Hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramok

Amikor megnyit egy hidraulikus áramkör vázlatát, és meglátja azokat az ívelt vonalakat, amelyeken nyilak mutatnak, akkor az áramlásszabályozó szelepeket nézi. Ezek a szimbólumok egyszerűnek tűnhetnek, de pontosan megmondják, hogyan szabályozza a gép sebességét, kezeli az energiát és védi a drága alkatrészeket. A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramja nem csak rajz. Ez egy olyan nyelv, amely megmutatja, hogy egy fúrógép zörög-e az áttörés során, hogy egy kotrókar sodródik-e terhelés alatt, vagy egy rendszer energiát pazarol az olajtartály felmelegítésére.

A szelepek diagramszimbólumai követik az ISO 1219-1 szabványt, amelyet az ipari mérnökök világszerte használnak a hidraulikus rendszerek dokumentálására. A diagramok olvasásának megtanulása azt jelenti, hogy megértjük, mit jelentenek az egyes vonalak, nyilak és geometriai alakzatok a szeleptestben elhelyezkedő fizikai hardverekben.

ISO 1219-1 szimbólumösszetevők dekódolása

Az alapvető fojtószelep a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjain két ívelt vonalként jelenik meg egymással szemben, keskeny járatot hozva létre a folyadék számára. Ezek az ellentétes ívek az áramlás korlátozását jelentik. Ha egy átlós nyíl áthalad ezen a szimbólumon, az azt jelenti, hogy a szelep állítható. Valaki elfordíthatja a gombot vagy beállíthat egy csavart, hogy módosítsa a szelep nyitásának mértékét. Ha nincs nyíl, akkor egy rögzített nyílást néz, amelyet a telepítés után nem lehet beállítani.

Ezeken a diagramokon az irány kritikus jelentőségű. A visszacsapó szelep szimbóluma úgy néz ki, mint egy V-alakú ülésben ülő labda. Amikor a folyadék a labdával szemben folyik, az szorosan lezár. Amikor a folyadék a másik irányba áramlik, lenyomja a labdát az ülésről, és szabadon áramlik. Sok áramlásszabályozó alkalmazásnak csak egyirányú sebességszabályozásra van szüksége. Például egy megmunkáló asztalnak lassú előtolásra van szüksége a vágásba, de gyorsan vissza kell térnie. Itt jön be az egyirányú fojtószelep.

A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján az egyirányú fojtószelep a fojtószelep szimbólumot egy párhuzamos visszacsapó szelep szimbólummal kombinálja. A két alkatrész egymás mellett helyezkedik el, gyakran egy szaggatott dobozba zárva, ami azt mutatja, hogy egyetlen fizikai szeleptestbe vannak beépítve. Az egyik irányban áramló olaj lefojtódik, és lelassítja a működtetőt. Az ellenkező irányba áramló olaj kinyitja a visszacsapó szelepet, és teljesen megkerüli a fojtószelepet, lehetővé téve a gyors visszatérő mozgást minimális nyomáseséssel.

A nyomáskompenzált áramlásszabályozó szelepek egy további szimbólumelemet adnak hozzá: egy kis függőleges nyíl a bemeneti vezetéken, amely felfelé mutat. Ez a nyíl azt jelzi, hogy a szelep tartalmaz egy automatikus nyomásszabályozót, amely sorba van építve a kézi fojtószeleppel. A nyomáskompenzátor állandó nyomásesést tart fenn a fojtószelep nyílásán, függetlenül a terhelés változásától. E funkció nélkül, amikor egy henger nagyobb terhelésnek nyomódik, a megnövekedett ellennyomás csökkenti a fojtószelep nyomáskülönbségét, ami automatikusan lelassítja a mozgást annak ellenére, hogy a fojtószelep beállítása nem változott. A kompenzációs mechanizmus kijavítja ezt a problémát azáltal, hogy érzékeli a felfelé és lefelé irányuló nyomásokat, és automatikusan beállít egy belső szelepelemet, hogy a nyomásesést pontosan 0,5-1,0 MPa értéken tartsa.

A hőmérséklet-kompenzációs szimbólumok ritkábban jelennek meg, de a precíziós alkalmazásoknál fontosak. A fojtószelep szimbólum melletti kis kör vagy hőmérő ikon azt jelzi, hogy a szelep éles szélű nyílást használ, nem pedig hosszú, keskeny járatot. Az éles élek turbulens áramlást hoznak létre, ahol a kisülési együttható viszonylag stabil marad a viszkozitás változása ellenére. Mivel a hidraulikaolaj működés közben felmelegszik, viszkozitása exponenciálisan csökken. Lamináris áramlási körülmények között működő hosszú, vékony járatokban ez a viszkozitásváltozás jelentősen befolyásolja az áramlási sebességet a Hagen-Poiseuille törvény szerint. Az éles szélű nyílás minimalizálja ezt a hőmérséklet-érzékenységet, amelyet a mérnökök hőmérséklet-kompenzációnak neveznek.

Az áramlásszabályozó szelepek fő kategóriái

A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramok három alapvető szelepcsaládot mutatnak be, amelyek mindegyike eltérő szimbólumjellemzőkkel és működési elvekkel rendelkezik.

