هذه الصمامات في سرعة المشغل عن طريق الحد من معدل التدفق بدلاً من منعه تمامًا.
العلاقة بين التدفق والسرعة تتبع الأساسيات الهيدروليكية. بالنسبة لتجويف أسطوانة معين، السرعة تساوي معدل التدفق مقسومًا على مساحة المكبس. من خلال تقييد التدفق عبر فتحة قابلة للتعديل، يمكنك التحكم بشكل مباشر في مدى سرعة تمديد الأسطوانة أو تراجعها. يخلق الخانق انخفاضًا في الضغط، ويعتمد التدفق خلال هذا القيد على الجذر التربيعي لفرق الضغط عبره.
تشتمل صمامات التحكم في التدفق المتقدمة ثنائية الاتجاه على تعويض الضغط. يُظهر مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه هذا كعنصر إضافي يتم التحكم فيه بالضغط، وعادةً ما يتم تمثيله بسهم يشير إلى مكبس المعوض. يقوم هذا المعوض تلقائيًا بضبط فتحة الخانق للحفاظ على خرج التدفق المستمر بغض النظر عن اختلافات ضغط الحمل. بدون تعويض، ستتباطأ الأسطوانة مع زيادة الحمل لأن ارتفاع ضغط الحمل يقلل من الفارق عبر دواسة الوقود. ومن خلال التعويض، يحافظ الصمام على ثبات سرعة الأسطوانة حتى مع تغير الحمل بشكل كبير.
تقنية صمام الخرطوشة والتحكم عالي الكثافة
عندما تحتاج إلى تبديل معدلات تدفق عالية جدًا في المساحات المدمجة، قد يُظهر مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه عنصرًا على شكل خرطوشة بدلاً من الصمام التقليدي المثبت على الجسم. تمثل صمامات الخرطوشة، والتي تسمى أيضًا العناصر المنطقية المنزلقة، أسلوبًا متطورًا للتحكم الهيدروليكي الذي يعمل على زيادة كثافة الطاقة إلى الحد الأقصى.
صمام الخرطوشة هو في الأساس وحدة منطقية هيدروليكية يتم إدخالها في تجويف مشعب ويتم التحكم فيها بواسطة لوحة غطاء منفصلة. يبدو رمز مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه مشابهًا للصمامات القياسية، لكن التنفيذ المادي يختلف تمامًا. بدلاً من وحدة قائمة بذاتها ذات منافذ ملولبة، لديك خرطوشة أسطوانية تسقط في تجويف مُجهز بدقة. جميع السباكة داخلية للكتلة المتعددة.
تتيح هذه البنية قدرة التدفق القصوى. تتعامل صمامات الخرطوشة الصناعية ذات الاتجاهين مع ما يصل إلى 3530 لترًا في الدقيقة مع الحفاظ على انخفاض منخفض جدًا في الضغط، وغالبًا ما يكون أقل من 1 بار حتى عند أقصى تدفق. التدفق العالي مع انخفاض الضغط المنخفض يترجم مباشرة إلى كفاءة الطاقة. انخفاض فقدان الضغط يعني توليد حرارة أقل وتكاليف تشغيل أقل.
يستخدم مبدأ التحكم التضخيم التجريبي. يتحكم صمام طيار صغير، والذي قد يقوم بتبديل بضعة لترات فقط في الدقيقة، في الزيت عالي الضغط الذي يحرك قفاز الخرطوشة الرئيسي. يؤدي هذا إلى فصل قوة التحكم عن طاقة التدفق الرئيسي. يمكنك تحويل مئات الكيلووات من الطاقة الهيدروليكية باستخدام ملف لولبي صغير يستهلك ربما 20 وات كهربائيًا.
يعتمد تصميم الخرطوشة أيضًا على ميزات التشخيص. تشتمل أغطية التحكم عادةً على منافذ كشف التسرب ونوافذ الفحص. عندما تبدأ الأختام الداخلية في الفشل، يظهر الزيت المتسرب في منافذ التشخيص هذه قبل أن يتدهور أداء النظام بشكل ملحوظ. يمنع هذا التحذير المبكر التوقف غير المتوقع.
