نعلم بالفعل أن أقصى ضغط نظامي يمكن التحكم فيه باستخدام صمام تحكم في الضغط مغلق عادةً — حيث يتصل منفذُه الأساسي بضغط النظام، ومنفذُه الثانوي بالخزان. ويتحكم المكبس وفقًا للضغط المُحدَّد مسبقًا: فعندما يتقاطع المنفذان الأساسي والثانوي عند نقطة مُعيَّنة، ينحرف جزء من التدفق إلى الخزان. ويُعرف هذا الصمام المتحكم في الضغط المغلق عادةً باسم صمام التفريغ. ويتناول هذا الفصل جميع أنواع صمامات التحكم في الضغط — وهيكلها، وتطبيقاتها في الدوائر، وخصائص أدائها الرئيسية.

ضبط الضغط

في صمام تحكم في الضغط، يتم عادةً ضبط الضغط عن طريق تعديل قوة التحميل الأولي لزنبرك التحيُّز باستخدام برغي ضبط.

الشكل ١١-١: صمام تحكم في الضغط مغلق عادةً. ويحدد برغي الضبط التحميل الأولي للزنبرك، الذي يُقرِّر الضغط الذي يرفع عنده المكبس ويفتح الصمام.

تطبيقات صمام الضغط المغلق عادةً

في الأنظمة الهيدروليكية، تُستخدم صمامات التحكم في الضغط المغلقة عادةً لأغراض متعددة. وبجانب استخدامها كصمامات إفراج عن النظام، يمكنها أيضًا التحكم في تسلسل العمليات — أي التحكم في حدوث عمليةٍ ما قبل أخرى. كما يمكن استخدامها أيضًا لموازنة القوى الميكانيكية الخارجية.

صمام التسلسل

يُسمَّى صمام التحكم في الضغط المغلق عادةً والذي يتحكم في حدوث عمليةٍ ما قبل أخرى بصمام التسلسل.

تطبيق دائرة صمام التسلسل

في دائرة هيدروليكية تقوم بكلٍّ من التثبيت والتنقيب، يجب أن يمتد أسطوانة التثبيت قبل أسطوانة التنقيب. ولتحقيق ذلك، تُركَّب صمام التسلسل في الدائرة مباشرةً قبل أسطوانة التنقيب. وينعكِس نابض صمام التسلسل على المكبس بحيث لا يسمح له بالاتصال بين الممرَّيْن الأساسي والثانوي إلا عندما يرتفع الضغط إلى مستوى كافٍ للتغلب على قوة النابض — وبما أن تدفق السائل إلى أسطوانة التنقيب يكون مسدودًا حتى ذلك الحين، فإن أسطوانة التثبيت تمتد أولًا. وعندما تتلامس أسطوانة التثبيت مع القطعة العاملة، يجب أن توفر المضخة ضغطًا أعلى للتغلب على مقاومة القطعة. وهذا ما يؤدي إلى ارتفاع الضغط فوق الضغط التوجيهي المؤثر على مكبس صمام التسلسل، فيتم الاتصال بين الممرَّيْن الأساسي والثانوي، فيتجه التدفق إلى أسطوانة التنقيب — ومن ثم تبدأ أسطوانة التنقيب في الحركة.

الشكل ١١-٢: دائرة صمام التسلسل. وبما أن صمام التسلسل يمنع تدفق السائل إلى أسطوانة التنقيب حتى يرتفع ضغط النظام، فإن عملية التثبيت تكتمل دائمًا قبل بدء عملية التنقيب.

صمام التوازن المضاد

صمام تحكم في الضغط مغلق عادةً، ويُستخدم لموازنة أو دعم وزنٍ ما (مثل لوحة المكبس في المكبس الهيدروليكي)، ويُسمى صمام الموازنة.