Az egyszerű fojtószelep

Az egyszerű fojtószelep a legalapvetőbb kialakítást képviseli. A diagram szimbóluma csak az állítható korlátozást mutatja, további alkatrészek nélkül. Fizikailag ez a szelep tipikusan tű alakú orsót használ, nagyon kis kúpos szöggel, amely egy éles szélű ülékhez ül. A beállító fogantyú elforgatása a tűt axiálisan mozgatja egy finom szál mentén, pontos változásokat hozva létre a gyűrű alakú áramlási területen. Ezek a szelepek olcsóbbak és minimális helyet foglalnak el, de áramlási sebességük változik, amikor a rendszer nyomása vagy az olaj hőmérséklete változik. Elfogadhatóan működnek olyan alkalmazásokban, ahol a terhelés állandó marad, mint például a csiszolókorong meghajtása vagy a szállítószalag, de nem képesek stabil sebességet fenntartani változó terhelési feltételek mellett.

Nyomáskompenzált szelepek

A nyomáskompenzált szelepek, más néven áramlásszabályozó szelepek kompenzációval vagy egyszerűen csak áramlásszabályozók, a diagramokon a jellemző nyomásérzékelő nyíl szimbólummal jelennek meg. A szeleptest belsejében két soros korlátozás található: a manuálisan állítható fojtószelep és egy automatikus nyomásszabályozó. A szabályozó egy rugós orsóból áll, amely érzékeli a nyomást a kézi fojtószelep előtt és után is. Amikor növekszik a terhelés és az utánfutó nyomás emelkedik, a fojtószelepen lévő nyomáskülönbség csökkenni próbál. A kiegyenlítő orsó azonnal további nyitással reagál, csökkentve a saját korlátozását, ami arra kényszeríti a felfelé irányuló nyomást, hogy éppen annyira emelkedjen, hogy helyreállítsa az eredeti nyomásesést a kézi fojtószelepen. Ez folyamatosan és automatikusan történik a rendszer működése közben.

A kiegyenlítő orsón lévő erőkiegyenlítés ezt az önbeállító viselkedést hozza létre. A rugóerő az orsót a zárt helyzet felé tolja. A lefelé irányuló nyomás (terhelési nyomás) szintén a zárt felé tolja. A felfelé irányuló nyomás a nyitás felé löki. Egyensúlyi állapotban a felfelé irányuló nyomás megegyezik a lefelé irányuló nyomással, plusz a rugóerő osztva az orsó hatásos területével. A szeleptervezés során gondos rugóválasztással a gyártók a kompenzált nyomásesést egy meghatározott értékre állítják be, jellemzően 0,5 MPa kis szelepeknél, 1,0 MPa nagy ipari szelepeknél. Mivel ez a nyomásesés a terheléstől függetlenül állandó marad, és mivel a fojtószelep területét manuálisan állítják be és rögzítik, az áramlási sebesség terheléstől függetlenné válik. A kotrókeret ugyanolyan sebességgel nyúlik ki, ha a vödör üres, vagy két tonna szennyeződést szállít.

Elsőbbségi szelepek

Az elsőbbségi szelepek a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjain négyszögletes dobozként jelennek meg, amely egy rugós feszítésű orsót tartalmaz három porttal, amelyek P (szivattyú), CF (állandó áramlás vagy prioritás) és EF (túláram vagy bypass) felirattal rendelkeznek. Ezek a szelepek biztosítják, hogy a kritikus funkciók először megkapják a szükséges áramlást, mielőtt a kevésbé kritikus köröket táplálják. A klasszikus alkalmazás a kerekes rakodók és mezőgazdasági traktorok kormányrendszerei. A kormányáramkör csatlakozik a CF-hez, míg a munkafunkciók, például a kanáldöntés, az EF-hez. A kormányegység nyomásjelző vezetéke visszacsatol az elsőbbségi szelep orsójának egyik végére, és nekinyomja a rugót. Amikor a kezelő gyorsan elforgatja a kormánykereket, ez a jelnyomás megemelkedik, és az orsót eltolja, hogy a maximális áramlást a CF-hez irányítsa, miközben lefojtja az EF-t. Ha a kormányzási igény csökken, az orsó rugóerő hatására visszatér, lehetővé téve az áramlást a munkafunkciókhoz. Ez megakadályozza azt a veszélyes helyzetet, amikor a kezelő nem tud kormányozni, mert a szivattyú teljes áramát egy hidraulikus kalapács vagy más tartozék fogyasztja.

Áramláselválasztó szelepek

Az áramláselosztó szelepek, amelyek a diagramokon két kimenettel és egymáshoz kapcsolódó fojtószelep-szimbólumokkal ellátott dobozban láthatók, egyenlő (vagy arányosan megosztott) áramlást kényszerítenek két vagy több működtetőre, függetlenül azok egyedi terhelési különbségeitől. Az egyenlőtlen terhelést nyomó két henger szinkronizálása általában meghiúsul, mert a kisebb ellenállású henger halad előre. Az elválasztó két pontosan egymáshoz illesztett fojtóelemet tartalmaz, amelyeket nyomás-visszacsatoló pályák kötnek össze. Ha az egyik oldal nagyobb terhelést lát, a megnövekedett nyomása egy belső járaton keresztül kommunikál a másik oldal fojtószelepével, amely azután automatikusan tovább korlátoz, hogy kiegyenlítse az áramlásmegosztást. A fogaskerekes osztók két, közös tengelyre mereven kapcsolt hidraulikus motort használnak, amelyek mechanikusan egyenlő elmozdulást kényszerítenek ki.

