Дијаграми двосмерних хидрауличких вентила

Када погледате дијаграм хидрауличког кола, дијаграм двосмерног хидрауличног вентила се појављује као један од најједноставнијих симбола на страници. Две спојене кутије, неколико линија, можда симбол пролећа. Али овај основни елемент контролише неке од најкритичнијих функција у индустријским системима, од држања крана крана од 50 тона до заштите скупих пумпи од скокова притиска.

Двосмерни хидраулични вентил, који се назива и 2/2 вентил, има два прикључка и два положаја. Запис би у почетку могао изгледати апстрактно, али следи логички образац. Први број вам говори колико портова има вентил (где течност улази и излази), а други број вам говори колико различитих позиција вентил може да заузме. У случају дијаграма двосмерног хидрауличног вентила, имамо посла са најосновнијом бинарном логиком у снази флуида: проток или без протока.

Замислите своју кухињску славину. Када окренете ручицу, користите основни двосмерни вентил. Вода или тече или не тече. Индустријски 2/2 вентили раде на истом принципу, осим што могу да контролишу 3.530 литара у минути хидрауличног уља при притиску од 630 бара уместо воде из славине на 4 бара.

Читање симбола дијаграма стандардног двосмерног хидрауличног вентила

Хидраулична индустрија користи ИСО 1219-1 као међународни стандард за симболе кола. Ово је важно јер инжењер у Немачкој треба да разуме дијаграм нацртан у Јапану без забуне. Стандард утврђује да симболи представљају функцију, а не физички изглед. Не гледате слику стварног вентила. Гледате функционалну мапу шта вентил ради протоку течности.

У дијаграму 2-смерног хидрауличног вентила, свака радна позиција добија своју квадратну кутију. Пошто имамо две позиције, увек ћете видети две кутије једну поред друге. Кутија која је најближа симболу опруге или другом механизму за враћање показује положај мировања, што је стање у којем се вентил налази када га нико не активира. Други оквир показује шта се дешава када га активирате, било да је то притиском на дугме, укључивању соленоида или примени пилотског притиска.

Унутар ових кутија, једноставне линије и симболи говоре све о путевима тока. Права линија или стрелица значи да течност може проћи кроз ту позицију. Симбол "Т", који изгледа као линија окомита на путању протока, значи да је порт блокиран. Ако видите дијаграм двосмерног хидрауличног вентила са "Т" у кутији за положај мировања, гледате у нормално затворен вентил. Супротна конфигурација, са "Т" у активираном положају, означава нормално отворен вентил.

Метод активације се појављује изван оквира. Симбол соленоидне завојнице означава електричну контролу. Опруга показује механички повратак. Испрекидана линија која показује на вентил указује на контролу притиска пилота, где посебан хидраулички сигнал покреће вентил уместо директне механичке или електричне силе.

Ознаке лука такође прате сопствене стандарде. Обично ћете видети "П" за улаз притиска (прикључак пумпе) и "А" за радни прикључак (прикључак актуатора). Понекад ћете видети "Т" за повратак резервоара. Ови кодови слова остају конзистентни међу произвођачима, иако би старији европски дијаграми уместо њих могли користити бројеве. ИСО 9461 стандардизује ове идентификације портова како би се смањила забуна током инсталације и одржавања.

Структурни типови: Поппет вс Споол Дизајн у 2-смерним вентилима

Када пређете преко дијаграма двосмерног хидрауличног вентила на папиру до стварне физичке компоненте, наилазите на два фундаментално различита унутрашња механизма. Избор између клапног вентила (који се такође назива вентил са седиштем) и конструкције калема одређује да ли ваш вентил може да држи статичко оптерећење сатима без померања или да се носи са брзим циклусом на високој фреквенцији.

Поппет вентили користе елемент у облику конуса или диска који притиска одговарајуће седиште. Када је затворен, метал се сусреће са металом са опругом иза себе. Ово ствара оно што индустрија назива цурење скоро нуле. Хидраулична течност не може да се провуче поред прописно затвореног клапног вентила чак ни под притиском од 400 бара. Ово чини двосмерне вентиле у облику куке јединим избором за сигурносно критичне апликације као што су кола за држање терета на радним платформама или покретним дизалицама.