تطبيق دائرة صمام الموازنة

في دائرة المكبس الهيدروليكي، عندما يوجّه صمام التوجيه تدفق الزيت إلى الطرف الأعمى من الأسطوانة، فإن لوحة المكبس المتصلة بقضيب المكبس ستسقط بانفلاتٍ غير خاضع للتحكم تحت تأثير الجاذبية، وسوف يجف تدفق المضخة. ولمنع ذلك، يُركَّب صمام ضغط مغلق عادةً في الجزء السفلي من دائرة الأسطوانة. ولا يفتح ساق الصمام المسار من المدخل الرئيسي إلى المخرج الثانوي إلا بعد أن يرتفع الضغط عند القاع فوق الضغط الناتج عن وزن لوحة المكبس. وبعبارة أخرى، فإن هذه الطريقة، أثناء تزويد الطرف الأعمى من الأسطوانة بالزيت، توازن وزن لوحة المكبس طوال كامل حركة الانخفاض.

يمكن أيضًا استخدام صمام التوازن المعاكس لتباطؤ الحركة الدورانية لمotor هيدروليكي ثقيل الحمل. ففي حالة المحرك الهيدروليكي الذي يُحرك عجلاتٍ ثقيلة، وبمجرد أن تكتسب العجلات الزخم الكافي، قد يتجاوز المحرك السرعة المسموح بها (الانطلاق غير المتحكم فيه). وإذا وُضع صمام التوازن المعاكس عند مخرج المحرك، فإنه لا يفتح إلا عندما تصل ضغط المخرج إلى القيمة المُحددة. ويُحدث هذا الضغط العكسي تأثيرًا مقاومًا للقوة الناتجة عن تحويل الزخم الدوراني للعجلة الثقيلة.

الشكل ١١-٣: صمام التوازن المعاكس. (أعلى الصورة) يمنع لوحة المكبس من السقوط بشكل غير خاضع للتحكم. (أسفل الصورة) يمنع المحرك الثقيل الحمل من تجاوز السرعة المسموح بها عندما يُجبر الحمل المحرك على الدوران.

صمام تنفيس بسيط

يتكون صمام التنفيس البسيط أساسًا من جسم صمامٍ يحتوي على سلك توجيه (سبول) مُحمَّلٍ بنابضٍ قوي. وعندما يرتفع الضغط على الجانب المقابل للنابض من السلك إلى قيمة كافية، يتحرك السلك فيفتح ممرًا لتوجيه تدفق المضخة نحو الخزان.

في الدائرة الموضّحة في المثال، تم ضبط صمام التفريغ البسيط بحيث يحدث تدفق تفريغي مقداره ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عندما يصل ضغط مخرج المضخة إلى ١٠٠٠ رطل لكل إنش مربع (٦٨,٩٧ بار). وهذا لا يعني أن الصمام يفتح فجأة عند ضغط ١٠٠٠ رطل لكل إنش مربع (٦٨,٩٧ بار)، بل يبدأ الصمام بالانفتاح تدريجيًّا عند ضغط منخفض نسبيًّا عند الضغوط الأقل من ١٠٠٠ رطل لكل إنش مربع (٦٨,٩٧ بار)، مما يؤدي إلى تحويل جزء من التدفق إلى الخزان. وعندما يقترب الضغط من قيمة ١٠٠٠ رطل لكل إنش مربع (٦٨,٩٧ بار)، يزداد اتساع فتحة الصمام تدريجيًّا لتمرير كمية أكبر من التدفق إلى الخزان. وعند النقطة المُحدَّدة للضغط وهي ١٠٠٠ رطل لكل إنش مربع (٦٨,٩٧ بار)، تكون فتحة الصمام كبيرة بما يكفي لتمرير التدفق الكامل البالغ ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة). وعند انخفاض ضغط النظام عن ضغط فتح صمام التفريغ، تختفي المساحة الواصلة إلى الخزان التي تشكّلها فتحة الصمام من الدائرة.

تأثير درجة الحرارة على ضبط صمام التفريغ

إن فتحة صمام التفريغ تعمل أساسًا كجهاز فتحة. وكأي جهاز فتحة، فإن التدفق عبره يتأثر بدرجة حرارة السائل، وبالتالي بلزوجته.