Áramkör-konfigurációs stratégiák

Az áramlásszabályozó szelep elhelyezése a hidraulikus körben alapvetően megváltoztatja a rendszer viselkedését, hatékonyságát és biztonsági jellemzőit. A három klasszikus elrendezés a meter-in, meter-out és bleed-off áramkörök. A diagramábrázolások megértése segít a mérnököknek a sebességproblémák diagnosztizálásában és a megfelelő megoldások kiválasztásában.

Meter-In fojtószelep konfiguráció

A mérő-bemeneti körökben a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramja a szivattyú és a szelepmozgató bemenete között elhelyezett áramlásszabályozó elemet mutatja. Ez az elhelyezés korlátozza az olaj bejutását a hengerbe, és szabályozza a hosszabbítási sebességet a rendelkezésre álló folyadék korlátozásával. A szivattyú továbbra is teljes lökettérfogatát szállítja, de a fojtószelepen áthaladó többletáramlás a nyomáscsökkentő szelepen keresztül visszamegy a tartályba.

A nyomásjellemzők az erők elemzésekor válnak egyértelművé. A henger bemeneti nyomása egyenlő a terhelési erővel, osztva a dugattyú területével ($$P_1 = F/A$$). A szivattyú oldali nyomása a biztonsági szelep beállításánál lesz rögzítve, jellemzően 15-35 MPa, az alkalmazástól függően. Ez nagy, állandó nyomásesést hoz létre a szelepen, ami a nyomás és az áramlás ($$P \\x Q$$) hőt termel. A rendszer felforrósodik, és a szivattyú még könnyű munkavégzés esetén is keményen dolgozik a tehermentesítő nyomás ellen.

A méteres fojtás zökkenőmentesen működik olyan ellenállásos terheléseknél, ahol a külső erő ellentétes a henger mozgásával. A munkadarabba betápláló marógép asztal vagy az öntettel szemben előrehaladó köszörűkorong egyaránt ellenálló terhelést jelent. A mozgás kontrollált és kiszámítható marad. A bemérő azonban veszélyes állapotot hoz létre túlfutó terhelésekkel, amelyeket negatív terhelésnek vagy futó terhelésnek is neveznek. Vegyünk egy függőleges hengert, amely nagy súlyt enged le. A gravitáció gyorsabban húzza lefelé a dugattyúrudat, mint ahogy a fojtott bemeneti áramlás meg tudja tölteni a hosszabbító oldalt. Ez vákuumot hoz létre a hengerkamrában, ami kavitációs károsodást, szabálytalan mozgást és potenciális terhelési ütközést okoz. Emiatt a mérnökök soha nem használnak méteres fojtószelepet a gém-leengedéshez, a targonca süllyesztéséhez vagy bármely olyan alkalmazáshoz, ahol a terhelés elősegíti a henger mozgását. Az ezekhez az alkalmazásokhoz tartozó hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjain ehelyett a mérő- vagy kiegyensúlyozott kör konfigurációkat kell mutatniuk.

Mérő-kilépési fojtószelep konfiguráció

A mérőkivezetés az áramlásszabályozó szelepet az aktuátor kipufogónyílására helyezi. Az ábra a henger és a tartály közötti szelepet mutatja, amely korlátozza az olaj kifolyását. A bemeneti oldal meglehetősen közvetlenül kapcsolódik a szivattyúhoz, lehetővé téve a kinyúló kamra szabad feltöltését. A henger csak olyan gyorsan mozog, ahogyan a fojtószelep lehetővé teszi az olaj kijutását a visszahúzó kamrából.

Ez az elrendezés ellennyomást hoz létre a kipufogóoldalon, ami merevséget és irányítást biztosít még túlfutó terhelés esetén is. Amikor a gravitáció lefelé húzza a felfüggesztett terhet, a fojtott kipufogónyílás megakadályozza a kifutást a nyomás visszatartásával. A henger hidraulikusan hatékonyan fékezi magát. Ezáltal a meter-out standard választás a függőleges fúróorsókhoz, a daru gém süllyesztéséhez és minden olyan alkalmazáshoz, ahol a negatív terhelés szabályozása szükséges.

A Meter-out kiváló a mozgás simaságában és a tehertartásban. A magas ellennyomás kiküszöböli a rendszer lazaságát, és megakadályozza a csúszásgátló rezgéseket, amelyek alacsony sebességnél rángatózó mozgást okoznak. A finom felületkezelést igénylő megmunkálási műveletek és a sima rakományfelhelyezést igénylő darukezelők egyaránt előnyösek a mérőtávolság vezérléséből. A kompromisszum az alacsonyabb hatásfok és nagyobb hőtermelés a légtelenítő rendszerekhez képest.

