أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية

تعمل صمامات التحكم الهيدروليكية كمراكز صنع القرار لأنظمة طاقة الموائع. تعتمد كل دائرة هيدروليكية على هذه المكونات لتنظيم ثلاث معلمات أساسية: اتجاه تدفق السائل، ومستوى الضغط داخل النظام، ومعدل تحرك السائل عبر المحركات. يعد فهم أنواع صمامات التحكم الهيدروليكي أمرًا ضروريًا لأي شخص مشارك في تصميم الأنظمة الهيدروليكية أو صيانتها أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها عبر الصناعات بدءًا من التصنيع وحتى الفضاء.

يتبع تصنيف أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية إطارًا وظيفيًا ظل ثابتًا عبر عقود من ممارسة الهندسة الهيدروليكية. يقسم هذا الإطار جميع الصمامات الهيدروليكية إلى ثلاث فئات أساسية بناءً على ما تتحكم فيه. تحدد صمامات التحكم الاتجاهية أين يذهب السائل. تقوم صمامات التحكم في الضغط بإدارة القوة المتوفرة في النظام. تنظم صمامات التحكم في التدفق مدى سرعة تحرك المحركات. يوجد ضمن كل فئة مجموعة من التصاميم المتخصصة، تم تصميم كل منها لتلبية متطلبات تشغيلية محددة.

فهم تصنيف صمام التحكم الهيدروليكي

نشأ نظام التصنيف ثلاثي الركائز لأنواع صمامات التحكم الهيدروليكية من حاجة هندسية عملية: تنظيم المكونات حسب وظيفتها الأساسية في الدائرة الهيدروليكية. هذا التصنيف ليس تعسفيا. إنه يعكس الفيزياء الأساسية للأنظمة الهيدروليكية، حيث يمكن التحكم في طاقة الموائع من خلال التوجيه الاتجاهي، أو تنظيم الضغط، أو تقييد التدفق.

صمامات التحكم الاتجاهية (DCVs)إدارة مسار السائل الهيدروليكي من خلال النظام. عندما يقوم المشغل بتنشيط رافعة لتمديد الأسطوانة أو عكس المحرك، يقوم صمام التحكم الاتجاهي بإعادة توجيه التدفق من المضخة إلى منفذ المحرك المناسب. لا تنظم هذه الصمامات الضغط أو معدل التدفق بشكل مباشر؛ فهي ببساطة تفتح وتغلق مسارات سوائل محددة. تتطلب الأسطوانة مزدوجة المفعول صمام اتجاهي رباعي الاتجاهات مع وصلات لضغط المضخة (P)، وإرجاع الخزان (T)، ومنفذي تشغيل (A وB).

صمامات التحكم في الضغط (PCVs)الحفاظ على ظروف التشغيل الآمنة من خلال تنظيم القوة المتوفرة في النظام. يمثل الضغط الهيدروليكي الطاقة المخزنة، ويمكن أن يؤدي الضغط الزائد إلى تمزق الخراطيم أو إتلاف موانع التسرب أو تدمير مكونات المضخة. تستجيب صمامات التحكم في الضغط للتغيرات في ضغط النظام عن طريق فتح مسارات التنفيس إلى الخزان أو عن طريق تقييد التدفق للحفاظ على مستويات ضغط محددة في فروع الدائرة المختلفة. سيتم فتح صمام تخفيف الضغط عند 3000 رطل لكل بوصة مربعة عندما يقترب ضغط النظام من هذا الحد، مما يحمي المكونات النهائية من أضرار الضغط الزائد.

صمامات التحكم في التدفق (FCVs)تحديد سرعة المحرك عن طريق تنظيم حجم السائل الذي يمر عبر الدائرة لكل وحدة زمنية. تعتمد سرعة الأسطوانة أو المحرك الهيدروليكي بشكل مباشر على كمية السائل الذي يدخل إليها. يقوم صمام التحكم في التدفق بتقييد هذا الحجم باستخدام فتحة أو دواسة الوقود. عندما تتغير ظروف الحمل أثناء التشغيل، يتم ضبط صمامات التحكم في التدفق المعوضة تلقائيًا للحفاظ على سرعة المشغل الثابتة بغض النظر عن اختلافات الضغط.

ويعني هذا الفصل الوظيفي أن الدائرة الهيدروليكية الواحدة تتطلب عادةً أنواعًا متعددة من الصمامات تعمل معًا. قد تستخدم دائرة ذراع الرافعة المتنقلة صمام تحكم اتجاهي لتحديد التمديد أو التراجع، وصمام موازنة لمنع انخفاض الحمل، وصمام تحكم في التدفق لتسهيل الحركة. إن فهم أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية التي تعالج أهداف التحكم هو أساس التصميم الفعال للنظام.