يتضمن الحل تحديد حجم الصمام المناسب بناءً على الحد الأدنى من متطلبات انخفاض الضغط بدلاً من مجرد سعة التدفق القصوى. قد يكون حجم الصمام الذي يناسب الحد الأقصى للتدفق المطلق كبيرًا جدًا بالنسبة للتشغيل العادي، مما يترك فرقًا غير كافٍ للحفاظ على الاستقرار. من الأفضل تحديد حجم الصمامات لظروف التشغيل النموذجية بهامش ضغط مناسب، ثم قبول انخفاض ضغط أعلى إلى حد ما عند الحد الأقصى للتدفق.
تشغيل الملف اللولبي: التشغيل المباشر مقابل التشغيل التجريبي
يوضح مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه طرق التشغيل برموز خارج صناديق الموضع. تظهر الصمامات التي يتم التحكم فيها بملف لولبي مع رمز الملف، لكن هذا الرسم البسيط يخفي خيارًا مهمًا في التصميم يؤثر على أداء النظام.
تستخدم صمامات الملف اللولبي ذات المفعول المباشر القوة الكهرومغناطيسية لتحريك عنصر الصمام مباشرة. عندما تقوم بتنشيط الملف، يقوم المجال المغناطيسي بسحب عضو الإنتاج الذي يدفع القفاز أو البكرة فعليًا. تستجيب هذه الصمامات بسرعة كبيرة، غالبًا خلال أجزاء من الثانية، لأنه لا توجد خطوة وسيطة. لكن القوة الكهرومغناطيسية المتاحة تحد من حجم الصمام. تحتاج الصمامات الأكبر حجمًا إلى ملفات لولبية أكبر، والتي تستهلك المزيد من الطاقة الكهربائية وتولد المزيد من الحرارة.
تتخذ صمامات الملف اللولبي التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي نهجًا مكونًا من مرحلتين. يقوم الملف اللولبي بتحريك صمام طيار صغير، والذي يقوم بعد ذلك بتوجيه الضغط الهيدروليكي لتحريك عنصر الصمام الرئيسي. وهذا يعزز مضاعفة القوة الهيدروليكية. يتحكم ملف لولبي صغير منخفض الطاقة في الطيار الذي يقوم بتبديل الزيت عالي الضغط الذي يقود بكرة رئيسية كبيرة أو قفازًا. والنتيجة هي أن الصمامات ثنائية الاتجاه التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي يمكنها التعامل مع معدلات تدفق أعلى بكثير من التصميمات ذات التأثير المباشر.
المقايضة هي وقت الاستجابة. تستجيب الصمامات التي يتم تشغيلها دليليا بشكل أبطأ لأن المرحلة التجريبية يجب أن تتحرك أولا، ثم تضغط على غرفة التحكم، ثم تنتظر حتى يتحرك العنصر الرئيسي. قد يكون هذا التأخير الإضافي من 20 إلى 50 مللي ثانية فقط، ولكن في الأتمتة عالية السرعة أو التحكم الدقيق في الحركة، فإن تلك المللي ثانية مهمة.
ومن الناحية العملية، تعمل صمامات الملف اللولبي ذات المفعول المباشر بشكل جيد حتى حوالي 80 لترًا في الدقيقة عند الضغوط الصناعية القياسية. أبعد من ذلك، عادة ما تحتاج إلى عملية تجريبية. لا يحدد مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه دائمًا النوع، لذلك تحتاج إلى التحقق من أوراق بيانات الشركة المصنعة عندما يكون وقت الاستجابة حرجًا.
هناك اعتبار آخر وهو استهلاك الطاقة أثناء الإمساك. تحتاج الملفات اللولبية ذات الفعل المباشر إلى تيار مستمر لإبقاء الصمام مفتوحًا ضد قوة الزنبرك وضغط السائل. تستخدم الصمامات التي يتم تشغيلها بشكل دليلي الضغط لتثبيت العنصر الرئيسي، وبالتالي فإن الملف اللولبي يحتاج فقط إلى الحفاظ على إزاحة الصمام الطيار الصغير. وهذا يقلل من الحمل الكهربائي وتوليد الحرارة في الملف اللولبي.
معايير الاختيار والمواصفات الفنية
عندما تقوم بتصميم دائرة وتحديد الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه الذي تريد تحديده، يخبرك الرسم التخطيطي بالوظيفة المنطقية ولكن ليس بمتطلبات الأداء. تحدد العديد من المعلمات الرئيسية ما إذا كان الصمام سيعمل بشكل موثوق في تطبيقك.