Стандард за цурење ФЦИ 70-2 квантификује ове перформансе. Класа ИВ дозвољава цурење еквивалентно 0,01% номиналног капацитета, што добро функционише за општу индустријску употребу. Али када вам је потребна апсолутна сигурност, наводите класу В или класу ВИ. Класа ВИ, која се понекад назива и класификација меког седишта, дозвољава само милилитре у минути цурења чак и при пуном диференцијалном притиску. Само клапни вентили поуздано постижу ове оцене јер механизам за заптивање не зависи од малих механичких зазора који се неизбежно троше.

Спој вентили имају другачији приступ. Прецизно обрађено цилиндрично језгро клизи унутар једнако прецизног отвора. Пада на проток калема, док жљебови то дозвољавају. Размак између калема и отвора мора бити довољно велик да омогући глатко кретање, али довољно мали да се цурење сведе на минимум. Овај инхерентни компромис значи да завојни вентили увек до одређеног степена пропуштају унутра.

Али дизајн калема нуди своје предности. Времена одговора имају тенденцију да буду доследнија и предвидљивија. Трошкови производње су нижи за једноставне он-офф апликације. У системима у којима неко цурење није важно, као што је привремена изолација кола током одржавања, двосмерни вентил типа калема ради савршено добро по нижој цени.

Разлике у перформансама се јасно показују у стварним апликацијама. Инсталирајте завојни вентил на вертикални цилиндар који држи окачен терет и мерићете померање наниже током сати јер унутрашње цурење омогућава да уље прође. Уградите клапни вентил класе ВИ, и тај цилиндар остаје закључан у положају данима. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила може изгледати идентично за оба, али инжењерска стварност се потпуно разликује.

Динамички одговор се такође разликује. Получасти вентили се брзо отварају и затварају јер је дужина хода кратка. Ви само подижете конус са његовог седишта, а не клизите калем преко више портова. Ово чини двосмерне вентиле типа капе идеалним за апликације које захтевају тренутно покретање протока, као што су кола за искључење у нужди или заштита од кавитације.

Примене у критичним круговима помоћу дијаграма двосмерних хидрауличких вентила

Права вредност разумевања дијаграма двосмерних хидрауличних вентила постаје јасна када видите где ове компоненте решавају стварне инжењерске проблеме. Неке примене апсолутно захтевају специфичне карактеристике које обезбеђују 2/2 вентили.

Кругови за држање оптерећења и противтеже

Замислите грану багера која држи пуну кашику три метра у ваздуху. Хидраулични цилиндар који подржава то оптерећење не сме да се помери наниже ни један милиметар, чак ни током сати, чак и ако хидраулично црево развије мало цурење. Ово захтева неповратне вентиле којима управља пилот, који су специјализовани двосмерни елементи приказани на дијаграмима кола са додатном испрекиданом линијом која означава контролни порт за пилот.

Повратни вентил са пилотом (ПОЦВ) омогућава слободан проток у једном правцу, пунећи цилиндар док се грана диже. Али у обрнутом смеру, проток је апсолутно блокиран све док пилотски притисак не дође кроз контролну линију. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила показује ово као стандардни симбол неповратног вентила плус пилот линија. Када руковалац нареди да се стрела спусти, пилот притисак механички подиже заптивни елемент, омогућавајући контролисано испуштање уља.

Карактеристика нултог цурења конструкције попета чини да ПОЦВ раде. Чак и мала брзина цурења би проузроковала да грана полако тоне. Али ПОЦВ имају ограничење. Они нису мерни уређаји. Они су или потпуно затворени или потпуно отворени. Када спуштате тешко оптерећење уз помоћ гравитације, једноставан ПОЦВ може изазвати трзаве покрете док вентил лови између отвореног и затвореног стања.