لتحقيق تجاوز تدفق قدره ١٠ جالون في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) بواسطة صمام التخفيف المُضبط عند ضغط ١٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار)، يُفترض أن لزوجة الزيت تبقى ثابتة. وعند درجة حرارة الغرفة، تتراوح لزوجة زيت خزان المعدات بين ٤٠٠ و٥٠٠ وحدة سوس (SUS) (أي ما يعادل ٨٦,٣–١٠٧,٩ سانتيستوكس). وبهذه اللزوجة، يؤدي ضبط ضغط نظام التخفيف عند ١٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار) إلى تجاوز تدفق قدره ١٠ جالون في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عبر فتحة الفتحة المُنظِّمة. وعند ارتفاع درجة حرارة الزيت، قد ينخفض ضغط المضخة ليصل إلى ٩٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٢ بار) أو أقل. ويُعزى ذلك إلى أن لزوجة الزيت تنخفض مع ارتفاع درجة حرارته — لتصل مثلاً إلى ١٠٠ وحدة سوس (SUS) (أي ما يعادل ٢١,٦ سانتيستوكس). وهذا يعني أن قوة ضغط أقل كافية لدفع تدفق قدره ١٠ جالون في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عبر فتحة صمام التخفيف نحو الخزان.

أما العكس فيحدث عندما يُضبط صمام التخفيف عند اللزوجة التشغيلية: فعند بدء تشغيل المضخة، تكون درجة حرارة الزيت منخفضة ولزوجته مرتفعة، وقد يصل ضغط المضخة حينها إلى ١١٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٧٥,٩ بار). ولأنظمة التشغيل التي تفرض حدًّا أقصى صارمًا لضغط المضخة، ينبغي تسخين النظام قبل ضبط صمام التخفيف.

الشكل ١١-٥ تأثير درجة الحرارة على ضبط صمام التفريغ. يتطلب الزيت البارد (ذو اللزوجة العالية) ضغطًا أعلى لتمرير نفس كمية التدفق. ويجب دائمًا تسخين النظام قبل ضبط صمام التفريغ.

تأثير تآكل المضخة على ضبط صمام التفريغ

يؤثر تآكل المضخة أيضًا على ضبط صمام التفريغ. فعند ضبط صمام التفريغ ليُمرِّر ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عند ضغط ١٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار)، يمرُّ تدفق المضخة البالغ ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عبر فتحة الصمام إلى الخزان طالما وُفر ضغط ١٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار) عند منفذ الدخول الخاص بالصمام. ومع مرور الوقت، مضخة هيدروليكية وبمرور الوقت، ينخفض تدفق المضخة الناتج بسبب التآكل؛ وبالتالي ينخفض تدفق السائل عبر صمام التفريغ أيضًا، ما يؤدي إلى انخفاض الضغط. فعلى سبيل المثال، عند ضبط الصمام ليُمرِّر ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لترًا في الدقيقة) عند ضغط ١٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار)، فإن انخفاض تدفق التفريغ إلى ٥ جالونات في الدقيقة (١٨,٩٥ لترًا في الدقيقة) نتيجة تآكل المضخة قد يؤدي إلى خفض ضغط صمام التفريغ في النظام إلى ٩٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (٦٢ بار). وعند ضبط إعداد صمام التفريغ، قد تحدث حالات مماثلة.

ضغط الانفتاح الأولي لصمام التفريغ البسيط

ضغط التشقق هو الضغط الذي تبدأ عنده صمام التفريغ في فتح ممر التفريغ الجانبي. وفي حالة صمام التفريغ البسيط، يكون هذا الضغط أقل قليلاً من قيمة ضغط إعداد صمام التفريغ. وتتميّز صمامات التفريغ البسيطة بخاصية «ضغط التشقق المبكر».

في رسم منحنى أداء صمام التفريغ البسيط، يُضبط الصمام ليُمرِّر تدفقاً جانبياً قدره ١٠ جالون لكل دقيقة (٣٧,٩ لتر/دقيقة) عند ضغط ١٠٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار). ويُظهر المنحنى أن الصمام يبدأ بالفتح عند ضغط ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار)، وأن التدفق الجانبي يزداد تدريجياً كلما اقترب الضغط من ١٠٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار)، حتى يصل أخيراً عند ١٠٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار) إلى درجة كافية من اتساع الفتحة لتمرير تدفق قدره ١٠ جالون لكل دقيقة (٣٧,٩ لتر/دقيقة).

