Схеми на хидравличен клапан за регулиране на потока

Когато отворите схема на хидравлична верига и видите тези извити линии със стрелки, сочещи през тях, вие гледате клапани за контрол на потока. Тези символи може да изглеждат прости, но те ви казват точно как машината контролира скоростта, управлява енергията и защитава скъпите компоненти. Диаграмата на хидравличен клапан за регулиране на потока не е просто чертеж. Това е език, който разкрива дали сондажната машина ще трака по време на пробив, дали рамото на багера ще се отнесе под товар или дали системата ще изразходва енергия за нагряване на резервоара за масло.

Символите на диаграмите за тези клапани следват стандарта ISO 1219-1, който индустриалните инженери по целия свят използват за документиране на хидравлични системи. Да се ​​научите да четете тези диаграми означава да разберете какво представлява всяка линия, стрелка и геометрична форма във физическия хардуер, който се намира вътре в тялото на клапана.

Декодиране на компоненти на символи ISO 1219-1

Основният дроселен клапан се появява на диаграмите на хидравличния клапан за регулиране на потока като две извити линии, обърнати една към друга, създавайки тесен проход за течност. Тези противоположни дъги представляват ограничение на потока. Когато видите диагонална стрелка, минаваща през този символ, това означава, че вентилът е регулируем. Някой може да завърти копче или да регулира винт, за да промени колко се отваря вентилът. Ако няма стрелка, вие гледате фиксиран отвор, който не може да се регулира след инсталирането.

Посоката има решаващо значение в тези диаграми. Символът на възвратен клапан изглежда като топка, поставена във V-образна седалка. Когато течността тече срещу топката, тя се уплътнява плътно. Когато течността тече в другата посока, тя избутва топката от нейното легло и тече свободно. Много приложения за контрол на потока се нуждаят от контрол на скоростта само в една посока. Например, една обработваща маса се нуждае от бавно подаване в среза, но трябва да се върне бързо. Тук се намесва еднопосочната дроселна клапа.

На диаграма на хидравличен клапан за регулиране на потока еднопосочен дросел комбинира символа на дросела със символа на паралелен възвратен клапан. Двата компонента са разположени един до друг, често затворени в пунктирана кутия, показваща, че са вградени в едно физическо тяло на клапана. Маслото, течащо в една посока, се дроселира и забавя задвижващия механизъм. Маслото, протичащо в обратна посока, отваря възвратния клапан и напълно заобикаля дросела, което позволява бързо връщане с минимален спад на налягането.

Вентилите за разделяне на потока, показани на диаграмите като кутия с два изхода и свързани помежду си символи на дросела вътре, принуждават равен (или пропорционално разделен) поток към два или повече задвижващи механизма, независимо от техните индивидуални разлики в натоварването. Синхронизирането на два цилиндъра, натискащи неравномерни товари, обикновено се проваля, защото цилиндърът с по-ниско съпротивление работи напред. Разделителят съдържа два точно съвпадащи дроселиращи елемента със свързващи ги пътища за обратна връзка на налягането. Ако едната страна види по-голямо натоварване, нейното повишено налягане комуникира чрез вътрешен проход към дросела на другата страна, който след това автоматично ограничава повече, за да изравни разделянето на потока. Делителите от зъбни колела използват два хидравлични мотора, твърдо свързани на общ вал, механично принуждавайки еднакво изместване.

Символите за температурна компенсация се появяват по-рядко, но имат значение за прецизни приложения. Малък кръг или икона на термометър близо до символа на дроселната клапа показва, че вентилът използва дизайн с отвор с остри ръбове, а не дълъг, тесен канал. Острите ръбове създават турбулентен поток, при който коефициентът на изтичане остава относително стабилен въпреки промените във вискозитета. Тъй като хидравличното масло се нагрява по време на работа, неговият вискозитет пада експоненциално. При дълги, тънки канали, работещи при условия на ламинарен поток, тази промяна на вискозитета значително влияе на скоростта на потока съгласно закона на Хаген-Поазей. Отворът с остри ръбове минимизира тази температурна чувствителност, която инженерите наричат ​​температурна компенсация.