Korkea herkkyys; vaatii ISO 4406 18/16/13 tai puhtaamman

A légtelenítő áramkörök az áramlásszabályozó szelepet a működtetővel párhuzamos elágazási vonalban mutatják, ami egy rövidzárlatot hoz létre közvetlenül a tartályhoz. A diagram a szivattyú áramlásának megosztását ábrázolja egy pólónál, ahol az egyik út a szelepen keresztül vezet a tartályhoz, a másik pedig a hengert táplálja. Ez a kivonás szabályozása – a szelep eltereli a nem kívánt áramlást, nem pedig korlátozza a működtető táplálását.

A szivattyú áramlása a hengeráramra és a légtelenítési áramlásra oszlik ($$Q_{pump} = Q_{cylinder} + Q_{leedoff}$$). A légtelenítő szelep kinyitása több áramlást enged le a tartályba, lelassítva a hengert. Bezárása több áramlást irányít az aktuátorhoz, felgyorsítva a mozgást. A döntő különbség a be- és kimérőhöz képest az, hogy a szivattyúnak soha nem kell teljes tehermentesítő nyomást kifejteni, hacsak a terhelés nem igényli. Ha a henger csak 5 MPa terhelési nyomás ellen nyomódik, a szivattyú csak 5 MPa-t épít (plusz egy kis tartalék a vezetékes veszteségekre). A felesleges áramlás ezen az alacsony üzemi nyomáson folyik le, nem pedig 20 vagy 30 MPa tehermentesítő beállításnál. Az energiapazarlás $$P_{load} \\x Q_{excess}$$, ami lényegesen kevesebb, mint $$(P_{relief} \\x Q_{excess})$$ a meter-in/out rendszerekben.

Ez a hatékonysági előny vonzóvá teszi a légtelenítést olyan energiatudatos alkalmazások számára, mint a mezőgazdasági berendezések, anyagmozgató szállítószalagok és mobil berendezések, ahol az üzemanyag-fogyasztás számít. A rendszer hűvösebben működik, és kevesebb energiát pazarol hőként. A légtelenítés azonban rossz fordulatszám-stabilitást biztosít, mivel a szivattyú áramlása a nyomás hatására változik (a térfogati hatásfok csökken a nyomás növekedésével), és a légtelenítő szelep áramlása is változik a rajta átívelő nyomásváltozással. Ha a terhelés ingadozik, a sebesség ingadozik. Ez korlátozza a légtelenítést azokra az alkalmazásokra, ahol az abszolút sebesség pontossága nem kritikus, mint például a keverőgépek vagy a szakaszos inga szállítószalagok. A bemérőhöz hasonlóan a légtelenítés sem tudja biztonságosan kezelni a túllépő terhelést, mert nem hoz létre ellennyomást a terhelés okozta mozgásoknak. A működtető szerkezet gravitáció vagy tehetetlenség hatására felgyorsul, függetlenül a légtelenítő szelep beállításától.

Speciális diagramszolgáltatások összetett rendszerekhez

A valós hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramok gyakran több szeleptípust kombinálnak, és érzékelőelemeket adnak hozzá a kifinomult szabályozási követelmények kezelésére.

Az arányos áramlásszabályozó szelepek a diagramokon egy további dobozszimbólummal jelennek meg, amely az arányos mágnesszelepet jelöli. Ez az elektromos működtető a kézi beállító gombot helyettesíti. A mágnestekercsen átfolyó áram az áramerősséggel arányos mágneses erőt hoz létre, és a szeleporsót a megfelelő helyzetbe tolja. A 200 mA-es jel 20 százalékos szelepnyitást eredményezhet, míg az 1000 mA teljes áramlást. A modern proporcionális szelepek közé tartoznak a lineáris változó differenciáltranszformátorok (LVDT érzékelők), amelyek mérik az orsó tényleges helyzetét, és visszacsatolják az erősítőt a zárt hurkú szabályozáshoz. Ez lehetővé teszi a számítógép által vezérelt gyorsulási rámpák, lassítási profilok és többpontos sebességprogramok kézi szelepekkel történő végrehajtását.

A fröccsöntőgépek hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjai olyan arányos szelepeket mutatnak be, amelyek összetett sebességgörbék segítségével szabályozzák a fröccscsavar mozgását. A csavar lassan indul, hogy elkerülje a szaggatást, majd felgyorsul az üregek gyors kitöltéséhez, majd ismét lelassul a telítődéshez, hogy megakadályozza a túlpakolást és a villogást. A vezérlőprogram nyolc különböző sebesség-alapjellel rendelkezhet a befecskendezési löket során, köztük egyenletes átmenetekkel. A diagram helyzetérzékelőket tartalmaz (a hengerre kis dobozokként rajzolva), amelyek megmondják a vezérlőnek, hogy hol van a csavar, lehetővé téve a pontos sebesség-szinkronizálást a pozícióval.