أثر ضغط التشقق المبكر على النظام

إن ضغط التفريغ المبكر لصمام التفريغ يُشكّل عيبًا في النظام. فعلى سبيل المثال، إذا أنتج المضخة/المحرك ضغطًا قدره ٧٥٠ رطل/بوصة مربعة (٥١,٧ بار) وسلّم تدفقًا قدره ١٠ جالونات في الدقيقة (٣٧,٩ لتر/دقيقة) إلى المؤثر، حيث يحتاج الحمل إلى ضغط قدره ٥٥٠ رطل/بوصة مربعة (٣٧,٩ بار)، بينما يُستخدم الضغط المتبقي البالغ ٢٠٠ رطل/بوصة مربعة (١٣,٨ بار) للتغلب على مقاومة السائل. وباستخدام صمام تفريغ بسيط مضبوط عند ضغط ١٠٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦٨,٩٧ بار)، يبقى الصمام مغلقًا عند هذه النقطة، ويتجه كل الزيت تحت الضغط مباشرةً نحو الحمل التشغيلي.

وإذا ارتفع ضغط الحمل إلى ٧٠٠ رطل/بوصة مربعة (٤٨,٢٨ بار)، فيجب أن يرفع المضخة/المحرك ضغط إنتاجها إلى ٩٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦٢,١ بار) (مع افتراض ثبات تدفق الإنتاج). وبما أن ضغط الفتح لصمام التفريغ هو ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار)، فإن جزءًا من التدفق يبلغ ٥ جالونات في الدقيقة (١٨,٩٥ لتر/دقيقة) يُحوَّل إلى الطريق الجانبي عند ضغط المضخة الحالي، ما يعني أن المؤثر لا يتلقى سوى جزء من تدفق المضخة الكامل، وبالتالي يكتمل الأداء بسرعة منخفضة. وفي الوقت نفسه، يمر الزيت عبر فتحة صمام التفريغ مُولِّدًا حرارة غير ضرورية.

إذا كانت ضغط الحمولة 750 رطل/بوصة مربعة (51.7 بار)، فيجب أن يُنتج المضخة/المحرك ضغطًا قدره 950 رطل/بوصة مربعة (65.5 بار) — بل وقد يكون الضغط أعلى من ذلك مع مرور تدفق أكبر عبر فتحة صمام التفريغ، مما يؤدي إلى انخفاض إضافي في سرعة المحرك، وتوليد كمية أكبر لا لزوم لها من الحرارة.

الشكل 11-7: تأثير ضغط التكسير المبدئي. يبدأ صمام التفريغ البسيط في تفريغ التدفق قبل الوصول إلى الضغط المُعدّ مسبقًا، ما يؤدي إلى خفض سرعة المحرك وهدر الطاقة على هيئة حرارة عند ضغوط حمولة وسيطة.

صمام الضغط المفتوح عادةً

يكون صمام التحكم بالضغط المغلق عادةً في وضعه الطبيعي مفصولًا بين المنفذين الرئيسي والثانوي، ويستشعر ضغط المنفذ الرئيسي. أما صمام التحكم بالضغط المفتوح عادةً فيكون منفذاه الرئيسي والثانوي متصلين في وضعه الطبيعي، ويستشعر ضغط المنفذ الثانوي.

صمام التقليل

يكون صمام التخفيض عادةً صمام تحكم بالضغط مفتوحًا عادةً.

كيف يعمل صمام التخفيض

يعمل صمام التخفيض عن طريق استشعار الضغط المتدفق خلف الصمام. وعندما يساوي الضغط المتدفق خلف الصمام إعداد الصمام، فإن السلك يغلق جزئيًّا مُشكِّلًا فتحةً تحوِّل طاقة الضغط الزائدة القادمة من الأمام إلى حرارة. وإذا انخفض الضغط المتدفق خلف الصمام، فإن السلك يفتح على نطاق أوسع، ما يسمح للضغط بالارتفاع مجددًا.

تطبيق دائرة صمام التخفيض

تتطلب دارة التثبيت المذكورة في المثال أن يُطبِّق أسطوانة التثبيت ب قوة أقل من تلك التي تُطبِّقها أسطوانة التثبيت أ. ولتحقيق ذلك، يُركَّب صمام تخفيض مباشرةً قبل أسطوانة التثبيت ب لتقليل الضغط الواصل إليها إلى قيمة إعداد صمام التخفيض. وعند هذه النقطة المُحدَّدة للضغط، يؤدي حركة سلك صمام التخفيض إلى تشكيل وظيفة الفتحة، التي تحوِّل طاقة الضغط الزائدة القادمة من الأمام إلى حرارة. وتقوم الأسطوانة ب بالتثبيت عند الضغط المخفَّض.