Основни категории вентили за контрол на потока

Диаграмите на хидравличните клапани за регулиране на потока показват три основни фамилии клапани, всяка с различни символни характеристики и принципи на работа.

Простата дроселна клапа

Простата дроселна клапа представлява най-основния дизайн. Неговият диаграмен символ показва само регулируемото ограничение без никакви допълнителни компоненти. Физически, този вентил обикновено използва макара с форма на игла с много малък ъгъл на конус, разположена срещу седло с остри ръбове. Завъртането на дръжката за регулиране премества иглата аксиално по протежение на фина нишка, създавайки прецизни промени в областта на пръстеновидния поток. Тези клапани струват по-малко и заемат минимално място, но дебитът им се променя винаги, когато налягането в системата варира или температурата на маслото варира. Те работят приемливо за приложения, при които натоварването остава постоянно, като задвижване на шлифовъчно колело или транспортна лента, но не могат да поддържат стабилна скорост при различни условия на натоварване.

Клапани с компенсация на налягането

Вентилите с компенсация на налягането, наричани още клапани за регулиране на потока с компенсация или просто регулатори на потока, се появяват на диаграмите с този характерен символ със стрелка за измерване на налягането. Вътре в тялото на клапана се намират две ограничения последователно: ръчно регулируемата дроселова клапа и автоматичен регулатор на налягането. Регулаторът се състои от пружинна макара, която усеща налягането преди и след ръчната газ. Когато натоварването се увеличи и налягането надолу по веригата се повиши, диференциалното налягане през дросела се опитва да намалее. Макарата на компенсатора незабавно реагира, като се отваря допълнително, намалявайки собственото си ограничение, което принуждава налягането нагоре по веригата да се повиши точно толкова, че да възстанови първоначалния спад на налягането през ръчния дросел. Това се случва непрекъснато и автоматично, докато системата работи.

Балансът на силата върху макарата на компенсатора създава това самонастройващо се поведение. Силата на пружината избутва макарата към затворено положение. Налягането надолу по веригата (налягане при натоварване) също го тласка към затваряне. Налягането нагоре по течението го тласка към отворено. При равновесие налягането нагоре по веригата е равно на налягането надолу по веригата плюс силата на пружината, разделена на ефективната площ на макарата. Чрез внимателен избор на пружина по време на проектирането на вентила, производителите задават компенсирания спад на налягането на определена стойност, обикновено 0,5 MPa за малки вентили до 1,0 MPa за големи индустриални вентили. Тъй като този спад на налягането остава постоянен независимо от натоварването и тъй като областта на дросела е ръчно настроена и фиксирана, дебитът става независим от натоварването. Една багерна стрела ще се изпъне със същата скорост, независимо дали кофата е празна или носи два тона пръст.

Приоритетни клапани

Приоритетните клапани се показват в диаграмите на хидравличния клапан за регулиране на потока като правоъгълна кутия, съдържаща наклонена към пружина макара с три порта, обозначени с P (помпа), CF (постоянен поток или приоритет) и EF (излишен поток или байпас). Тези клапани гарантират, че критичните функции първо получават необходимия им поток, преди да захранват по-малко критичните вериги. Класическото приложение са кормилни системи на челни товарачи и селскостопански трактори. Кормилната верига се свързва към CF, докато работните функции като накланяне на кофата се свързват към EF. Линия за сигнал за налягане от кормилното устройство се връща обратно към единия край на макарата на приоритетния клапан, натискайки пружината. Когато операторът завърти бързо волана, това сигнално налягане се повишава, избутвайки макарата, за да насочи максимален поток към CF, като същевременно задушава EF. Когато търсенето на кормилно управление спадне, макарата се връща под силата на пружината, позволявайки поток към работните функции. Това предотвратява опасната ситуация, при която операторът не може да управлява, защото целият поток на помпата се поглъща от хидравличен чук или друго приспособление.