صمامات التحكم الاتجاهية: إدارة مسارات التدفق

يتم تحديد صمامات التحكم الاتجاهية باستخدام تدوين موحد يصف تكوينها. يتبع التدوين تنسيق "الطرق والمواضع". تتم كتابة الصمام رباعي الاتجاهات وثلاثي المواضع على أنه 4/3 (أربعة منافذ وثلاثة أوضاع تبديل). يشير عدد الطرق إلى التوصيلات الخارجية: عادةً مدخل الضغط (P)، وعودة الخزان (T أو R)، وواحد أو أكثر من منافذ العمل (A، B، C). يصف عدد المواضع عدد حالات التبديل المستقرة التي يمكن للصمام الحفاظ عليها.

التكوين الأكثر شيوعًا في المكونات الهيدروليكية الصناعية هو الصمام ثلاثي الاتجاهات (4/3). يوفر هذا التصميم موضعًا مركزيًا محايدًا حيث يمكن برمجة الصمام لتوصيل المنافذ بطرق مختلفة اعتمادًا على التطبيق. يقوم الصمام المركزي المغلق بإغلاق جميع المنافذ في وضع محايد، مما يسمح بتفريغ المضخة. يقوم الصمام مفتوح المركز بإرجاع تدفق المضخة مباشرة إلى الخزان عند الضغط المنخفض، مما يقلل من استهلاك الطاقة عند عدم تنفيذ أي عمل. يقوم التكوين المركزي الترادفي بتفريغ المضخة مع السماح للمحركات بالطفو بحرية.

تنقسم الآلية الداخلية لصمامات التحكم الاتجاهي إلى تصميمين أساسيين: الصمامات التخزينية والصمامات القفازية. تشكل المفاضلة الهندسية بين هذه التصاميم نطاق تطبيقاتها.

تستخدم الصمامات التخزينية عنصرًا أسطوانيًا مع أراضٍ مُشكَّلة بدقة تنزلق داخل التجويف لتغطية المنافذ وكشفها. يجب أن يكون الخلوص بين البكرة والتجويف في حده الأدنى (عادةً 5-25 ميكرون) لتقليل التسرب الداخلي مع السماح بحركة سلسة. يتفوق هذا التصميم في التطبيقات التي تتطلب مسارات تدفق متعددة وانتقالات سلسة بين المواضع. تعتبر الصمامات التخزينية ذات الأربعة اتجاهات وثلاثة المواضع التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي قياسية في المعدات المتنقلة لأنها تستطيع التعامل مع تكوينات المنفذ المركزي المعقدة. ومع ذلك، فإن الخلوص الضروري يعني أن صمامات التخزين المؤقت بها تسرب داخلي متأصل، مما قد يتسبب في انجراف المحرك عند حمل الأحمال لفترات طويلة.

تستخدم الصمامات القفازية قرصًا أو عنصرًا مخروطيًا يستقر مقابل وجه الصمام، مدعومًا عادةً بقوة الزنبرك وضغط المدخل. عند إغلاقه، يخلق القفاز اتصالًا بين المعدن والمعدن أو المطاط الصناعي، مما يحقق عدم التسرب. يوفر هذا التصميم أسرع أوقات الاستجابة وأعلى سعة تدفق لحجم مظروف معين. يمكن لصمامات التحكم الاتجاهية المدمجة الحديثة من النوع القفاز التي تتبع معايير DIN أن تحقق معدلات دورة تتجاوز 100 عملية في الدقيقة مع عدم وجود تسرب قابل للقياس في الحالة المغلقة. تظهر محدودية الصمامات القفازية في التطبيقات التي تتطلب توجيه تدفق معقد أو تحديد موضع متوسط.

يعكس الاختيار بين تصميمات التخزين المؤقت والقفاز التسلسل الهرمي للأولوية في التطبيق. بالنسبة لتركيبات التثبيت ذات الضغط العالي أو تثبيت حمولة الرافعة حيث يكون التسرب الصفري إلزاميًا، يتم تحديد الصمامات القفازية على الرغم من قيودها في مرونة توجيه التدفق. بالنسبة لتطبيقات التعديل المستمر مثل أدوات التحكم في الحفارات، توفر الصمامات التخزينية التحولات السلسة اللازمة على الرغم من أن التسرب الداخلي يتطلب تعديلًا دوريًا أو استبدال المكونات البالية.

تتضمن طرق تشغيل صمامات التحكم الاتجاهي الرافعات اليدوية، والكاميرات الميكانيكية، والطيارين الهوائيين، والطيارين الهيدروليكيين، ومشغلي الملف اللولبي، وأدوات التحكم الإلكترونية التناسبية. يعتمد الاختيار على ما إذا كان التطبيق يتطلب التبديل بين التشغيل والإيقاف أو تحديد المواقع بشكل مستمر، ومقدار القوة المتاحة للتشغيل، وما إذا كانت هناك حاجة إلى التحكم عن بعد أو التحكم الآلي.

صمامات التحكم في الضغط: سلامة النظام وتنظيمه

تنظم صمامات التحكم في التدفق سرعة المحرك عن طريق تقييد حجم السائل الذي يمر عبر الدائرة. نظرًا لأن سرعة المحرك تتناسب طرديًا مع معدل التدفق (السرعة = معدل التدفق / مساحة المكبس)، فإن التحكم في معدل التدفق يوفر تحكمًا دقيقًا في سرعة الأسطوانات والمحركات.