الانحراف الثابت لضغط صمام التخفيض

إن ضغط المنفذ الثانوي لصمام التخفيض عند ظروف التدفق المُصنَّف يكون أقل مما هو عليه عند ظروف انعدام التدفق. والفرق بين الضغطين المُخفَّضَيْن يُسمى انحراف الانخفاض الثابت لصمام التخفيض. ويُعَد الانخفاض الثابت خاصيةً جوهريةً لصمام التخفيض، وتفسِّر هذه الخاصية سبب ازدياد الضغط مع زيادة التدفق. فعلى سبيل المثال، فإن صمام التخفيض المُصنَّف بسعة ١٥ جالوناً في الدقيقة (٥٦,٨٥ لترًا في الدقيقة) يمتلك عند التدفق المُصنَّف والضغط التشغيلي المُصنَّف انحراف انخفاض ثابت قدره حوالي ٥٠ رطل/بوصة مربعة (٣,٤٥ بار)، بينما قد يصل انحراف الانخفاض الثابت لصمام تخفيض مُصنَّف بسعة ١٠٠ جالون في الدقيقة (٣٧٩ لترًا في الدقيقة) إلى ١٥٠ رطل/بوصة مربعة (١٠,٣ بار).

الشكل ١١-٩: انخفاض الضغط الثابت لصمام التخفيض. ويكون الضغط عند المخرج أدنى قليلًا أثناء التدفق مقارنةً بحالة توقف التدفق. وكلما زاد التدفق المُصنَّف للصمام، زاد هذا الانحراف.

التصريف — داخلي وخارجي

عند تحرك مكبس صمام التحكم بالضغط داخل جسم الصمام، يتسرب جزء من الزيت المضغوط إلى التجويف الموجود فوق المكبس. وللوظيفة السليمة للصمام، يجب أن يتم تصريف الزيت باستمرار من التجويف الواقع فوق المكبس لمنع انسداد حركة المكبس. ويتم التصريف عن طريق إنشاء ممر تصريف داخل جسم الصمام وتوصيله بالخزان.

التصريف الداخلي

إذا كان المنفذ الثانوي لصمام الضغط متصلًا بالخزان — كما هو الحال في صمامات التفريغ وصمامات الموازنة المعاكسة — فإن ممر التصريف يتصل داخليًّا بالمنفذ الثانوي (منفذ الإرجاع). ويُسمى هذا التصريف «الداخلي».

التصريف الخارجي

إذا كان المنفذ الثانوي لصمام الضغط عبارة عن منفذ ضغط (أي منفذ تشغيلي)، كما هو الحال في صمامات التسلسل وصمامات التخفيض، فإن ممر التصريف يكون خطًّا منفصلًا يؤدي إلى الخزان. ويُسمى هذا التصريف «الخارجي». وعادةً ما تكون صمامات التسلسل وصمامات التخفيض صمامات تحكم بالضغط ذات تصريف خارجي.

التحكم المباشر والتحكم عن بُعد

حتى الآن، كان استشعار الضغط يتم عبر الممرات الموجودة داخل جسم الصمام. وعادةً ما يتم الاستشعار عند المنفذ الرئيسي بالنسبة للصمامات المغلقة عادةً، بينما يتم عند المنفذ الثانوي بالنسبة للصمامات المفتوحة عادةً. وتُعرف هذه الطريقة في استشعار الضغط بالتحكم المباشر أو التحكم المحلي. ويمكن لصمام التحكم بالضغط أيضًا أن يستشعر الضغط من جزء آخر من النظام عبر أنبوب خارجي — ويُطلق على هذه الطريقة اسم التحكم عن بُعد أو التحكم بواسطة الصمام القيادي.