Клапани за разделяне на потока

Дебитът на помпата се разделя на поток от цилиндъра плюс поток на изпускане ($$Q_{помпа} = Q_{цилиндър} + Q_{изпускане}$$). Отварянето на обезвъздушителния клапан източва повече поток към резервоара, забавяйки цилиндъра. Затварянето му насочва повече поток към задвижващия механизъм, ускорявайки движението. Решаващата разлика от meter-in и meter-out е, че помпата никога не трябва да развива пълно разтоварващо налягане, освен ако товарът не го изисква. Ако цилиндърът се натиска срещу само 5 MPa налягане на натоварване, помпата създава само 5 MPa (плюс малка граница за загуби в линията). Излишният поток изтича при това ниско работно налягане, а не при настройка за освобождаване от 20 или 30 MPa. Загубата на енергия се равнява на $$P_{load} \\times Q_{excess}$$, което е значително по-малко от $$(P_{relief} \\times Q_{excess})$$ в системите за вход/изход.

Стратегии за конфигуриране на верига

Когато поставите клапан за регулиране на потока в хидравлична верига, фундаментално се променя поведението на системата, ефективността и характеристиките за безопасност. Трите класически подредби са вериги на вход, измерване на изход и изпускане. Разбирането на техните диаграми помага на инженерите да диагностицират проблеми със скоростта и да изберат подходящи решения.

Конфигурация за регулиране на измервателния уред

Във веригите с измервателен уред диаграмата на хидравличния вентил за регулиране на потока показва елемента за контрол на потока, разположен между помпата и входа на задвижващия механизъм. Това разположение ограничава навлизането на масло в цилиндъра, като контролира скоростта на удължаване чрез ограничаване на наличната течност. Помпата продължава да доставя пълния си работен обем, но излишният поток над това, което минава през дросела, преминава през предпазния клапан обратно към резервоара.

Характеристиките на налягането стават ясни при анализ на силите. Входното налягане на цилиндъра е равно на силата на натоварване, разделена на площта на буталото ($$P_1 = F/A$$). Налягането от страната на помпата се ограничава при настройката на предпазния клапан, обикновено от 15 до 35 MPa в зависимост от приложението. Това създава голям, постоянен спад на налягането през клапана, което генерира топлина, равна на налягането, умножено по потока ($$P \\пъти Q$$). Системата работи горещо и помпата работи усилено срещу освобождаващото налягане, дори когато върши лека работа.

Дроселирането на метри работи плавно за резистивни натоварвания, при които външната сила се противопоставя на движението на цилиндъра. Масата на фрезата, която се подава в детайла, или шлифовъчното колело, което се придвижва срещу отливка, представляват съпротивителни натоварвания. Движението остава контролирано и предвидимо. Обаче измервателният уред създава опасно състояние с превишаващи натоварвания, наричани още отрицателни натоварвания или изтичащи натоварвания. Помислете за вертикален цилиндър, спускащ голяма тежест. Гравитацията дърпа буталния прът надолу по-бързо, отколкото дроселираният входящ поток може да запълни разширяващата се страна. Това създава вакуум в камерата на цилиндъра, причинявайки кавитационна повреда, хаотично движение и потенциален сблъсък при натоварване. Поради тази причина инженерите никога не използват дроселиране на метър за спускане на стрелата надолу, спускане на мотокар или друго приложение, при което товарът подпомага движението на цилиндъра. Диаграмите на хидравличния клапан за регулиране на потока за тези приложения трябва да показват вместо това конфигурации на измервателна или балансирана верига.

Конфигурация за регулиране на измерване

Meter-out поставя вентила за контрол на потока на изпускателния порт на задвижващия механизъм. Диаграмата показва клапана между цилиндъра и резервоара, ограничаващ изтичането на масло. Входната страна се свързва сравнително директно с помпата, позволявайки свободно пълнене на разширяващата се камера. Цилиндърът се движи толкова бързо, колкото дроселът позволява на маслото да излезе от прибиращата се камера.

Това разположение създава обратно налягане в изпускателната страна, което осигурява твърдост и контрол дори при претоварване. Когато гравитацията дърпа окачен товар надолу, дроселираният изпускателен отвор предотвратява бягството, като задържа обратното налягане. Цилиндърът се спира ефективно хидравлично. Това прави измерването стандартен избор за шпиндели за вертикално пробиване, спускане на стрелата на крана и всяко приложение, което се нуждае от контрол на отрицателни натоварвания.