A terhelésérzékelős elsőbbségi szelepek az alapvető prioritási szelepek fejlődését képviselik. A diagram egy további jelvonalat mutat (általában vékony szaggatott vonalként rajzolva), amely a kormánypálya szelepétől vissza az elsőbbségi szelephez fut. Ez a vezeték a kormányzási igényekkel arányos nyomásjelet hordoz. Amikor a kezelő lassan, terhelés nélkül forgatja a kereket, a jelnyomás alacsony, talán 2-3 MPa. Az elsőbbségi szelep kompenzátora csak részben nyitja meg a CF-portot, éppen elegendő áramlást küldve ehhez a finom kormányzáshoz, miközben a legtöbb áramlást az EF-hez engedi a munkatartozékok számára. Amikor a kezelő teljes sebességgel megforgatja a kereket, vagy nagy ellenállásba ütközik a kormányhengerekben, a jelnyomás 15 MPa-ra vagy nagyobbra ugrik. Ez a nyomás a rugójával szemben hat az elsőbbségi szelep orsójára, és a szelepet teljesen kinyitja a CF-re, és majdnem bezárja az EF-re, biztosítva, hogy a szivattyú összes rendelkezésre álló áramlása a kormányzásba kerüljön. Az eredmény egy olyan kormányzás, amely mindig érzékeny a szivattyú kapacitásának pazarlása nélkül, ha csekély a kormányzási igény. Ez a dinamikus terhelésérzékelő rendszer javítja az üzemanyag-fogyasztást a régebbi, állandó áramlású elsőbbségi rendszerekhez képest.

A szinkronizált hengerek áramláselosztó áramkörei a belső visszacsatolási útvonalakat mutatják a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján keresztezett szaggatott vonalakként, amelyek összekötik a két fojtóelemet. Az egyik ág nagyobb terhelési nyomást mutathat, aminek következtében a fojtószelep eleme kissé kinyílik. A nyomáskiegyenlítő járaton keresztül ez a nyomásjel eléri a másik ág vezérlődugattyúját, és ezzel arányosan korlátozza annak fojtószelepét. A két oldal folyamatosan beállítja a tervezett áramlási arányt, általában 50-50 egyenlő hengereknél vagy 60-40 vagy egyéb arányok egyenlőtlen terheléseknél. A diagram világosan megkülönbözteti a motor típusú elválasztókat (két fogaskerék-szimbólum látható egy közös tengelyen) és az orsó típusú elválasztókat (az egymáshoz kapcsolódó fojtószelepelemekkel együtt). A motoros elválasztók rendkívül pontos elosztást biztosítanak, de többe kerülnek és több helyet foglalnak el. Az orsó típusú elválasztók elegendőek olyan alkalmazásokhoz, mint a billenőkocsi csomagtérajtó szinkronizálása, ahol az 5 százalékos pontosság is megfelelő.

Ipari alkalmazási esettanulmányok

A teljes rendszerdiagramok áttekintése megmutatja, hogy a mérnökök hogyan kombinálják az áramlásszabályozó szelepeket a valódi működési kihívások megoldására.

A kotrógép lengőáramkörei a mérőtávolság-fojtás kifinomult használatát szemléltetik. A 30 tonnás kotrógép forgóhajtásának hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramja azt mutatja, hogy a hidraulikus motor leeresztő nyílásai a mérőórás fojtószelep-visszacsapó szelepeken keresztül táplálkoznak, mielőtt elérnék a tartályt. Amikor a kezelő elkezd forogni, ezek a szelepek korlátozzák a kiáramlást, ellennyomást építve, ami simán, ütés nélkül gyorsítja a 8 tonnás felső szerkezetet. Amint a lengés megközelíti a célhelyzetet, a kezelő visszateszi a joystickot semleges helyzetbe, és a fő vezérlőszelep elkezdi visszavezetni az áramlást a tartályba. De a forgó tömegnek óriási tehetetlensége van, és tovább akar pörögni. A motor most tehetetlenségi nyomatékkal hajtott szivattyúként működik, és az olajat visszafelé nyomja az áramkörön keresztül. A meter-out korlátozás megakadályozza ezt a szabad visszaáramlást, és így fékezési ellenállást hoz létre. E funkció nélkül a gép méterekkel túllőné a célt, majd oszcillálna, miközben a kezelő küzdött a lengő tömeg megállításáért. A diagram a motorportok közötti keresztkötésű biztonsági szelepeket is mutatja. Ezek a biztonsági szelepek a lassítási csúcsnyomást körülbelül 35 MPa-ra korlátozzák. Vészfékezéskor (a kezelő botkormánya üresbe csapódik), a tehetetlenségi tüske egyébként 50 MPa-t meghaladó nyomást kelt, ami károsítaná a motor tömítéseit és csapágyait.

A fröccsöntő gép diagramjai bemutatják az áramlásszabályozásról a nyomásszabályozásra való átmenetet a fröccsöntési ciklus során. A fő befecskendező henger több fázison keresztül működik, amelyek a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján láthatók. A formatöltés során egy nagy arányos áramlási szelep szabályozza a sebességet, miközben a csavar az olvadt műanyagot az üregbe nyomja. A diagram azt mutatja, hogy az áramlás a szelepen keresztül a henger sapkavégéig halad, miközben a rúdvég szabadon kifolyik a tartályba. A betöltés az alkatrész méretétől függően 1-3 másodpercet vehet igénybe. Amikor az öntőforma eléri a 95 százalékos telítettséget, egy nyomás-átalakító (amely kis gyémánt szimbólumként jelenik meg) a kupak végének vonalán érzékeli a nyomásnövekedést. A vezérlő üzemmódot vált. Az arányos áramlási szelep egy kis nyílásra csökken (ezt az áramerősség jele mutatja), miközben egy arányos nyomásszelep (más szimbólum, nyomórugó ikonnal ábrázolva) veszi át a hatalmat, és 5-20 másodpercig tartja a nyomást 10-15 MPa között, miközben a műanyag lehűl. Ez a nyomás megakadályozza, hogy a polimer zsugorodása során nyomok keletkezzenek. Az üzemmódváltás megköveteli, hogy mindkét szelep egyidejűleg, összehangolt módon működjön, amit a diagram a vezérlővonalakkal (elektromos, szaggatott vonallal ábrázolva) rögzít, amelyek mindkét szeleptől a központi vezérlődobozig futnak.