يحدد الحد الأقصى لضغط العمل الحد الهيكلي. سوف يفشل الصمام الذي يبلغ ضغطه 350 بارًا بشكل كارثي إذا تجاوزت هذا الضغط بشكل كبير. لكن تصنيف الضغط وحده لا يروي القصة بأكملها. تحافظ بعض الصمامات على تدفقها المقدر فقط عند ضغط معين، ثم تنخفض مع زيادة الضغط بسبب تشوه الخلوص الداخلي أو ضغط الختم.
تتطلب سعة التدفق مطابقة دقيقة لاحتياجات النظام. تخلق الصمامات ذات الحجم الصغير انخفاضًا مفرطًا في الضغط، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة وتوليد الحرارة. تكلف الصمامات كبيرة الحجم أكثر وقد تتسبب في عدم استقرار التحكم. يحدد معامل الصمام (Cv) مقدار التدفق الذي يمر عبر انخفاض ضغط معين. تقوم بحساب السيرة الذاتية المطلوبة من معدل التدفق وفقدان الضغط المقبول، ثم تختار صمامًا يلبي هذا المتطلب مع بعض هامش الأمان.
| المعلمة | الأهمية الهندسية | النطاق النموذجي (مثال للصمامات الصناعية) |
|---|---|---|
| Kedua port tersebut biasanya disebut saluran masuk dan saluran keluar, meskipun dalam sistem hidrolik istilah ini bisa fleksibel tergantung pada desain sirkuit Anda. Tidak seperti katup yang lebih kompleks yang memiliki port P (tekanan), T (tangki), A dan B (kerja) terpisah, katup 2 arah berfokus pada satu tugas mendasar: memungkinkan aliran antara dua titik atau memblokirnya sepenuhnya. | السلامة الهيكلية والحد من المتانة | 210 إلى 630 بار لصمامات الخرطوشة الصناعية |
| الحد الأقصى لمعدل التدفق | القدرة الإنتاجية وانخفاض الضغط | 7.5 إلى 3,530 لتر/دقيقة حسب التصميم |
| وقت الاستجابة | السرعة الديناميكية والقدرة على معدل الدورة | 5-20 مللي ثانية (التمثيل المباشر) إلى 30-80 مللي ثانية (تشغيل تجريبي) |
| فئة التسرب (FCI 70-2) | معيار أداء الختم | الفئة الرابعة (عامة) إلى الفئة السادسة (السلامة الحرجة) |
| نطاق درجة حرارة التشغيل | حدود الختم واللزوجة | -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية بشكل نموذجي، أوسع للسوائل الخاصة |
| نطاق لزوجة السوائل | التشغيل السليم وتوافق الختم | 15 إلى 400 سنت سنتي لمعظم الصمامات الصناعية |
يعتبر تصنيف التسرب أمرًا مهمًا للغاية في تطبيقات حمل الأحمال. إذا كان مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه الخاص بك يُظهر صمامًا يجب أن يمنع انجراف الحمل، فحدد الفئة V أو الفئة VI. للعزل البسيط أثناء الصيانة، تكفي الفئة الرابعة. يمكن أن يكون فرق التكلفة بين فئات التسرب كبيرًا، لذا لا تبالغ في التحديد دون داع.
يصبح وقت الاستجابة أمرًا بالغ الأهمية في خطوط الإنتاج الآلية أو المعدات المتنقلة حيث يحدد وقت الدورة الإنتاجية. إذا كانت ذراع الحفار الخاص بك بحاجة إلى التوقف عن الحركة خلال 100 مللي ثانية عندما يقوم المشغل بتحرير عصا التحكم، فإن اختيار الصمام الخاص بك يحتاج إلى دعم هذا التوقيت. ضع في اعتبارك وقت تبديل الصمام والوقت اللازم لبناء الضغط أو انهياره في الدائرة.
توافق السوائل غير قابل للتفاوض. تعمل موانع التسرب القياسية من النتريل (NBR) بشكل جيد مع الزيت الهيدروليكي المعتمد على البترول ولكنها تنتفخ وتفشل في بعض السوائل الاصطناعية. إذا كنت تستخدم سائلًا هيدروليكيًا قائمًا على الإستر قابلاً للتحلل الحيوي أو جليكول مائي مقاوم للحريق، فتحقق من توافق الختم بشكل صريح. تؤدي مادة الختم الخاطئة إلى الفشل المبكر حتى لو كانت جميع المواصفات الأخرى صحيحة.