Овде долазе противтежни вентили. Противтежни вентил је софистициранији двосмерни елемент који комбинује неповратни вентил за слободан проток у једном смеру са вентилом за контролу притиска за повратни пут. Дијаграм двосмерног хидрауличког вентила за противтежни вентил приказује три функционалне компоненте: неповратни вентил, растерећени елемент и пилот клип који смањује притисак отварања вентила за растерећење.

Када руковалац започне спуштање, пилот притисак из вентила за контролу смера делује на пилот клип. Овај пилот сигнал се комбинује са притиском изазваним оптерећењем да би се модулирао растерећени вентил, мерећи повратни ток. Резултат је глатко, контролисано спуштање чак и са великим оптерећењем. Монтирањем противтежног вентила директно на актуатор, а не на главни контролни вентил, локализујете одговорност за контролу протока тамо где је то најважније.

Кругови за пуњење и пражњење акумулатора

У системима који користе пумпе фиксне запремине са хидрауличним акумулаторима, потребан вам је посебан двосмерни вентил за пражњење да бисте ефикасно управљали протоком пумпе. Када акумулатор достигне пуно пуњење, наставак пумпања против тог притиска троши енергију и ствара топлоту. Вентил за пражњење то решава преусмеравањем протока пумпе у резервоар при притиску скоро нуле када се акумулатор напуни.

Типичан вентил за пуњење акумулатора је двостепени елемент кертриџа са пилот степеном и главним степеном калема. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила показује да повезује проток пумпе (П) са акумулатором или резервоаром (А и Б). Када системски притисак падне испод задате вредности „отвореног“ услед употребе актуатора, вентил блокира повратак резервоара, терајући проток пумпе назад у пуњење акумулатора. Када притисак порасте до "затворене" задате вредности, вентил се помера да би се пумпа испразнила.

Ово захтева карактеристике меког померања и правилно пригушење у дизајну. Нагли прелази између утовара и истовара стварају скокове притиска који оштећују пумпе и арматуре за напрезање. Добро дизајнирани вентили за пражњење укључују унутрашње коморе за пригушивање које успоравају кретање пребацивања, ширећи прелаз притиска на неколико милисекунди уместо тренутног шкљоцаја.

Контрола протока за регулацију брзине

Двосмерни хидраулички вентили за контролу протока се појављују на дијаграмима кола са симболом ограничења гаса, приказаним као две угаоне линије или криве које формирају сужени пролаз. Подесиви гас додаје дијагоналну стрелицу кроз симбол ограничења, што указује на променљиву површину отвора. Ови вентили контролишу брзину актуатора ограничавањем протока уместо да га потпуно блокирају.

Однос између протока и брзине прати основе хидраулике. За дати проврт цилиндра, брзина је једнака протоку подељеном површином клипа. Ограничавањем протока кроз подесиви отвор, директно контролишете колико брзо се цилиндар продужава или увлачи. Гас ствара пад притиска, а проток кроз то ограничење зависи од квадратног корена разлике притиска преко њега.

Напредни двосмерни вентили за контролу протока укључују компензацију притиска. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила приказује ово као додатни елемент контролисаног притиска, обично представљен стрелицом која показује клип компензатора. Овај компензатор аутоматски подешава отвор лептира за гас како би одржао константан проток без обзира на варијације притиска оптерећења. Без компензације, цилиндар би успорио како се оптерећење повећава јер већи притисак оптерећења смањује диференцијал преко лептира за гас. Уз компензацију, вентил одржава стабилну брзину цилиндра чак и када се оптерећење драматично промени.

Технологија кертриџ вентила и контрола велике густине

Када треба да промените веома велике брзине протока у компактним просторима, дијаграм двосмерног хидрауличног вентила може да прикаже елемент у облику кертриџа уместо конвенционалног вентила монтираног на тело. Картриџ вентили, који се називају и логички елементи уклизавања, представљају софистицирани приступ хидрауличној контроли који максимизира густину снаге.

Кертриџ вентил је у суштини хидраулички логички модул уметнут у отвор разводника и контролисан посебном поклопцем. Симбол дијаграма двосмерног хидрауличког вентила изгледа слично стандардним вентилима, али се физичка имплементација потпуно разликује. Уместо самосталне јединице са навојним прикључцима, имате цилиндрични кертриџ који пада у прецизно обрађену шупљину. Сва водоводна инсталација је унутрашња за блок разводника.