Meter-out се отличава с гладкост на движението и задържане на натоварването. Високото противоналягане елиминира всяко разхлабване в системата и предотвратява трептенията, които причиняват рязко движение при ниски скорости. Операциите по обработка, изискващи фино покритие на повърхността, и операторите на кранове, които се нуждаят от плавно разполагане на товара, се възползват от контрола на измервателния уред. Компромисът е по-ниска ефективност и по-високо генериране на топлина в сравнение със системите за обезвъздушаване.

Дроселиране на изпускане (байпас).

Веригите за обезвъздушаване показват вентила за контрол на потока в разклонена линия, успоредна на задвижващия механизъм, създавайки пряк път директно към резервоара. Диаграмата изобразява разделяне на потока на помпата в тройник, като единият път преминава през клапана към резервоара, а другият захранва цилиндъра. Това е контрол на изваждането - вентилът отклонява нежелания поток, вместо да ограничава подаването на задвижващия механизъм.

Дебитът на помпата се разделя на поток от цилиндъра плюс поток на изпускане ($$Q_{помпа} = Q_{цилиндър} + Q_{изпускане}$$). Отварянето на обезвъздушителния клапан източва повече поток към резервоара, забавяйки цилиндъра. Затварянето му насочва повече поток към задвижващия механизъм, ускорявайки движението. Решаващата разлика от meter-in и meter-out е, че помпата никога не трябва да развива пълно разтоварващо налягане, освен ако товарът не го изисква. Ако цилиндърът се натиска срещу само 5 MPa налягане на натоварване, помпата създава само 5 MPa (плюс малка граница за загуби в линията). Излишният поток изтича при това ниско работно налягане, а не при настройка за освобождаване от 20 или 30 MPa. Загубата на енергия се равнява на $$P_{load} \\times Q_{excess}$$, което е значително по-малко от $$(P_{relief} \\times Q_{excess})$$ в системите за вход/изход.

Това предимство на ефективността прави изпускането привлекателно за енергосъобразни приложения като селскостопанско оборудване, транспортьори за обработка на материали и мобилно оборудване, където разходът на гориво има значение. Системата работи по-хладно и губи по-малко енергия като топлина. Обезвъздушаването обаче осигурява лоша стабилност на скоростта, тъй като потокът на помпата се променя с налягането (обемната ефективност пада с повишаване на налягането), а потокът на обезвъздушителния клапан също варира в зависимост от променящото се налягане в него. Когато товарът варира, скоростта варира. Това ограничава изпускането до приложения, при които абсолютната прецизност на скоростта не е от решаващо значение, като смесителни бъркалки или прекъснати совалкови конвейери. Подобно на meter-in, bleed-off не може безопасно да се справи с претоварване, защото не създава обратно налягане, за да устои на движението, предизвикано от натоварването. Задвижващият механизъм ще се ускори под действието на гравитацията или инерцията, независимо от настройката на обезвъздушителния клапан.

Разширени диаграмни функции за сложни системи

Схемите на хидравлични клапани за регулиране на потока в реалния свят често комбинират множество типове клапани и добавят сензорни елементи за справяне със сложни изисквания за управление.

Пропорционалните вентили за регулиране на потока се появяват на диаграмите с допълнителен символ на кутия, представляващ пропорционалния соленоид. Този електрически задвижващ механизъм замества копчето за ръчно регулиране. Токът, протичащ през соленоидната намотка, създава магнитна сила, пропорционална на силата на тока, избутвайки макарата на клапана в съответната позиция. Сигнал от 200 mA може да доведе до 20 процента отваряне на клапана, докато 1000 mA дава пълен поток. Съвременните пропорционални вентили включват линейни променливи диференциални трансформатори (LVDT сензори), които измерват действителната позиция на макарата и се връщат към усилвателя за управление в затворен контур. Това позволява компютърно контролирани рампи на ускорение, профили на забавяне и многоточкови програми за скорост, невъзможни с ръчни клапани.