تُفتح صمامات التنفيس عندما يتجاوز ضغط النظام الحد المحدد مسبقًا، مما يؤدي إلى تحويل التدفق إلى الخزان ومنع الضغط من الارتفاع أكثر. تتطلب جميع الدوائر الهيدروليكية ذات الحلقة المغلقة حماية صمام التنفيس. بدون هذه الحماية، قد يتسبب المحرك المسدود أو الصمام الاتجاهي المغلق في ارتفاع الضغط حتى يفشل شيء ما - عادةً ما يكون خرطومًا منفجرًا، أو سدادة منفوخة، أو مضخة تالفة. تتميز صمامات التنفيس بضغط التكسير (حيث تبدأ في الفتح) وضغط التدفق الكامل (حيث تمر بأقصى تدفق مقدر).

ينقسم التصميم الداخلي لصمامات التنفيس إلى فئتين لهما خصائص أداء مختلفة بشكل كبير.

تستخدم صمامات التنفيس ذات المفعول المباشر ضغط النظام الذي يعمل مباشرة على عنصر القفاز أو التخزين المؤقت مقابل زنبرك قابل للتعديل. عندما تتجاوز قوة الضغط قوة الزنبرك، يفتح الصمام. توفر بساطة هذا التصميم استجابة سريعة للغاية، عادةً من 5 إلى 10 مللي ثانية، مع استجابة بعض التصميمات خلال 2 مللي ثانية. تعمل هذه الاستجابة السريعة على الحد بشكل فعال من ارتفاع الضغط أثناء تغيرات الحمل المفاجئة أو توقف المضخة. ومع ذلك، تظهر الصمامات ذات الفعل المباشر تجاوزًا كبيرًا للضغط - يمكن أن يكون الفرق بين ضغط التكسير وضغط التدفق الكامل 300-500 رطل لكل بوصة مربعة أو أكثر. في معدلات التدفق العالية، يمكن أن يؤدي تجاوز الضغط هذا إلى توليد حرارة وضوضاء كبيرة، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى إنتاج صوت "الصراخ" المميز لصمام تنفيس مباشر المفعول محمل بشكل زائد.

تستخدم صمامات التنفيس التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي تصميمًا من مرحلتين حيث يتحكم صمام تجريبي صغير في عنصر صمام رئيسي أكبر. يعمل ضغط النظام على المرحلة التجريبية، والتي تستخدم فرق الضغط لتحديد موضع البكرة الرئيسية أو القفاز بدقة. يحقق هذا التصميم تحكمًا أكثر إحكامًا في الضغط مع تجاوز يقتصر عادةً على 50-100 رطل لكل بوصة مربعة حتى عند التدفق الكامل المقدر. تعمل الصمامات التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي بشكل أكثر هدوءًا وتولد حرارة أقل أثناء عملية التنفيس. الحل الوسط هو وقت الاستجابة: يتطلب بناء الضغط التجريبي وتحريك عنصر الصمام الرئيسي ما يقرب من 100 مللي ثانية، وهو أبطأ بكثير من التصميمات ذات التأثير المباشر.

تؤدي الاستجابة البطيئة لصمامات التنفيس التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي إلى خلق ثغرة أمنية محددة: أثناء ارتفاع الضغط المفاجئ، قد لا يفتح الصمام بسرعة كافية لمنع الضرر. غالبًا ما تستخدم الأنظمة ذات التغييرات السريعة في الحمل أو التبديل المتكرر للصمامات الاتجاهية استراتيجية حماية هجينة. يتم وضع صمام تنفيس صغير وسريع المفعول مباشر المفعول أعلى قليلاً من الصمام الرئيسي الذي يعمل بالدليل. أثناء التشغيل العادي، يحافظ الصمام الذي يتم تشغيله بواسطة الدليل على ضغط ثابت. أثناء الارتفاعات العابرة، يفتح الصمام ذو التأثير المباشر في غضون 5-10 مللي ثانية لقص الذروة، ثم يغلق عندما يتولى الصمام الذي يتم تشغيله بشكل تجريبي المهمة. يعمل هذا المزيج على زيادة الحماية من الارتفاعات والتحكم في ضغط الحالة المستقرة.