تؤثر درجة حرارة التشغيل على عمر الختم ولزوجة السائل. تتغير لزوجة الزيت الهيدروليكي بشكل كبير مع درجة الحرارة. عند -20 درجة مئوية، قد يصبح زيت ISO VG 46 سميكًا مثل العسل. عند 80 درجة مئوية، يتدفق مثل الماء. يؤثر تغير اللزوجة هذا على انخفاض الضغط عبر الصمامات ويمكن أن يؤثر على وقت الاستجابة. تستخدم بعض صمامات التحكم في التدفق ثنائية الاتجاه فتحات ذات حواف حادة على وجه التحديد لأن التدفق عبر حافة حادة أقل اعتمادًا على اللزوجة من التدفق عبر ممر طويل صغير القطر.
استكشاف المشكلات الشائعة وإصلاحها في دوائر الصمامات ثنائية الاتجاه
حتى عند رسم مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه بشكل صحيح واختيار المكونات المناسبة، فقد تظهر مشكلات أثناء التشغيل. يساعد فهم أوضاع الفشل الشائعة في التشخيص السريع ويمنع المشكلات البسيطة من أن تصبح حالات فشل باهظة الثمن.
التلوث وتدهور الاستجابة
يعد تلوث السوائل السبب الرئيسي لمشاكل أداء الصمام. عندما يصبح الزيت الهيدروليكي ملوثًا بالجزيئات أو تتدهور اللزوجة بسبب الانهيار الحراري، تظهر العديد من الأعراض. غالبًا ما تكون الاستجابة البطيئة هي العلامة الأولى. تستقر جزيئات الأوساخ في الخلوصات الصغيرة بين الأجزاء المتحركة، مما يؤدي إلى حدوث احتكاك يؤدي إلى إبطاء تشغيل الصمام. قد يستغرق الصمام الذي يجب أن يتحرك خلال 15 مللي ثانية 50 مللي ثانية عندما يكون ملوثًا.
يبدو أن هذا التأخير البسيط يتدفق عبر النظام. في التصنيع الآلي، تضيف المللي ثانية الإضافية لكل دورة إلى الإنتاج المفقود. في المعدات المتنقلة، تبدو استجابة المشغل بطيئة، مما يقلل من دقة تحديد المواقع. والأسوأ من ذلك أن تأخير إغلاق الصمام يسبب ارتفاعًا في الضغط حيث تواجه المحركات المتحركة فجأة مقاومة، مما يولد موجات صدمية تؤدي إلى إرهاق التركيبات والخراطيم.
يحدد معيار النظافة ISO 4406 كمية التلوث بالجسيمات. قد يستهدف النظام الهيدروليكي الصناعي النموذجي 19/17/14، والذي يحدد الحد الأقصى لعدد الجسيمات بأحجام 4 و6 و14 ميكرون. لكن الصمامات المؤازرة والصمامات التناسبية عالية الأداء تحتاج إلى سائل أكثر نظافة، ربما 14/16/11. عندما يتجاوز الزيت هذه الحدود، يتدهور أداء الصمام بشكل ملحوظ.
يحافظ تحليل الزيت واستبدال الفلتر بانتظام على أوقات استجابة الصمام. أنظمة الترشيح عالية الجودة تدفع تكاليفها بسرعة عن طريق منع المشاكل المرتبطة بالتلوث. تتضمن بعض الأنظمة المتقدمة عدادات الجسيمات عبر الإنترنت التي تنبه المشغلين عندما يصل التلوث إلى مستويات التحذير، مما يسمح باتخاذ إجراءات وقائية قبل أن يتدهور أداء الصمام.
ثرثرة الصمام وعدم الاستقرار الديناميكي
تصف ثرثرة الصمامات عملية الفتح والإغلاق السريعة والمتكررة حول نقطة التشغيل. تسمعه كصوت طنين أو طرق، ويمكن أن يدمر مكونات الصمام من خلال التدوير الميكانيكي السريع. تشير الثرثرة عادة إلى حجم غير صحيح للصمام أو عدم كفاية فارق ضغط النظام، وليس إلى فشل المكونات.
عندما لا يتطابق معامل تدفق الصمام مع متطلبات التدفق الفعلية للنظام، يعمل الصمام في منطقة غير مستقرة من منحنى التدفق الخاص به. تؤدي تقلبات الضغط الصغيرة إلى تغيرات كبيرة في الموضع، مما يؤدي إلى حدوث تذبذب. يتنقل الصمام بين الحالات المفتوحة والمغلقة، ولا يستقر أبدًا في وضع مستقر.