κρίσιμος

[2]

Веригите на разделителя на потока за синхронизирани цилиндри показват вътрешни пътища за обратна връзка на диаграмата на хидравличния клапан за регулиране на потока като кръстосани пунктирани линии, свързващи двата дроселиращи елемента. Един клон може да покаже по-високо налягане при натоварване, което да доведе до леко отваряне на дроселния елемент. През прохода за изравняване на налягането този сигнал за налягане достига до управляващото бутало на другия клон, принуждавайки дросела му да ограничава пропорционално. Двете страни непрекъснато се регулират, за да поддържат проектираното съотношение на потока, обикновено 50-50 за еднакви цилиндри или 60-40 или други съотношения за неравномерни натоварвания. Диаграмата прави ясно разграничение между делители тип мотор (показани с два символа на зъбни колела на общ вал) и делители тип макара (показани със свързани помежду си дроселни елементи). Моторните делители осигуряват изключително точно разделяне, но струват повече и заемат повече място. Разделителите от тип макара са достатъчни за приложения като синхронизиране на задната врата на самосвал, където точността в рамките на 5 процента е достатъчна.

Казуси от промишлено приложение

Разглеждането на пълни диаграми на системата разкрива как инженерите комбинират клапани за контрол на потока, за да решат реални оперативни предизвикателства.

Веригите на въртене на багера илюстрират усъвършенствано използване на дроселиране на измервателния уред. Диаграмата на хидравличния клапан за регулиране на потока за въртящо се задвижване на 30-тонен багер показва дренажните отвори на хидравличния мотор, захранващи през измерени дроселни възвратни клапани, преди да достигнат до резервоара. Когато операторът започне да се върти, тези клапани ограничават изтичането, създавайки обратно налягане, което плавно ускорява 8-тонната горна конструкция без удар. Когато люлеенето наближи целевата позиция, операторът връща джойстика към неутрално положение и главният управляващ клапан започва да насочва потока обратно към резервоара. Но въртящата се маса има огромна инерция и иска да продължи да се върти. Двигателят сега действа като помпа, задвижвана от инерция, избутвайки маслото назад през веригата. Ограничението за измерване предотвратява този свободен обратен поток, създавайки спирачно съпротивление. Без тази функция машината ще надмине целта си с метри и след това ще осцилира, докато операторът се бори да спре люлеещата се маса. Диаграмата също показва напречно свързани предпазни клапани между портовете на двигателя. Тези предпазни клапани ограничават пиковото отрицателно налягане до около 35 MPa. Когато възникне аварийно спиране (джойстикът на оператора е натиснат в неутрално положение), в противен случай инерционният скок би създал налягане, надвишаващо 50 MPa, което би повредило уплътненията и лагерите на двигателя.

Диаграмите на машини за леене под налягане показват прехода от контрол на потока към контрол на налягането по време на цикъла на формоване. Главният инжекционен цилиндър работи през няколко фази, видими на диаграмата на хидравличния клапан за регулиране на потока. По време на пълнене на матрицата, голям клапан за пропорционален поток контролира скоростта, докато винтът набива разтопената пластмаса в кухината. Диаграмата показва потока, движещ се през клапана към края на капачката на цилиндъра, докато краят на пръта се оттича свободно към резервоара. Пълненето може да отнеме от 1 до 3 секунди в зависимост от размера на частта. Когато матрицата достигне 95 процента пълна, датчик за налягане (показан като малък символ на диамант) на линията в края на капачката открива нарастващо налягане. Контролерът превключва режимите. Клапанът за пропорционален поток намалява до малък отвор (показан от сигнал за намален ток), докато клапан за пропорционално налягане (различен символ, показан с икона на пружина за налягане) поема, поддържайки налягането на пакета при може би 10 до 15 MPa за 5 до 20 секунди, докато пластмасата се охлажда. Това налягане предотвратява следи от потъване, докато полимерът се свива. Преходът към режима изисква двата клапана да действат едновременно по координиран начин, което диаграмата улавя с контролни линии (електрически, показани като прекъснати линии), преминаващи от двата клапана към централна контролна кутия.