بالإضافة إلى وظائف التنفيس الأساسية، تلبي صمامات التحكم في الضغط المتخصصة متطلبات الدائرة المحددة:

• صمامات تخفيض الضغطالحد من الضغط في الدائرة الفرعية إلى مستوى أقل من ضغط النظام الرئيسي. قد تحتاج عملية الطحن إلى 1000 رطل لكل بوصة مربعة بينما يعمل النظام الرئيسي بسرعة 3000 رطل لكل بوصة مربعة. يحافظ صمام التخفيض على الضغط المنخفض في دائرة الطحن، مما يحمي المكونات الحساسة ويمنع القوة المفرطة على قطعة العمل.
• صمامات التسلسليظل مغلقًا حتى يصل ضغط المدخل إلى مستوى محدد مسبقًا، ثم يفتح للسماح بالتدفق إلى وظيفة ثانوية. في مكبس الحفر، يضمن صمام التسلسل أن تكمل أسطوانة المشبك شوطها (مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط النظام) قبل السماح لأسطوانة الحفر بالتقدم. وهذا يمنع الحفر في قطعة العمل غير المضمونة.
• صمامات الموازنةمنع الأحمال الجامحة في التطبيقات الرأسية أو التجاوز. تجمع هذه الصمامات بين صمام تنفيس يتم تشغيله بشكل تجريبي وصمام فحص متكامل. يقوم صمام الموازنة، المثبت في خط إرجاع المشغل، بإنشاء ضغط خلفي يدعم الحمل. يعمل الضغط الدليلي من الجانب الممتد على تعديل الصمام للسماح بالهبوط المتحكم فيه. بدون صمامات الموازنة، ستسقط أحمال الجاذبية سقوطًا حرًا، وستتجاوز الأحمال التي يحركها المحرك. يتضمن التصميم نسبًا تجريبية قابلة للتعديل، مع صمامات موازنة قابلة للتكيف مع الحمل تقوم تلقائيًا بضبط النسبة التجريبية الخاصة بها بناءً على ظروف الحمل لتحسين الاستقرار وكفاءة الطاقة.
• تفريغ الصماماتتحويل تدفق المضخة إلى الخزان عند ضغط منخفض عندما يصل ضغط النظام إلى نقطة الضبط التي يشير إليها طيار خارجي. تظهر هذه الصمامات في دوائر المجمعات ودوائر المضخات العالية والمنخفضة. عندما يتم شحن المركم بالكامل، يستجيب صمام التفريغ للإشارة التوجيهية للمراكم ويفرغ تدفق المضخة إلى الخزان، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة مع الحفاظ على الضغط في المركم.

صمامات التحكم في التدفق: إدارة السرعة والمعدل

تنظم صمامات التحكم في التدفق سرعة المحرك عن طريق تقييد حجم السائل الذي يمر عبر الدائرة. نظرًا لأن سرعة المحرك تتناسب طرديًا مع معدل التدفق (السرعة = معدل التدفق / مساحة المكبس)، فإن التحكم في معدل التدفق يوفر تحكمًا دقيقًا في سرعة الأسطوانات والمحركات.

أبسط جهاز للتحكم في التدفق هو الصمام الخانق أو صمام الإبرة - وهو في الأساس فتحة قابلة للتعديل. يؤدي تشغيل الضبط إلى إنشاء قيود متغيرة في مسار التدفق. يتبع معدل التدفق عبر الفتحة العلاقة Q = CA√(ΔP)، حيث Q هو معدل التدفق، وC هو معامل التدفق، وA هي منطقة الفتحة، وΔP هو انخفاض الضغط عبر الفتحة. يكشف هذا عن القيود الأساسية للصمامات الخانقة البسيطة: يعتمد معدل التدفق على كل من إعداد الفتحة وفرق الضغط عبرها.

عندما يتغير ضغط الحمل - كما هو الحال عندما تتحرك الأسطوانة من الاتجاه الأفقي إلى الاتجاه الرأسي، مما يؤدي إلى تغيير حمل الجاذبية - يتغير فرق الضغط عبر الخانق. يؤدي هذا إلى اختلاف معدل التدفق على الرغم من بقاء إعداد الفتحة ثابتًا. والنتيجة هي سرعة المحرك غير المتناسقة التي تختلف باختلاف ظروف التحميل. بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها التحكم التقريبي في السرعة كافيًا وتكون التكلفة أمرًا بالغ الأهمية، تظل صمامات الخانق البسيطة مفيدة. ومع ذلك، تتطلب التطبيقات الدقيقة التعويض.

تعمل صمامات التحكم في التدفق المعوضة للضغط (PCFCVs) على حل مشكلة الاعتماد على الحمل عن طريق الحفاظ على انخفاض الضغط المستمر عبر فتحة القياس بغض النظر عن اختلافات الحمل. يحتوي الصمام على عنصرين: فتحة خنق قابلة للتعديل تحدد التدفق المطلوب، وبكرة معوض تستجيب لتعليقات الضغط.

تعمل بكرة المعوض كمنظم ضغط ميكانيكي. إنه يستشعر ضغط المخرج ويضع نفسه للحفاظ على فرق ضغط ثابت عبر فتحة القياس. عندما يزداد ضغط الحمل، يتحرك بكرة المعوض لزيادة التقييد قبل فتحة القياس، مما يحافظ على ثبات ΔP. عندما ينخفض ​​ضغط الحمل، يتم فتح البكرة بشكل أكبر. نظرًا لأن ΔP يظل ثابتًا ومنطقة فتحة القياس ثابتة، فإن معدل التدفق Q يظل ثابتًا تقريبًا بغض النظر عن تغيرات الضغط في اتجاه مجرى النهر.