A gyors megközelítésű mozgást biztosító regeneratív áramkörök gyakran megjelennek a prés- és fröccsöntőgép diagramokon. Annak érdekében, hogy felgyorsítsák az 500 tonnás préselést, amely megközelíti a munkadarabot, mielőtt az alakító erőt kifejtené, a mérnökök a henger rúdvégét összekötik a sapkavég csatlakozójával egy pilóta által működtetett visszacsapó szelepen keresztül. Ez egy zárt hurkot hoz létre, ahol a rúdoldalt (A1 terület) elhagyó olaj közvetlenül a kupak oldalába (A₂ terület = A1 - A_rúd) áramlik ahelyett, hogy a tartályba menne. Mivel A2 kisebb, mint A1, a rúdoldali kisülés meghaladja a kupakoldali igényt. A szivattyú látja el a hiányt (A_rúd területáram), de a szivattyú áramlása által meghatározott sebességgel, osztva a rúd területével, ami általában 3-5-ször gyorsabb, mint a normál meghosszabbítási sebesség. Amikor a nyomószár érintkezik a munkadarabbal, a terhelési nyomás megemelkedik, ami az ábrán látható, pilóta által működtetett visszacsapó szelepre hat. A növekvő nyomás lezárja a regenerációs utat, és az áramkör teljes erővel normál meghosszabbításra vált. A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján jól láthatóan kell mutatnia ezt a regenerációs hurkot a megfelelő szelepirányban, mivel a visszacsapó szelep hátrafelé történő felszerelése az egész rendszert blokkolná.

Diagnosztikai hibaelhárítás diagramok segítségével

Ha egy hidraulikus rendszerben fordulatszám-szabályozási problémák lépnek fel, a kapcsolási rajz a nyomásviszonyok és a hibapontok feltárásával hibaelhárítási ütemtervet nyújt.

Az áramlás időbeli eltolódása általában a hőmérséklettel kapcsolatos hatásokat vagy a nyomáskompenzáció meghibásodását jelzi. Ha egy rendszer 20 percnyi működés után lelassul, az első diagnosztikai lépés annak ellenőrzése, hogy az áramlásszabályozó szelep rendelkezik-e hőmérséklet-kompenzációs funkcióval (éles szélű nyílás szimbólum a diagramon). A kompenzáció nélküli standard tűszelepek 15-25 százalékos áramlásnövekedést mutatnak, amikor a rendszer 30 °C-ról 60 °C-ra melegszik, mivel az olaj viszkozitása a hőmérséklettel exponenciálisan csökken. Lamináris áramlási körülmények között hosszú fojtójáratokban az áramlási sebesség fordítottan arányos a viszkozitással a Hagen-Poiseuille áramlási elvek szerint. Ha a diagram egy hőmérséklet-kompenzált szelepet mutat (ezt pont és vonal szimbólum vagy éles szélű jelölés jelzi), de az elsodródás továbbra is előfordul, a probléma valószínűleg a szennyeződésben rejlik. Az oxidált olajból származó lakklerakódások bevonják a kompenzátor orsót, súrlódást hozva létre, amely megakadályozza, hogy az orsó megfelelően kövesse a nyomásváltozásokat. A kompenzátor egy pozícióban "elakad", és egy drága nyomáskompenzált szelepet alap fojtószeleppé alakít, terhelésfüggő áramlással.

A gyanús szelep tényleges nyomásesésének ellenőrzése megerősíti ezt a diagnózist. Szereljen fel nyomásmérőket a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján látható bemeneti és kimeneti nyílásokra. Mérje meg a nyomáskülönbséget terhelés nélkül és teljes terhelés mellett. A funkcionális kompenzátor a terheléstől függetlenül állandó ΔP értéket (általában 0,5-1,0 MPa) tart. Ha a ΔP terhelés alatt jelentősen csökken, akkor a kompenzátor meghibásodott. A megoldás a szétszerelés és tisztítás, illetve a kopási határérték túllépése esetén csere. Az olaj ISO 4406 tisztasági kódjának 19/17/14-nek vagy jobbnak kell lennie a precíziós szelepeknél, ami azt jelenti, hogy 100 ml folyadékonként legfeljebb 2500 részecske lehet 4 mikronnál nagyobb.