Регенеративни вериги за бързо приближаващо движение се появяват често в диаграмите на машини за пресоване и формоване. За да ускорят приближаването на 500-тонна преса към детайла, преди да приложат сила на формоване, инженерите свързват порта на края на пръта на цилиндъра с порта на края на капачката чрез пилотно управляван възвратен клапан. Това създава затворен цикъл, при който маслото, напускащо страната на пръта (област A₁), тече директно в страната на капачката (област A₂ = A₁ - A_пръчка), вместо да отиде в резервоара. Тъй като A₂ е по-малък от A1, разрядът от страната на пръта надвишава търсенето от страната на капачката. Помпата доставя дефицита (поток на площта на пръта A_), но със скоростта, определена от потока на помпата, разделен само на площта на пръта, което обикновено е 3 до 5 пъти по-бързо от нормалната скорост на удължаване. Когато бункерът влезе в контакт с детайла, налягането на натоварването се повишава, което действа върху пилотно управлявания възвратен клапан, показан на диаграмата. Нарастващото налягане затваря регенерационния път и веригата преминава към нормално разширение с пълна мощност. Диаграмата на клапана за регулиране на хидравличния поток трябва ясно да показва този регенерационен контур с правилна ориентация на клапана, тъй като инсталирането на възвратния клапан назад би блокирало цялата система.

Диагностично отстраняване на неизправности с помощта на диаграми

Когато хидравличната система развие проблеми с контрола на скоростта, електрическата схема предоставя пътна карта за отстраняване на неизправности, като разкрива връзките на налягането и точките на повреда.

Дрейфът на потока с течение на времето обикновено показва свързани с температурата ефекти или неизправност при компенсиране на налягането. Ако дадена система се забави след 20 минути работа, първата диагностична стъпка е да се потвърди дали вентилът за контрол на потока има функция за температурна компенсация (символ на отвора с остри ръбове на диаграмата). Стандартните иглени вентили без компенсация ще покажат увеличение на потока от 15 до 25 процента, когато системата се затопли от 30°C до 60°C, тъй като вискозитетът на маслото пада експоненциално с температурата. При условия на ламинарен поток в дълги дроселиращи пасажи скоростта на потока е обратно пропорционална на вискозитета според принципите на потока на Hagen-Poiseuille. Ако диаграмата показва вентил с температурна компенсация (обозначен със символа точка и линия или означение с остър ръб), но все още се появява дрейф, проблемът вероятно е в замърсяване. Лакови отлагания от окислено масло покриват макарата на компенсатора, създавайки триене, което пречи на макарата да проследява правилно промените в налягането. Компенсаторът се "забива" в едно положение, превръщайки скъп клапан с компенсация на налягането в основен дроселов клапан с дебит, зависим от натоварването.

Проверката на действителния спад на налягането през подозрителния клапан потвърждава тази диагноза. Монтирайте манометри на входните и изходните отвори, показани на диаграмата на хидравличния клапан за контрол на потока. Измерете диференциалното налягане при условия на празен ход и пълно натоварване. Функционалният компенсатор поддържа постоянно ΔP (обикновено 0,5 до 1,0 MPa) независимо от натоварването. Ако ΔP падне значително при натоварване, компенсаторът е повреден. Решението е разглобяване и почистване или подмяна, ако границите на износване са превишени. Кодът за чистота ISO 4406 за маслото трябва да бъде 19/17/14 или по-добър за прецизни клапани, което означава не повече от 2500 частици, по-големи от 4 микрона на 100 ml течност.

Пълзенето на цилиндъра (бавно отклонение под товар), когато насочващият клапан е в неутрално положение, показва вътрешно изтичане покрай макарата или седлото на клапана за регулиране на потока. Това не се показва директно на диаграмата, но разбирането на веригата помага при диагностицирането. Ако диаграмата показва дроселиране с измерване, цилиндърът е блокиран от уловено масло, когато насочващият клапан се затвори. Високото уловено налягане от страната на пръта създава разлика в налягането през вентила за контрол на потока, въпреки че и двата му порта се свързват с блокирани камери. Всяко износване на макарата или седалката на клапана позволява микротеч от високо налягане към ниско налягане и цилиндърът бавно се отклонява. Единствените решения са по-плътно уплътняващи клапани (дизайн с нулеви течове, а не тип макара), добавяне на отделен пилотно управляван възвратен клапан (уравновесен клапан) за положително блокиране на товара или приемане на малкото отклонение, ако не влияе на работата.