يمكن تكوين صمامات التحكم في التدفق المعوضة للضغط للتحكم في العداد (تنظيم التدفق الداخل إلى المشغل) أو التحكم في العداد (تنظيم التدفق الخارج من المشغل). يعد تكوين العداد مهمًا بشكل خاص للتحكم في الأحمال التي يمكن تجاوزها، مثل الأسطوانات الهابطة عموديًا. من خلال تقييد تدفق العودة، يمنع التحكم في العداد الحمل من السقوط الحر ويوفر هبوطًا ثابتًا ومتحكمًا فيه.

يعتمد الأداء الديناميكي لصمامات التحكم في التدفق المعوضة للضغط على مدى سرعة استجابة بكرة المعوض لتغيرات الضغط. في المعدات المتنقلة وآلات البناء حيث تتغير ظروف التحميل باستمرار، تخضع بكرة المعوض للتعديل المستمر. تؤدي هذه الحركة المتكررة إلى تآكل ميكانيكي على البكرة والربيع وأسطح الختم. بالنسبة للتطبيقات الديناميكية للغاية، يعد تحديد صمامات التحكم في التدفق ذات البكرات الصلبة، والطلاءات المقاومة للتآكل، والينابيع عالية الجودة أمرًا ضروريًا لمنع التدهور المبكر والحفاظ على دقة التحكم في السرعة طوال فترة خدمة الصمام.

تتضمن الأنظمة الهيدروليكية الحديثة بشكل متزايد أجهزة استشعار لمراقبة الحالة توفر بيانات التلوث في الوقت الفعلي. تقوم عدادات الجسيمات المضمنة بقياس مستوى النظافة بشكل مستمر، وتنبيه المشغلين عندما يتجاوز التلوث المستويات المستهدفة. تشير مستشعرات الضغط في مواقع المرشح إلى متى تحتاج العناصر إلى الاستبدال. تكتشف مستشعرات درجة الحرارة والتدفق فقدان الكفاءة الذي قد يشير إلى التآكل الداخلي. يعمل هذا الانتقال من الصيانة المستندة إلى الوقت إلى الصيانة المستندة إلى الحالة على تحسين وقت تشغيل النظام مع تقليل استبدال المكونات غير الضرورية.

معايير الاختيار ومعايير الصناعة

تعمل الصمامات الهيدروليكية التقليدية في حالات منفصلة: مفتوحة بالكامل، أو مغلقة بالكامل، أو يتم تبديلها بين أوضاع محددة. تتطلب التطبيقات المتقدمة تحديد المواقع بدقة، أو التحولات السلسة للسرعة، أو التحكم في القوة المتغيرة، والتي تتطلب تعديلًا مستمرًا للصمام. أدى هذا المطلب إلى تطوير الصمامات الكهروهيدروليكية التي تقبل إشارات الأوامر الكهربائية وتوفر استجابة متناسبة أو ذات جودة مؤازرة.

تمثل الصمامات التناسبية المستوى الأول من التحكم الكهروهيدروليكي المستمر. تستخدم هذه الصمامات إشارات كهربائية معدلة بعرض النبض (PWM) لتشغيل الملفات اللولبية المتناسبة التي تولد قوة متغيرة على بكرة الصمام. من خلال تعديل تيار الملف اللولبي، يمكن وضع بكرة الصمام في أي مكان داخل شوطها، وليس فقط عند الحواجز المنفصلة. يتيح ذلك زيادة سلسة في سرعة المشغل، وتحديد المواقع المتوسطة بدقة، وملفات تعريف التسارع القابلة للبرمجة.

يعتمد دقة التحكم في الصمامات التناسبية على جودة الملف اللولبي النسبي والمحرك الكهربائي. تحقق الصمامات التناسبية الحديثة دقة موضعية أفضل من 0.1% من الشوط الكامل، مع أوقات استجابة عادةً في نطاق 50-200 مللي ثانية. عادة ما يكون التباطؤ (الفرق في الموضع بين إشارات الأمر المتزايدة والمتناقصة) أقل من 3٪ من الشوط الكامل في الصمامات التناسبية ذات الجودة.

توفر الصمامات التناسبية نسبة تكلفة إلى أداء مناسبة للعديد من التطبيقات الصناعية والمتنقلة. إنها تتحمل تلوث السوائل بشكل أفضل من الصمامات المؤازرة، وعادةً ما تعمل بشكل موثوق وفقًا لرموز النظافة ISO حوالي 17/15/12. وهذا يجعلها مناسبة لمعدات البناء، والآلات الزراعية، والمكابس الصناعية حيث لا تتطلب الدقة المطلقة ولكن الحركة السلسة والمتحكم فيها تكون ذات قيمة. يستخدم الحفار الهيدروليكي صمامات متناسبة لتزويد المشغل بالتحكم الدقيق في حركات ذراع الرافعة والذراع والدلو، مما يسمح بعمليات دقيقة مع الحفاظ على الأداء القوي في البيئات الملوثة.