Ова архитектура омогућава екстремни капацитет протока. Индустријски двосмерни вентили са картриџом раде до 3.530 литара у минути уз одржавање веома ниског пада притиска, често испод 1 бара чак и при максималном протоку. Велики проток са малим падом притиска директно се претвара у енергетску ефикасност. Мањи губитак притиска значи мање производње топлоте и ниже оперативне трошкове.

Принцип управљања користи појачање пилота. Мали пилот вентил, који може променити само неколико литара у минути, контролише уље под високим притиском које помера главни отвор кертриџа. Ово раздваја контролну снагу од снаге главног тока. Можете пребацити стотине киловата хидрауличке снаге користећи мали соленоид који троши можда 20 вати електрично.

Дизајн кертриџа такође укључује дијагностичке карактеристике. Контролни поклопци обично укључују прикључке за откривање цурења и прозоре за преглед. Када унутрашње заптивке почну да покваре, уље које је процурило појављује се на овим дијагностичким портовима пре него што се перформансе система приметно погоршају. Ово рано упозорење спречава неочекиване застоје.

Једно од кључних питања су захтеви за снабдевање пилота. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила треба да покаже извор пилотског притиска. Неки кертриџ вентили могу радити као нормално отворени или нормално затворени у зависности од конфигурације пилота. Дизајн поклопца одређује логику, а сам кертриџ остаје исти. Ова модуларност смањује захтеве за залихама јер један број дела кертриџа служи за више функција.

Активирање соленоида: директно у односу на пилот

Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила приказује методе активирања са симболима изван оквира положаја. Вентили са електромагнетним управљањем појављују се са симболом завојнице, али та једноставна графика крије важан избор дизајна који утиче на перформансе система.

Електромагнетни вентили директног дејства користе електромагнетну силу да директно померају елемент вентила. Када напајате калем, магнетно поље повлачи арматуру која физички гура калем или калем. Ови вентили реагују веома брзо, често у року од милисекунди, јер не постоји средњи корак. Али доступна електромагнетна сила ограничава величину вентила. Већим вентилима су потребни већи соленоиди, који троше више електричне енергије и производе више топлоте.

Пилотски управљани електромагнетни вентили имају двостепени приступ. Соленоид покреће мали пилот вентил, који затим усмерава хидраулички притисак да помери главни елемент вентила. Ово утиче на повећање хидрауличке силе. Мали соленоид мале снаге контролише пилот који пребацује уље под високим притиском које покреће велики главни калем или калем. Резултат је да двосмерни вентили са пилот управљањем могу да поднесу много веће брзине протока од дизајна са директним дејством.

Компромис је време одзива. Вентили којима управљају пилоти реагују спорије јер пилот степен мора прво да се помери, затим да притисне контролну комору, а затим да сачека да се главни елемент помери. Ово додатно кашњење може бити само 20 до 50 милисекунди, али у брзој аутоматизацији или прецизној контроли кретања, те милисекунде су важне.

У пракси, електромагнетни вентили директног дејства раде добро до око 80 литара у минути при стандардним индустријским притисцима. Осим тога, обично вам је потребна пилот операција. Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила не наводи увек који тип, тако да морате да проверите спецификације произвођача када је време одговора критично.

Још једно разматрање је потрошња енергије током држања. Соленоидима директног дејства је потребна стална струја да би вентил држао отворен против силе опруге и притиска течности. Пилотски вентили користе притисак да држе главни елемент, тако да соленоид само треба да држи мали пилот вентил померен. Ово смањује електрично оптерећење и стварање топлоте у соленоидној завојници.

Критеријуми за избор и техничке спецификације

Када дизајнирате коло и одлучујете који двосмерни хидраулични вентил да наведете, дијаграм вам говори о логичкој функцији, али не и о захтевима за перформансе. Неколико кључних параметара одређује да ли ће вентил радити поуздано у вашој апликацији.