يؤثر فرق الضغط على هذا أيضًا. إذا كان ضغط المنبع وضغط المصب قريبين جدًا، فلن يكون لدى الصمام قوة كافية للحفاظ على وضع مستقر. توصي ممارسات الصناعة بالحفاظ على فرق لا يقل عن 1 رطل لكل بوصة مربعة (0.07 بار) عبر صمامات التحكم في التدفق لضمان التشغيل المستقر. عندما ينخفض الفارق إلى ما دون هذا المستوى، تصبح الثرثرة محتملة.
يتضمن الحل تحديد حجم الصمام المناسب بناءً على الحد الأدنى من متطلبات انخفاض الضغط بدلاً من مجرد سعة التدفق القصوى. قد يكون حجم الصمام الذي يناسب الحد الأقصى للتدفق المطلق كبيرًا جدًا بالنسبة للتشغيل العادي، مما يترك فرقًا غير كافٍ للحفاظ على الاستقرار. من الأفضل تحديد حجم الصمامات لظروف التشغيل النموذجية بهامش ضغط مناسب، ثم قبول انخفاض ضغط أعلى إلى حد ما عند الحد الأقصى للتدفق.
التسرب الداخلي وانحراف الحمل
في الدوائر التي تستخدم صمامات ثنائية الاتجاه لحمل الحمل، يظهر أي تسرب داخلي على شكل انجراف بطيء ومستمر. الحمل المعلق ينخفض تدريجيا. يتراجع المحرك الأفقي ببطء. قد يكون هذا الانجراف بالكاد ملحوظًا خلال دقائق، ولكنه يصبح واضحًا خلال ساعات أو نوبة عمل كاملة.
تحقق أولاً مما إذا كانت المشكلة تتعلق بالفعل بالصمام ثنائي الاتجاه أو في أي مكان آخر في الدائرة. قم بتوصيل مقياس الضغط عند مخرج الصمام وراقب اضمحلال الضغط. إذا انخفض الضغط بشكل مطرد مع قفل المشغل، فهذا يعني أن هناك شيئًا ما يتسرب. إذا ظل الضغط ثابتًا ولكن المشغل لا يزال ينجرف، يحدث تسرب في اتجاه مجرى النهر، ربما عبر أختام مكبس المشغل.
عندما يتسرب الصمام ثنائي الاتجاه نفسه، حدد ما إذا كان يتجاوز مواصفات التصميم الخاصة به أو قد تدهور بسبب التآكل. صمام من الفئة الرابعة يتسرب بنسبة 0.01% من التدفق المقدر يعمل وفقًا للمواصفات، على الرغم من أن ذلك قد لا يكون محكمًا بدرجة كافية لتطبيقك. في هذه الحالة، أنت بحاجة إلى تصنيف أكثر صرامة مثل الفئة السادسة، وليس إصلاح الصمام.
إذا بدأ الصمام المحكم مسبقًا بالتسرب، فابحث عن ثلاثة أسباب شائعة. يمكن أن يؤدي التلوث إلى إتلاف أسطح الختم. قد يكون للدراجات الحرارية مواد مانعة للتسرب متدهورة. قد يؤدي ارتفاع الضغط إلى ما هو أبعد من التصنيف إلى إتلاف المقعد القفاز. في بعض الأحيان يحتاج الصمام فقط إلى التنظيف والأختام الجديدة. وفي أحيان أخرى، يتجاوز التطبيق حدود تصميم الصمام وتحتاج إلى مكون أكثر قوة.
إن فهم الفرق بين قيود التصميم وفشل المكونات أمر مهم لأن الحلول تختلف تمامًا. إن طلب فئة تسرب أكثر صرامة في مرحلة التصميم يكلف أكثر قليلاً ولكنه يحل المشكلة بشكل دائم. يؤدي الاستبدال المتكرر للصمامات البالية التي لم تكن مناسبة للاستخدام على الإطلاق إلى إضاعة الوقت والمال بينما لا يتم حل المشكلة أبدًا.
قد يبدو مخطط الصمام الهيدروليكي ثنائي الاتجاه في مخططك بسيطًا، لكن هذه العناصر تتيح بعض الوظائف الأكثر أهمية في أنظمة طاقة الموائع. إن الحصول على المخطط الصحيح واختيار المكونات المناسبة وصيانتها بشكل صحيح يضمن أن الدوائر الهيدروليكية الخاصة بك توفر أداءً موثوقًا لسنوات من التشغيل.