تمثل الصمامات المؤازرة أعلى مستوى من دقة التحكم الهيدروليكي. على عكس الصمامات التناسبية التي تقوم ببساطة بوضع البكرة بناءً على المدخلات الكهربائية، تشتمل الصمامات المؤازرة على حلقات تغذية راجعة داخلية تقارن بشكل مستمر موضع البكرة الفعلي بالموضع الموجه وإجراء التصحيحات. تحقق وحدة التحكم الداخلية ذات الحلقة المغلقة هذه، جنبًا إلى جنب مع التصميمات المتطورة باستخدام محركات عزم الدوران والمراحل التجريبية ذات الفوهة الزعنفة، أوقات استجابة أقل من 10 مللي ثانية ودقة تحديد موضع تتجاوز 0.01% من الشوط الكامل.

أداء الصمامات المؤازرة يأتي بمتطلبات صارمة. تكون الخلوصات الداخلية في الصمامات المؤازرة ضيقة للغاية - عادةً 1-3 ميكرون - مما يسمح بحد أدنى من التسرب الداخلي ولكن يخلق حساسية شديدة للتلوث. يمكن أن يتسبب جسيم تآكل واحد أكبر من مساحة التخزين المؤقت في التصاق الصمام أو فشله. تحدد تجربة الصناعة باستمرار أن تلوث السوائل هو المسؤول عن 70-90% من أعطال المكونات الهيدروليكية، حيث تكون صمامات المؤازرة هي المكونات الأكثر عرضة للخطر.

يمثل تحديد الصمامات المؤازرة التزامًا كاملاً بالنظام. يتطلب تحقيق نظافة ISO 16/13/10 والحفاظ عليها مرشحات عالية الكفاءة (عادةً β25 ≥ 200)، وأخذ عينات الزيت وتحليلها بشكل متكرر، وخزانات محكمة الغلق مزودة بأجهزة تنفس هواء تتضمن الترشيح، وإجراءات نظافة صارمة للتجميع، وتدريب شامل للمشغل. يمكن أن يكلف نظام الترشيح وحده أكثر من الصمام المؤازر. يجب على المنظمات التي تفكر في تكنولوجيا الصمامات المؤازرة أن تفهم أن سعر شراء الصمام هو مجرد البداية؛ تكمن التكلفة الحقيقية في الحفاظ على ظروف السوائل فائقة النظافة التي يعتمد عليها أداء صمام المؤازرة.

معايير الاختيار ومعايير الصناعة

يتطلب تحديد أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية المناسبة تقييمًا منهجيًا لظروف التشغيل ومتطلبات الأداء واعتبارات دورة الحياة. تتبع عملية الاختيار عادةً إطارًا منظمًا.

تحدد معلمات التشغيل الشروط الحدودية التي يجب أن يعمل فيها الصمام:

• الحد الأقصى لضغط النظام:يجب أن يتم تصنيف الصمامات أعلى من ضغط النظام الأقصى مع هامش أمان مناسب (عادةً 1.3x إلى 1.5x ضغط العمل)
• متطلبات معدل التدفق:يجب أن تتجاوز سعة تدفق الصمام الحد الأقصى لطلب الدائرة لتجنب انخفاض الضغط الزائد وتوليد الحرارة
• توافق السوائل:يجب أن تقاوم مواد الختم ومواد جسم الصمام التحلل الناتج عن السائل الهيدروليكي (زيت البترول، وجليكول الماء، والاسترات الاصطناعية، وما إلى ذلك)
• نطاق درجة حرارة التشغيل:يجب أن تعمل الأختام ومواد التشحيم عبر درجات الحرارة القصوى المتوقعة
• معدل الدورة:تحتاج الصمامات الخاضعة للدوران السريع إلى تصميمات تقاوم التعب والتآكل

تحدد المتطلبات الوظيفية فئة الصمام والميزات المحددة المطلوبة:

• للتحكم الاتجاهي:عدد المنافذ، عدد المواضع، حالة المركز، متطلبات التسرب صفر، التشغيل التجريبي
• للتحكم في الضغط:إعداد الإغاثة، وخصائص التجاوز، والقدرة على التنفيس عن بعد، والقدرة على تحمل الحمولة
• للتحكم في التدفق:تعويض الضغط، تعويض درجة الحرارة، العداد الداخلي مقابل العداد الخارجي، نطاق التعديل

تعتمد طريقة التشغيل على إشارات التحكم المتوفرة ومتطلبات التشغيل الآلي:

• التشغيل اليدوي للتعديلات النادرة أو أدوات التحكم في حالات الطوارئ
• طيار هيدروليكي للتحكم عن بعد باستخدام خطوط الإشارة الهيدروليكية
• طيار هوائي في المنشآت التي بها أنظمة هواء مضغوطة موجودة
• تشغيل الملف اللولبي للتحكم في التشغيل والإيقاف الكهربائي وتكامل PLC
• التحكم النسبي/المؤازر للتشكيل المستمر وتحديد موضع الحلقة المغلقة