Az egyirányú fojtószelepekkel kapcsolatos fordított irányú sebességproblémák közvetlenül a visszacsapó szelep hibás működésére utalnak. A diagram azt mutatja, hogy a szelepen keresztül visszafelé áramló olajnak könnyen fel kell nyitnia az ellenőrző golyót és megkerülnie a fojtószelepet. Ha a visszafelé mozgás lassú, akkor az ellenőrző golyó beragadt a szennyeződés miatt, vagy az ellenőrző rugó eltört, és a golyót egy köztes helyzetbe szorította, ami részben blokkolja az áramlást. A szeleptestet pásztázó infravörös hőmérsékletű pisztoly gyakran felfedi ezt a hibát – az elakadt visszacsapó szelep körüli terület rendkívül felforrósodik (esetleg 80-90°C) a nagy nyomásesés miatt, mivel az olaj a visszacsapó szelep nagy bypass-területe helyett az apró fojtórésen keresztül préselődik. A hőmérséklet-emelkedés egyenlő a nyomásesés szorzatának osztva az olaj fajlagos hőkapacitásával és tömegáramával, és érintésmentes műszerekkel könnyen mérhető.

A henger kúszása (lassú sodródás terhelés alatt), amikor az irányítószelep semleges helyzetben van, belső szivárgást jelez az áramlásszabályozó szelep orsóján vagy ülésén túl. Ez nem látszik közvetlenül a diagramon, de az áramkör megértése segít a diagnózisban. Ha a diagram a mérőórás fojtószelepet mutatja, akkor a hengert reteszeli az olaj, amikor az irányszelep zár. A magas nyomás a rúd oldalán nyomáskülönbséget hoz létre az áramlásszabályozó szelepen, még akkor is, ha mindkét portja az eltömődött kamrákhoz csatlakozik. A szeleporsó vagy -ülék bármilyen kopása lehetővé teszi a mikroszivárgást a magas nyomásról az alacsony nyomásra, és a henger lassan elsodródik. Az egyetlen megoldás a szorosabb tömítésű szelepek (az orsós típusok helyett a szivárgásmentes szelepek), egy külön pilóta által működtetett visszacsapó szelep (ellensúlyozó szelep) hozzáadása a terhelés pozitív reteszeléséhez, vagy a kis mértékű elsodródás elfogadása, ha az nem befolyásolja a működést.

A rendszer nyomásváltozásaival szinkronizált sebességváltozások jelzik a nyomáskompenzáció szükségességét, ha nincs ilyen. Ha a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramja egy alapvető fojtószelep szimbólumot mutat a kompenzációs nyíl nélkül, a szelep áramlási sebessége a nyomáskülönbség négyzetgyökét követi. A rendszer biztonsági szelep beállítását, a szivattyú áramlási görbéjét és a működtetőelem terhelési profilját bemutató kapcsolási rajz áttekintése előre jelezheti a fordulatszám változásának nagyságát. 10 MPa tehermentesítő nyomás és 5 MPa terhelési nyomás mellett a rendelkezésre álló ΔP egy méteres fojtószelepen 5 MPa. Ha erős vágás közben a terhelési nyomás 7 MPa-ra emelkedik, a rendelkezésre álló ΔP 3 MPa-ra csökken, és az áramlás $$\\sqrt{3/5} = 0,77$$-ra, vagyis az eredeti sebesség 77 százalékára csökken – ez egy nagyon észrevehető 23 százalékos lassulás. A mérnök ezt a diagram nyomászónáinak elemzésével látja, és javasolja a nyomáskompenzált áramlásszabályozó szelepre való frissítést (a kompenzációs nyíl szimbólummal).

Diagramok olvasása a rendszertervezési döntésekhez

A mérnökök a hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjait nem csak hibaelhárításra használják, hanem előrejelző eszközökként is használják a rendszertervezés során, hogy elkerüljék a problémákat, mielőtt azok előfordulnának.

Az áramköri topológia kiválasztásakor a diagram segít az energiaáramlási és veszteségi mechanizmusok megjelenítésében. A teljes áramkör megrajzolása az összes feltüntetett korlátozással megmutatja, hol fordulnak elő fojtó veszteségek. Egy méteres rendszerben az energiapazarlás egyenlő a szivattyú nyomásával, szorozva a nyomáscsökkentő szelepen áthaladó túlárammal. Egy 100 liter/perc teljesítményű szivattyúnál, amely 20 MPa tehermentesítő nyomáson működik, és csak 40 LPM jut a hajtóműhöz a fojtószelepen keresztül, a hőtermelés $20 \\text{ MPa} \\x 60 \\text{ LPM} = 20 \\text{ kW}$$ tiszta hőhulladék. Ehhez nagy olajhűtőre van szükség, és a folyadék hűtéssel is eléri a 65°C körüli hőmérsékletet. Ugyanaz az alkalmazás, amely a bleed-off topológiát használja, csak 8 MPa üzemi nyomáson futhat (amelyet a terhelés határozza meg), így a hulladék $8 \\text{ MPa} \\x 60 \\text{ LPM} = 8 \\text{ kW}$$, ami kevesebb, mint a fele a hőterhelésnek. A rendszer kisebb hűtőt is tud használni, az olaj hőmérséklete 45°C, a szivattyú élettartama évekkel meghosszabbodik, és ezzel arányosan csökken az áramfogyasztás.