Максимални радни притисак дефинише границу конструкције. Вентил за 350 бара ће катастрофално покварити ако значајно премашите тај притисак. Али оцена притиска сама по себи не говори целу причу. Неки вентили одржавају свој називни проток само до одређеног притиска, а затим смањују како притисак расте услед деформације унутрашњег зазора или компресије заптивке.

Капацитет протока захтева пажљиво усклађивање са потребама система. Вентили мале величине стварају превелики пад притиска, који троши енергију и ствара топлоту. Превелики вентили коштају више и могу узроковати нестабилност управљања. Коефицијент вентила (Цв) квантификује колико протока пролази за дати пад притиска. Израчунате потребан Цв на основу вашег протока и прихватљивог губитка притиска, а затим изаберите вентил који испуњава тај захтев са извесном сигурносном маргином.

Класификација цурења је најважнија у апликацијама које држе оптерећење. Ако ваш дијаграм двосмерног хидрауличног вентила показује вентил који мора да спречи померање оптерећења, наведите класу В или класу ВИ. За једноставну изолацију током одржавања довољна је класа ИВ. Разлика у трошковима између класа цурења може бити значајна, тако да не претерујте непотребно.

Време одговора постаје критично у аутоматизованим производним линијама или мобилној опреми где време циклуса одређује продуктивност. Ако грана багера треба да престане да се креће у року од 100 милисекунди када руковалац отпусти џојстик, ваш избор вентила треба да подржи тај тајминг. Узмите у обзир и време укључивања вентила и време потребно да се притисак створи или сруши у кругу.

О компатибилности са течностима се не може преговарати. Стандардне нитрилне (НБР) заптивке добро раде са хидрауличним уљем на бази нафте, али бубре и не раде у одређеним синтетичким течностима. Ако користите биоразградиву хидрауличну течност на бази естра или водени гликол отпоран на ватру, експлицитно проверите компатибилност заптивки. Погрешан материјал заптивке доводи до раног квара чак и ако су све остале спецификације тачне.

Радна температура утиче и на век трајања заптивке и на вискозитет течности. Вискозитет хидрауличког уља се драматично мења са температуром. На -20°Ц, ваше ИСО ВГ 46 уље може бити густо као мед. На 80°Ц тече као вода. Ова промена вискозитета утиче на пад притиска кроз вентиле и може утицати на време одзива. Неки двосмерни вентили за контролу протока користе отворе са оштрим ивицама посебно зато што је проток кроз оштру ивицу мање зависан од вискозности од протока кроз дугачак пролаз малог пречника.

Решавање уобичајених проблема са круговима двосмерног вентила

Чак и када је дијаграм двосмерног хидрауличног вентила исправно нацртан и када сте изабрали одговарајуће компоненте, проблеми се могу појавити током рада. Разумевање уобичајених начина квара помаже у брзој дијагностици и спречава да мањи проблеми постану скупи кварови.

Контаминација и деградација одговора

Контаминација течности је водећи узрок проблема са радом вентила. Када хидраулично уље постане контаминирано честицама или се вискозитет смањи услед термичког квара, појављује се неколико симптома. Спор одговор је често први знак. Честице прљавштине се задржавају у малим зазорима између покретних делова, стварајући трење које успорава покретање вентила. Вентилу који треба да се помери за 15 милисекунди може бити потребно 50 милисекунди када је контаминиран.

Ово наизглед мало кашњење каскаде кроз систем. У аутоматизованој производњи, додатне милисекунде сваког циклуса доприносе губитку производње. У мобилној опреми, реакција оператера је спора, што смањује прецизност позиционирања. Још горе, одложено затварање вентила узрокује скокове притиска јер покретни актуатори изненада наилазе на отпор, стварајући ударне таласе који замарају спојеве и црева.

Стандард чистоће ИСО 4406 квантификује контаминацију честицама. Типичан индустријски хидраулички систем може циљати 19/17/14, који одређује максимални број честица при величинама од 4, 6 и 14 микрона. Али серво вентили и пропорционални вентили високих перформанси требају много чистију течност, можда 16/14/11. Када уље пређе ове границе, перформансе вентила се мерљиво погоршавају.