Пълзенето на цилиндъра (бавно отклонение под товар), когато насочващият клапан е в неутрално положение, показва вътрешно изтичане покрай макарата или седлото на клапана за регулиране на потока. Това не се показва директно на диаграмата, но разбирането на веригата помага при диагностицирането. Ако диаграмата показва дроселиране с измерване, цилиндърът е блокиран от уловено масло, когато насочващият клапан се затвори. Високото уловено налягане от страната на пръта създава разлика в налягането през вентила за контрол на потока, въпреки че и двата му порта се свързват с блокирани камери. Всяко износване на макарата или седалката на клапана позволява микротеч от високо налягане към ниско налягане и цилиндърът бавно се отклонява. Единствените решения са по-плътно уплътняващи клапани (дизайн с нулеви течове, а не тип макара), добавяне на отделен пилотно управляван възвратен клапан (уравновесен клапан) за положително блокиране на товара или приемане на малкото отклонение, ако не влияе на работата.

Дроселирането на метри работи плавно за резистивни натоварвания, при които външната сила се противопоставя на движението на цилиндъра. Масата на фрезата, която се подава в детайла, или шлифовъчното колело, което се придвижва срещу отливка, представляват съпротивителни натоварвания. Движението остава контролирано и предвидимо. Обаче измервателният уред създава опасно състояние с превишаващи натоварвания, наричани още отрицателни натоварвания или изтичащи натоварвания. Помислете за вертикален цилиндър, спускащ голяма тежест. Гравитацията дърпа буталния прът надолу по-бързо, отколкото дроселираният входящ поток може да запълни разширяващата се страна. Това създава вакуум в камерата на цилиндъра, причинявайки кавитационна повреда, хаотично движение и потенциален сблъсък при натоварване. Поради тази причина инженерите никога не използват дроселиране на метър за спускане на стрелата надолу, спускане на мотокар или друго приложение, при което товарът подпомага движението на цилиндъра. Диаграмите на хидравличния клапан за регулиране на потока за тези приложения трябва да показват вместо това конфигурации на измервателна или балансирана верига.

Четене на диаграми за решения за системен дизайн

Инженерите използват диаграми на хидравличен клапан за регулиране на потока не само за отстраняване на неизправности, но и като предсказуеми инструменти по време на проектирането на системата, за да избегнат проблемите, преди да възникнат.

Когато избирате топология на веригата, диаграмата помага да се визуализират механизмите за поток и загуба на енергия. Изчертаването на пълната верига с всички показани ограничения разкрива къде възникват загуби от дроселиране. В система с измервателен уред загубата на енергия е равна на налягането на помпата, умножено по излишния поток, преминаващ през предпазния клапан. За помпа от 100 литра/минута, работеща при 20 MPa освобождаващо налягане със само 40 LPM, отиващи към задвижващия механизъм през дросела, генерирането на топлина е $$20 \\text{ MPa} \\умножено по 60 \\text{ LPM} = 20 \\text{ kW}$$ чист термичен отпадък. Това изисква голям маслен охладител и течността достига температури около 65°C дори при охлаждане. Същото приложение, използващо топология за изпускане, може да работи само при работно налягане от 8 MPa (определено от натоварването), което прави отпадъците $$8 \\text{ MPa} \\times 60 \\text{ LPM} = 8 \\text{ kW}$$, което е по-малко от половината от термичното натоварване. Системата може да използва по-малък охладител, маслото остава при 45°C, животът на помпата се удължава с години и консумацията на електроенергия спада пропорционално.

Изчисленията за усилване на налягането идват директно от геометрията на диаграмата. Когато цилиндърът показва 100 mm отвор и диаметър на пръта 50 mm, площта на края на капака е 7854 mm², докато площта на края на пръта е само 5890 mm² (пръстеновидна площ = пълна площ минус площ на пръта). Коефициентът на площ от 1,33 означава, че дроселирането на измервателния уред ще засили налягането с най-малко 33 процента. Ако помпата подава 15 MPa към края на капачката, налягането в края на пръта без външно натоварване става най-малко 20 MPa само поради геометрията. Добавете резистивен товар, избутващ обратно с 3 MPa, и налягането в края на пръта достига 23 MPa. Всеки маркуч, фитинг и уплътнение на веригата на края на пръта се нуждае от номинално налягане над 25 MPa (с запас на безопасност), или ще възникнат повреди. Инженерите маркират тези изчисления директно върху диаграмата с анотации за налягане, показващи очакваните максимуми на всяко място.