يوفر التقييس من خلال ISO/CETOP فوائد عملية كبيرة. يحدد معيار ISO 4401 أبعاد واجهة التركيب لصمامات التحكم الاتجاهي الهيدروليكي. يمكن تبادل الصمامات من مختلف الشركات المصنعة التي تتوافق مع نفس نمط التركيب ISO (مثل ISO 03، والتي تسمى عادةً CETOP 03 أو NG6/D03) على نفس اللوحة الفرعية أو المشعب بدون تعديل. هذا التوحيد:

• تبسيط مخزون قطع الغيار (يمكن استبدال العديد من العلامات التجارية)
• يقلل من الوقت الهندسي (الواجهات القياسية تقضي على تصميمات التثبيت المخصصة)
• يسهل الترقيات (يمكن لصمامات التكنولوجيا الأحدث أن تحل محل التصميمات القديمة مباشرة)
• يجب أن تتجاوز سعة تدفق الصمام الحد الأقصى لطلب الدائرة لتجنب انخفاض الضغط الزائد وتوليد الحرارة

يصبح حجم التركيب ISO مرشحًا أوليًا في اختيار الصمام. بعد تحديد معدل التدفق المطلوب، يقوم المهندسون بتحديد حجم ISO مناسب، ثم تقييم نماذج صمامات معينة ضمن فئة الحجم تلك.

تلوث السوائل وسلامة النظام

يعتمد أداء جميع أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية وطول عمرها بشكل أساسي على نظافة السوائل. يمثل التلوث أكبر تهديد منفرد لموثوقية النظام الهيدروليكي، حيث تشير بيانات الصناعة إلى أن 70-90% من أعطال المكونات تعود إلى السوائل الملوثة.

تؤدي آليات التلوث إلى إتلاف الصمامات من خلال عدة مسارات:

• تدخل الجسيماتيحدث عندما تدخل الملوثات الصلبة الخلوص بين عناصر الصمام المتحركة والتجويف. في صمامات التخزين المؤقت، يمكن أن تصطدم الجزيئات بالأسطح المصنعة بدقة أو تتكدس بين التخزين المؤقت والمبيت، مما يسبب الالتصاق. في الصمامات القفازية، يمكن أن تمنع الجزيئات الجلوس بشكل صحيح، مما يؤدي إلى التسرب. تعتبر الصمامات المؤازرة ذات الخلوص 1-3 ميكرون معرضة للخطر بشكل خاص - حيث يمكن أن يتسبب جسيم واحد بحجم 5 ميكرون في فشل كامل.
• ارتداء جلخيحدث عندما تمر الجسيمات الصلبة عبر فتحات الصمامات وعبر أسطح الختم بسرعة عالية. يؤدي هذا إلى تآكل المواد تدريجيًا، مما يزيد من الخلوصات ويقلل من فعالية الختم. مع مرور الوقت، تتدهور دقة التحكم في التدفق، ويصبح التحكم في الضغط غير دقيق، ويزداد التسرب الداخلي.
• आंतरिक प्रवाह पथ जटिलता के कारण अधिक हो सकता हैيتسارع عندما تشمل الملوثات الماء أو الأحماض أو المواد الكيميائية غير المتوافقة. تهاجم هذه المواد اللدائن وتسبب التورم أو التصلب أو التحلل. حتى الكميات الصغيرة من الماء (أقل من 0.1% من حيث الحجم) يمكن أن تقلل من عمر الختم بنسبة 50% أو أكثر.
• التأثيرات الحراريةتفاقم المشكلة: تعمل الأنظمة الملوثة على زيادة سخونة بسبب زيادة الاحتكاك وانخفاض الكفاءة. تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع أكسدة الزيت، مما ينتج عنه المزيد من الملوثات، مما يخلق دورة فشل ذاتية التعزيز.

توفر رموز النظافة ISO 4406 الطريقة القياسية الصناعية لقياس تلوث السوائل. يستخدم الكود ثلاثة أرقام تمثل عدد الجسيمات عند ثلاثة عتبات للحجم: 4 ميكرون، و6 ميكرون، و14 ميكرون. يتوافق كل رقم مع مجموعة من الجزيئات لكل ملليلتر من السائل. على سبيل المثال، يشير رمز ISO 18/16/13 إلى:

• الكود 18 عند ≥4μm: 1300 إلى 2500 جسيم/مل
• الكود 16 عند ≥6μm: 320 إلى 640 جسيم/مل
• الكود 13 عند ≥14μm: 40 إلى 80 جسيمًا/مل

تشير أرقام كود ISO المنخفضة إلى سائل أنظف. يمثل كل انخفاض بمقدار رقم رمزي واحد تقريبًا انخفاضًا بنسبة 50% في عدد الجسيمات.