الشكل ١١-١٠ يوضح التحكم المباشر (على اليسار)، الذي يستشعر الضغط عند منفذ الصمام نفسه. أما التحكم عن بُعد (على اليمين) فيسمح بإرسال إشارة ضغط من مسافة بعيدة لفتح الصمام أو ضبطه — وهي طريقة مفيدة في تفريغ المكثِّف وترتيب تشغيل عدة أجهزة تعمل بالضغط.

صمام التفريغ

صمام التفريغ هو صمام تحكم بالضغط مغلق عادةً ويتم التحكم فيه عن بُعد. وعندما يصل ضغط النظام عند نقطة الاستشعار إلى القيمة المُحدَّدة مسبقًا، يقوم الصمام بإعادة توجيه التدفق نحو الخزان.

تطبيق دائرة صمام التفريغ

في دائرة المكثِّف مع صمام ضغط تحكم مباشر، وعندما يُشحن المكثِّف حتى ضغط الإعداد المحدَّد للصمام، يعود تدفُّق مخرج المضخَّة إلى الخزَّان عند ضغط التفريغ المحدَّد للصمام. وهذا يؤدي إلى هدرٍ كبيرٍ في القدرة وإنتاج كميات كبيرة من الحرارة غير الضرورية. أما عند توصيل خط التحكُّم بصمام التفريغ الموجود بعد صمام الاختيار، فإنَّه عندما يُشحن المكثِّف حتى ضغط الإعداد المحدَّد للصمام، يفتح ضغط التحكُّم الصمام ويوجِّه تدفُّق المضخَّة إلى الخزَّان عند أدنى ضغط ممكن. وفي هذه اللحظة، لا تحتاج المضخَّة إلى توريد ضغط عالٍ للحفاظ على فتح صمام التفريغ، لأنَّ ضغط التحكُّم يأتي من المكثِّف الذي يكون معزولًا عن المضخَّة بواسطة صمام الاختيار. وبما أنَّ ضغط المضخَّة عند هذه النقطة يكون ضئيلًا جدًّا، فإنَّ الفقد في القدرة يكون أيضًا ضئيلًا جدًّا.

الشكل ١١-١١: دائرة صمام التفريغ. وعندما يُشحن المكثِّف، يعزله صمام الاختيار عن المضخَّة، ويوجِّه صمام التفريغ تدفُّق المضخَّة إلى الخزَّان عند أقل ضغط ممكن — ما يوفِّر تقريبًا كل طاقة المضخَّة أثناء وضع الاستعداد.

صمام موازنة خاضع للتحكم عن بُعد

صمام موازنة مباشر التأثير مُركَّب في الموضع اللاحق للأسطوانة التي تدعم لوحة الضغط يمكنه تحقيق التوازن الفعّال لوزن اللوحة أو إلغائه تمامًا. ومع ذلك، أثناء عملية الضغط، وعندما تمر اللوحة عبر المادة، لا ينبغي أن يُضاف وزن اللوحة إلى القوة الإجمالية للضغط. وإذا كان هذا غير مرغوبٍ فيه، فيجب أن يستخدم صمام الموازنة تحكّمًا عن بُعد، مع توصيل خط التحكّم الخاص به بخط العمل الآخر للأسطوانة. وباستخدام صمام موازنة خاضع للتحكم عن بُعد، تظل اللوحة متوازنة أثناء الحركة الهابطة، لكن أثناء عملية الضغط يمكن الاستفادة من وزن اللوحة كجزء من قوة الضغط. وخلال السكتة الهابطة الكاملة، فإن المرحلة الخاملة (غير النشطة) تؤدي فيها قوة الجاذبية الذاتية للوحة إلى سحب قضيب الأسطوانة نحو الأسفل، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط المنفذ العلوي وضغط خط التحكّم، فيميل صمام الموازنة حينها إلى الإغلاق، ما يزيد من المقاومة ويمنع تدفق السائل من مواكبة السرعة الهابطة؛ أما أثناء عملية الضغط، فيتم فتح صمام الموازنة على اتساعه بواسطة ضغط التحكّم العالي الوارد من المنفذ العلوي، دون وجود أي ضغط عكسي على جانب القضيب، وبالتالي يمكن لوزن اللوحة أن يُضاف إلى قوة الضغط.