Диаграмата също така ръководи оразмеряването на вентила за потока. Коефициентите на потока Cv или Kv се появяват в каталозите на вентилите, показвайки дебита при спад на налягането от 1 bar. Ако системата изисква 60 LPM през клапан с компенсация на налягането, който поддържа 0,5 MPa (5 бара) ΔP, след което работи обратно, вентилът се нуждае от $$Cv = Q / \\sqrt{\\Delta P} = 60 / \\sqrt{5} = 27$$ галона на минута при 1 бар. Това определя кой модел от гамата на производителя отговаря на приложението. Предразмеряването губи пари и създава бавна реакция на контрола; по-малкият размер причинява прекомерен спад на налягането, нагряване и ерозия.

Разбирането как взаимодействат множество клапани за регулиране на потока предотвратява грешки при проектирането. Често срещана грешка е поставянето на два дросела последователно, без да се разпознае, че те образуват еквивалент на делител на напрежение. Ако вентил A има площ на отваряне A₁, а клапан B има площ на отваряне A₂, и двата последователно, общият поток се определя от по-малкия отвор и сумата от падовете на налягането. Инженерът не може независимо да контролира скоростта и с двата клапана - регулирането на клапан A променя разпределението на налягането и влияе на потока на клапан B, дори ако настройката на B не се променя. Диаграмата на хидравличния вентил за регулиране на дебита трябва да показва тези серийни ограничения и проектът трябва да елиминира излишните ограничения или умишлено да ги използва за прецизен контрол на съотношението на пада на налягането.

Заключение

Диаграмите на вентила за контрол на хидравличния поток, използващи символи ISO 1219-1, предоставят на инженерите пълно разбиране за контрола на скоростта на системата, енергийната ефективност и режимите на повреда преди изграждането на хардуер. Извитите ограничителни символи показват дали даден клапан работи като основен дросел, регулатор с компенсация на налягането или разделител на приоритет. Индикаторите със стрелки разкриват функции за настройка и компенсация. Разположението на веригата - meter-in, meter-out или bleed-off - определя капацитета на натоварване и ефективността. Четенето на тези диаграми изисква разбиране както на графичните стандарти, така и на принципите на механиката на флуидите зад всеки символ. Диагонална стрелка означава човешка настройка. Вертикална стрелка означава компенсация на налягането. Паралелният възвратен клапан означава еднопосочно управление със свободен обратен поток.

Инженерите избират топология на веригата, като анализират посоката на натоварване, необходимата коравина, приемлива ефективност и стойности на налягането. Те диагностицират повреди, като сравняват прогнозите на диаграмата с измерените налягания и температури. Те оразмеряват компонентите, използвайки уравнения на потока и изчисления на налягането, получени от геометрията на веригата. Диаграмата служи като общ език между дизайнери, техници и специалисти по отстраняване на неизправности, позволявайки на някой в ​​Чикаго да диагностицира машина, работеща в Сингапур, като прегледа схемата и поиска специфични измервания на налягането в маркирани тестови точки.

Овладяването на диаграмите на хидравличния клапан за регулиране на потока означава признаването, че всяка линия и символ представляват физически хардуер и измерими енергийни трансформации. Притискането между две извити линии представлява сблъсъци на молекули в турбулентна струя, повишаване на температурата от триене и прецизен контрол на скоростта, който прави възможно съвременните машини. Независимо дали приложението е стрела на багер, спускаща се безопасно под действието на гравитацията, пълнене на шприцформа с осемсегментно профилиране на скоростта или обикновена маса за смилане, подаваща се с постоянна скорост, диаграмата разкрива точно как контролът на потока изпълнява задачата и къде могат да възникнат проблеми.