يجب أن تستهدف استراتيجية ترشيح النظام مستوى النظافة الذي يتطلبه المكون الأكثر حساسية. يجب أن تحافظ الدائرة التي تحتوي على صمام مؤازر على ISO 16/13/10 طوال الوقت، حتى لو كانت المكونات الأخرى تتحمل ظروفًا أكثر قذارة. يتطلب هذا عادةً ما يلي:

• مرشحات عالية الكفاءة بنسب بيتا β25 ≥ 200 (إزالة 99.5% من الجزيئات الأكبر من 25 ميكرون)
• نقاط ترشيح متعددة (مرشحات الشفط والضغط وخط الإرجاع)
• ترشيح حلقة الكلى دون اتصال بالإنترنت لتكييف السوائل بشكل مستمر
• خزان مغلق مع فتحات هواء مفلترة
• تحليل الزيت بانتظام مع عد الجسيمات
• إجراءات صارمة أثناء الصيانة وتركيب المكونات

يجب أن يقوم نظام الترشيح بمعالجة حجم النظام بأكمله عدة مرات في الساعة. ومن المواصفات الشائعة تصفية إجمالي حجم السائل على الأقل 3-5 مرات في الساعة أثناء التشغيل، مع ترشيح إضافي للحلقة الكلوية لتلميع الزيت بشكل مستمر.

وبعيدًا عن التلوث بالجسيمات، يتطلب تحلل السوائل بسبب الأكسدة والانهيار الحراري ودخول الماء تحليلًا دوريًا للسوائل واستبدالها. تشتمل السوائل الهيدروليكية الحديثة على مجموعات إضافية تعمل على إطالة عمر الخدمة، ولكن هذه الإضافات تستنزف بمرور الوقت. يوفر أخذ عينات السوائل على فترات منتظمة (عادةً كل 500-1000 ساعة تشغيل للأنظمة الحيوية) إنذارًا مبكرًا بالتدهور قبل حدوث تلف للمكونات.

إن الحجة الاقتصادية لصالح السيطرة الصارمة على التلوث مقنعة. في حين أن المرشحات عالية الجودة وبروتوكولات الصيانة الصارمة تزيد من تكاليف التشغيل، فإن هذه التكاليف لا تذكر مقارنة بتكاليف فشل المكونات المبكر، ووقت التوقف غير المجدول، وفقدان الإنتاج. تثبت دراسات الصناعة باستمرار أن كل دولار يتم إنفاقه على الترشيح المناسب يوفر من 5 إلى 10 دولارات من تكاليف الصيانة والاستبدال على مدار دورة حياة النظام.

تتضمن الأنظمة الهيدروليكية الحديثة بشكل متزايد أجهزة استشعار لمراقبة الحالة توفر بيانات التلوث في الوقت الفعلي. تقوم عدادات الجسيمات المضمنة بقياس مستوى النظافة بشكل مستمر، وتنبيه المشغلين عندما يتجاوز التلوث المستويات المستهدفة. تشير مستشعرات الضغط في مواقع المرشح إلى متى تحتاج العناصر إلى الاستبدال. تكتشف مستشعرات درجة الحرارة والتدفق فقدان الكفاءة الذي قد يشير إلى التآكل الداخلي. يعمل هذا الانتقال من الصيانة المستندة إلى الوقت إلى الصيانة المستندة إلى الحالة على تحسين وقت تشغيل النظام مع تقليل استبدال المكونات غير الضرورية.

إن فهم أنواع صمامات التحكم الهيدروليكية - تصنيفها، ومبادئ التشغيل، وخصائص الأداء، ومتطلبات الصيانة - يشكل الأساس لتصميم أنظمة هيدروليكية موثوقة وفعالة. يوفر التصنيف الوظيفي إلى التحكم في الاتجاه والضغط والتدفق إطارًا منطقيًا لاختيار المكونات المناسبة. ضمن كل فئة، تعالج تصميمات الصمامات المحددة تحديات هندسية معينة، بدءًا من تحقيق عدم التسرب إلى الحفاظ على سرعة ثابتة تحت أحمال مختلفة.

يجب أن توازن عملية الاختيار بين متطلبات الأداء وحساسية التلوث وقدرات الصيانة. توفر الصمامات المؤازرة عالية الدقة تحكمًا استثنائيًا ولكنها تتطلب نظافة من الدرجة الفضائية. توفر الصمامات التناسبية القوية أداءً جيدًا مع متطلبات صيانة أكثر تسامحًا. توفر صمامات الخانق البسيطة وظائف أساسية بأقل تكلفة ولكنها لا تستطيع الحفاظ على سرعة ثابتة تحت الحمل.

تعتمد سلامة النظام في النهاية على الحفاظ على نظافة السوائل المناسبة للمكونات الأكثر حساسية في الدائرة. إن التحكم في التلوث ليس أمراً اختيارياً، بل هو المطلب الأساسي الذي يحدد ما إذا كانت المكونات ستحقق عمرها التصميمي أو ستفشل قبل الأوان. مع استمرار تطور الأنظمة الهيدروليكية باستخدام التكامل الرقمي وأجهزة الاستشعار الذكية، ستظل المبادئ الأساسية للتحكم في التلوث واختيار الصمام المناسب والصيانة المنهجية أساسية لتحقيق تشغيل موثوق وفعال.