Редовна анализа уља и замена филтера одржавају време одзива вентила. Висококвалитетни системи за филтрирање се брзо исплате спречавањем проблема везаних за контаминацију. Неки напредни системи укључују онлајн бројаче честица који упозоравају оператере када контаминација достигне ниво упозорења, омогућавајући превентивно деловање пре него што се перформансе вентила погоршају.

Клепетање вентила и динамичка нестабилност

Клепетање вентила описује брзо, поновљено отварање и затварање око радне тачке. Чујете га као зујање или звук ударања и може уништити компоненте вентила брзим механичким циклусом. Брбљање обично указује на нетачну димензионисање вентила или недовољну разлику притиска система, а не на квар компоненте.

Када коефицијент протока вентила не одговара стварном захтеву система за проток, вентил ради у нестабилном региону своје криве протока. Мале флуктуације притиска изазивају велике промене положаја, стварајући осцилације. Вентил лови између отвореног и затвореног стања, никада се не зауставља у стабилном положају.

Диференција притиска такође утиче на то. Ако су узводни и низводни притисак сувише близу, вентил нема довољну силу да задржи стабилан положај. Индустријска пракса препоручује одржавање разлике од најмање 1 пси (0,07 бара) преко вентила за контролу протока како би се осигурао стабилан рад. Када разлика падне испод овога, брбљање постаје вероватно.

Решење укључује правилно димензионисање вентила на основу захтева за минималним падом притиска, а не само на максималном капацитету протока. Вентил величине за апсолутни максимални проток може бити превелик за нормалан рад, остављајући недовољан диференцијал за одржавање стабилности. Боље је одредити величину вентила за типичне радне услове са адекватном маргином притиска, а затим прихватити нешто већи пад притиска при максималном протоку.

Унутрашње цурење и померање оптерећења

У круговима који користе двосмерне вентиле за држање оптерећења, свако унутрашње цурење се манифестује као споро, континуирано померање. Висеће оптерећење се постепено смањује. Хоризонтални актуатор се полако увлачи. Овај помак може бити једва приметан током неколико минута, али постаје очигледан током сати или пуне смене.

Прво проверите да ли је проблем заправо у двосмерном вентилу или негде другде у кругу. Повежите манометар на излаз вентила и пазите на пад притиска. Ако притисак стално пада са закључаним актуатором, нешто цури. Ако притисак остане стабилан, али актуатор и даље помера, долази до цурења низводно, вероватно преко заптивки клипа актуатора.

Када сам двосмерни вентил цури, утврдите да ли премашује спецификацију свог дизајна или је деградирао од хабања. Вентил класе ИВ који цури на 0,01% номиналног протока ради у складу са спецификацијама, иако то можда није довољно чврсто за вашу примену. У овом случају, потребна вам је строжа класификација попут класе ВИ, а не поправка вентила.

Ако претходно затегнути вентил почне да цури, проверите три уобичајена узрока. Контаминација може оштетити заптивне површине. Термички циклуси су можда деградирали материјал заптивке. Скокови притиска изнад номиналног су можда оштетили седиште за куку. Понекад је вентилу потребно само чишћење и свеже заптивке. У другим случајевима, апликација је премашила границе дизајна вентила и потребна вам је робуснија компонента.

Разумевање разлике између ограничења дизајна и квара компоненти је важно јер се решења потпуно разликују. Тражење строже класе цурења у фази пројектовања кошта мало више, али трајно решава проблем. Узастопна замена истрошених вентила који никада нису били погодни за примену губи време и новац, а никада истински не решава проблем.

Дијаграм двосмерног хидрауличног вентила на вашој шеми може изгледати једноставно, али ови елементи омогућавају неке од најкритичнијих функција у системима за напајање флуидом. Исправан дијаграм, одабир одговарајућих компоненти и њихово правилно одржавање осигуравају да ваши хидраулични кругови испоручују поуздане перформансе током година рада.