صمام موازنة مباشر في دائرة المحرك

في دائرة المحرك الهيدروليكي الموضَّحة، يُستخدم صمام موازنة مباشر لإبطاء القصور الذاتي الدوراني للحمل الثقيل. ويُضبط صمام الموازنة عند ضغط ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار)، حيث يوفِّر دائمًا ضغطًا عكسيًّا على الحمل الدوار، وبالتالي لا يمكن أن تتجاوز سرعة الحمل تدفق المضخة مسببةً دورانًا زائد السرعة. ومع ذلك، فهذا يعني أيضًا أن ضغط مدخل المحرك يجب أن يفوق ضغط العمل الخاص بالحمل بالإضافة إلى ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار) — وهذه عيبٌ في هذه الطريقة. وللتغلب على هذه المشكلة، يمكن استخدام صمام كبح بدلًا من ذلك.

صمام الفرامل

صمام الكبح هو صمام تحكم بالضغط مغلق عادةً، وله منفذان للتحكم: منفذ تحكم مباشر ومنفذ تحكم عن بُعد. وتُوصَل طريقتا التحكم معًا في وقت واحد. ويُستخدم صمام الكبح عادةً مع المحركات الهيدروليكية، ويحل محل صمامات الموازنة المباشرة في دوائر المحركات الهيدروليكية.

تركيب صمام الكبح

يتكون صمام الفرامل من جسم الصمام، والدرفلة، والمكبس التحكمي، ونابض التحيّز، وجهاز ضبط النابض.

كيف يعمل صمام الفرامل

صمام الفرملة هو صمام مغلق عادةً. ونفترض أن ربيع التحيّز مضبوط لفتح التحكم المباشر عند ضغط ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار). وعندما يصل ضغط الممر الداخلي للتحكم إلى ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار)، يتحرك المكبس الداخلي للتحكم نحو الأعلى ويدفع السلك، فيُفتح بذلك صمام الفرملة. وعند انخفاض الضغط إلى ما دون ٨٠٠ رطل/بوصة مربعة (٥٥,٢ بار)، يُغلق الصمام. وهذه العملية مماثلة تمامًا لعملية صمام الموازنة المباشر التأثير. أما مساحة المكبس الداخلي للتحكم فهي أصغر بكثير من مساحة المقطع العرضي للسلك — وبشكلٍ نموذجي تكون نسبة المساحتين ٨:١. وعادةً ما يُوصَل منفذ التحكم الخارجي بالخط التشغيلي الآخر للمحرك. ويؤثر الضغط الخارجي على الطرف المقابل لتجويف ربيع السلك — إذ يكفي ضغط قدره ١٠٠ رطل/بوصة مربعة (٦,٨٩ بار) لفتح الصمام، لأن هذا الضغط يؤثر على الطرف السفلي للسلك الذي تبلغ مساحته ٨ أضعاف مساحة المكبس التحكّمي.

تطبيق دائرة صمام الفرملة

افترض أن صمام الفرامل مضبوط عند ضغط 800 رطل/بوصة مربعة (55.2 بار) للتحكم المباشر. وعندما يصل ضغط خط دخول المحرك إلى 100 رطل/بوصة مربعة (6.89 بار)، يفتح صمام الفرامل، ويُستخدم ضغط دخول المحرك بالكامل لتدوير الحمولة (بافتراض أن 100 رطل/بوصة مربعة / 6.89 بار أعلى من الضغط المطلوب). وإذا تجاوزت الحمولة السرعة المسموح بها، ينخفض ضغط دخول المحرك، فيُغلق صمام الفرامل، ثم يُعاد فتحه بضغط عكسي قدره 800 رطل/بوصة مربعة (55.2 بار)، ما يزيد من المقاومة ويُبطئ الحمولة.

صمام الفرامل هو صمام تحكم بالضغط مغلق عادةً. ويعتمد عمله مباشرةً على متطلبات حمل المحرك.

الشكل 11-13: صمام الفرامل. وعلى خلاف صمام التوازن البسيط، يمتلك صمام الفرامل تحكّمًا مباشرًا (داخليًّا) وتحكّمًا عن بُعد (خارجيًّا). ونسبة المساحة 8:1 تعني أن ضغط التحكّم الخارجي المُرشد المطلوب لفتحه لا يتجاوز 100 رطل/بوصة مربعة، وبالتالي يمكن للمحرك أن يدير الحمولة بسهولة، مع توفير ضغط كبح عكسي قدره 800 رطل/بوصة مربعة عند محاولة الحمولة تجاوز السرعة المسموح بها.