A nyomásfokozási számítások közvetlenül a diagram geometriájából származnak. Ha egy henger furata 100 mm és rúd átmérője 50 mm, a sapkavég területe 7854 mm², míg a rúdvég területe csak 5890 mm² (gyűrű alakú terület = teljes terület mínusz rúdfelület). Az 1,33-as területarány azt jelenti, hogy a méteres fojtás legalább 33 százalékkal fokozza a nyomást. Ha a szivattyú 15 MPa-t ad a kupak végére, akkor a rúdvég nyomása külső terhelés nélkül legalább 20 MPa lesz önmagában a geometria miatt. Adjunk hozzá egy 3 MPa-val visszanyomó ellenállási terhelést, és a rúdvégi nyomás eléri a 23 MPa-t. A rúdvégi áramkör minden tömlőjének, szerelvényének és tömítésének 25 MPa-nál nagyobb névleges nyomásra van szüksége (biztonsági ráhagyással), különben meghibásodás lép fel. A mérnökök ezeket a számításokat közvetlenül a diagramon jelölik nyomásjelölésekkel, amelyek az egyes helyeken várható maximumokat mutatják.

A diagram az áramlási szelep méretezését is ismerteti. A Cv vagy Kv áramlási együtthatók a szelepkatalógusokban jelennek meg, jelezve az áramlási sebességet 1 bar nyomásesésnél. Ha a rendszer 60 LPM-et igényel egy nyomáskompenzált szelepen keresztül, amely 0,5 MPa (5 bar) ΔP értéket tart, és visszafelé működik, a szelepnek $$Cv = Q / \\sqrt{\\Delta P} = 60 / \\sqrt{5} = 27 $$ gallon/perc 1 bar nyomáson. Ez határozza meg, hogy a gyártó kínálatából melyik modell felel meg az alkalmazásnak. A túlméretezés pénzt pazarol, és lassú szabályozási reakciót hoz létre; az alulméretezés túlzott nyomásesést, felmelegedést és eróziót okoz.

A több áramlásszabályozó szelep egymásra hatásának megértése megelőzi a tervezési hibákat. Gyakori hiba, hogy két fojtószelepet sorba állítanak anélkül, hogy felismernénk, hogy feszültségosztó-ekvivalenst alkotnak. Ha az A szelepnek A1 nyitási területe és a B szelepnek A2 nyitási területe van, mindkettő soros, akkor a teljes áramlást a kisebb nyílás és a nyomásesések összege határozza meg. A mérnök nem tudja önállóan szabályozni a fordulatszámot mindkét szeleppel – az A beállító szelep megváltoztatja a nyomáseloszlást és befolyásolja a B szelep áramlását még akkor is, ha B beállítása nem változik. A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramján fel kell tüntetni ezeket a sorozatkorlátozásokat, és a tervezésnek ki kell küszöbölnie a redundáns korlátozásokat, vagy szándékosan kell használni őket a nyomásesési arány pontos szabályozására.

Következtetés

Az ISO 1219-1 szimbólumokat használó hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramok a mérnökök számára teljes megértést biztosítanak a rendszer fordulatszám-szabályozásáról, az energiahatékonyságról és a meghibásodási módokról a hardver építése előtt. Az ívelt korlátozó szimbólumok jelzik, hogy egy szelep alapfojtószelepként, nyomáskompenzált szabályozóként vagy prioritáselosztóként működik-e. A nyíljelzők az állíthatóságot és a kompenzációt mutatják. Az áramkör elhelyezése – mérő be, méter ki vagy légtelenítés – határozza meg a terhelhetőséget és a hatékonyságot. Ezen diagramok elolvasásához meg kell érteni az egyes szimbólumok mögött rejlő grafikus szabványokat és folyadékmechanikai elveket. Az átlós nyíl emberi beállítást jelent. A függőleges nyíl nyomáskompenzációt jelent. A párhuzamos visszacsapó szelep egyirányú vezérlést jelent szabad ellenirányú áramlással.

A mérnökök az áramkör topológiáját a terhelés irányának, a szükséges merevségnek, az elfogadható hatékonyságnak és a nyomásértékeknek az elemzésével választják ki. A meghibásodásokat úgy diagnosztizálják, hogy összehasonlítják a diagram előrejelzéseit a mért nyomásokkal és hőmérsékletekkel. A komponenseket áramlási egyenletek és az áramkör geometriájából származó nyomásszámítások segítségével méretezik. A diagram közös nyelvként szolgál a tervezők, a technikusok és a hibaelhárítók között, lehetővé téve, hogy valaki Chicagóban diagnosztizáljon egy Szingapúrban működő gépet a kapcsolási rajz áttekintésével és konkrét nyomásmérések kérésével a megjelölt vizsgálati pontokon.

A hidraulikus áramlásszabályozó szelep diagramjainak elsajátítása azt jelenti, hogy felismerjük, hogy minden vonal és szimbólum fizikai hardvert és mérhető energiatranszformációt jelent. A két görbe vonal közötti szorítás a molekulák ütközését jelképezi turbulens sugárban, a súrlódás miatti hőmérséklet-emelkedést és a precíz fordulatszám-szabályozást, amely lehetővé teszi a modern gépeket. Legyen szó akár a gravitáció hatására biztonságosan süllyedő kotrógémről, akár nyolcszegmenses sebességprofilozással ellátott fröccsöntő öntőforma-töltésről vagy egy egyszerű, állandó sebességgel adagoló csiszolóasztalról, a diagram pontosan megmutatja, hogy az áramlásszabályozás hogyan oldja meg a feladatot, és hol merülhetnek fel problémák.