التدفق العكسي عبر صمامات التحكم بالضغط

باستثناء صمامات التفريغ وصمامات التفريغ، فإن جميع صمامات الضغط تتطلب عادةً تدفقًا عكسيًّا كي تسمح بمرور السائل بحرية. وتصدر صمامات ضغط مغلقة عادةً إشارات استشعار لضغط المنفذ الرئيسي — فإذا انعكس اتجاه التدفق، انخفض ضغط المنفذ الرئيسي، فانغلق المكبس، وانقطعت الاتصال بين المنفذين الرئيسي والثانوي. وبما أن التدفق العكسي لا يمكنه المرور عبر صمامات ضغط مغلقة عادةً، فيجب استخدام صمام الاختيار (Check Valve) لتخطي هذا النوع من الصمامات.

تصدر صمامات الضغط المفتوحة عادةً إشارات استشعار لضغط المسار الثانوي — طالما ينعكس اتجاه التدفق، ويظل ضغط الجانب المُنزِل دون القيمة المُحدَّدة، يبقى مسار الصمام مفتوحًا دائمًا، وبالتالي لا حاجة إلى تركيب صمام اختيارات عكسي. ومع ذلك، وفي الواقع العملي، بمجرد أن يرتفع ضغط المنفذ الثانوي فوق القيمة المُحدَّدة، ينغلق المكبس فجأةً. ولذلك، يُستخدم عادةً كإجراء وقائي صماما الاختيار والتخفيض معًا لضمان التدفق العكسي.

ملخّص صمامات تحكُّم الضغط

من دراسة هذا الفصل، يمكننا تلخيص القواعد الأساسية الخاصة بصمامات تحكُّم الضغط على النحو التالي:

• القاعدة أ: تحتاج صمامات التحكم في الضغط ذات المنافذ الثانوية المتصلة بدائرة ضغط إلى تصريف خارجي (صمامات التسلسل وصمامات التخفيض).
• القاعدة ب: تستخدم صمامات التحكم في الضغط ذات المنافذ الثانوية المتصلة بالخزان عادةً تصريفًا داخليًّا (صمامات التخفيف، وصمامات التفريغ، وصمامات الموازنة المعاكسة، وصمامات الفرملة).
• القاعدة ج: لتمكين التدفق العكسي بحرية عبر صمام تحكم في الضغط، يجب استخدام صمام الاختيار.

الشكل ١١-١٥ الرموز البيانية لجميع صمامات التحكم في الضغط. ملاحظة: تمتلك صمامات التسلسل وصمامات التخفيض دائمًا خطوط تصريف خارجية (مُوضَّحةً كخطوط متقطعة تؤدي إلى الخزان). أما صمامات التخفيف والتفريغ والموازنة المعاكسة فتستخدم التصريف الداخلي.

مصطلحات صمامات التحكم في الضغط

أهم المصطلحات المستخدمة مع صمامات التحكم في الضغط:

• التحكم المباشر — استخدام الزيت من داخل ممر التحكم الخاص بهيكل الصمام للتحكم في السلك. "الفعل المحلي" — يُحمَل السلك بواسطة ضغط النابض فقط.
• التخلص عبر صمام التخفيف إلى الخزان — يمر التدفق عبر صمام التخفيف.
• الضغط التوجيهي — الضغط الهيدروليكي المستخدم للتحكم في حركة السلك. ويتم استشعار الضغط من موقع بعيد عن الصمام نفسه.
• ضغط الفتح الابتدائي — الضغط الذي يبدأ عنده صمام التفريغ في فتح ممر التفريغ لأول مرة.
• الضغط السابق للفتح — الميل الذي تظهره بعض الصمامات (وخاصة صمامات التفريغ البسيطة) للفتح عند ضغط أقل من الضغط المُحدَّد.
• الضغط العكسي — الضغط الموجود على جانب المخرج من الصمام أو المحرك، والذي يعارض التدفق أو الحركة.