Κατά τη μετάδοση ενέργειας μέσω ρευστού, πρέπει να καθορίζεται η κατεύθυνση και να διατηρείται συνεχής πλήρης έλεγχος. Χωρίς πλήρη έλεγχο, η ενέργεια είναι άχρηστη ή, χειρότερα, μπορεί να προκληθεί ζημιά στη μηχανή. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της υδραυλικής τεχνολογίας είναι η δυνατότητα χρήσης υδραυλικών βαλβίδων ελέγχου για τον σχετικά εύκολο έλεγχο της ενέργειας.

Υδραυλικά ελεγχόμενα κοιλάσματα

Μια υδραυλική βαλβίδα ελέγχου είναι ένα μηχανικό εξάρτημα που αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας με εσωτερικούς αγωγούς, οι οποίοι μπορούν να συνδέουν ή να αποκόπτουν τη ροή του ρευστού, καθώς και από εσωτερικά κινούμενα μέρη. Οι αγωγοί του σώματος χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά λαδιού. Η κίνηση των εσωτερικών κινούμενων μερών ελέγχει τη μέγιστη πίεση, την κατεύθυνση της ροής και τον ρυθμό ροής του συστήματος.

Έλεγχος Πίεσης Συστήματος

Η υδραυλική ενέργεια μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα υδραυλικό κύλινδρο. Όταν το αποτέλεσμα είναι επιτυχές έργο, μόλις ο κύλινδρος εκτείνεται πλήρως, το έργο θεωρείται ολοκληρωμένο. Η αντλία θετικής μετατόπισης θα συνεχίσει να απορροφά περισσότερη ενέργεια από την κινητήρια μονάδα της. Αυτό δημιουργεί υψηλότερη πίεση στο λάδι. (Σημείωση: η ελάχιστη αντίσταση στο σύστημα καθορίζει την εφαρμοζόμενη υδραυλική πίεση.) Καθώς ο κύλινδρος εκτείνεται περαιτέρω, η φυσική αντοχή του συστήματος αποτελεί την ελάχιστη αντίσταση.

Η αντλία θα προσθέσει περισσότερη πίεση για να υπερνικήσει αυτήν την αντίσταση. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν βαλβίδες ελέγχου πίεσης για να διατηρούν την πίεση του συστήματος εντός ενός ασφαλούς εύρους.

Φρεατόριο ελέγχου πίεσης

Τα εσωτερικά κινούμενα μέρη μιας βαλβίδας ελέγχου πίεσης λειτουργούν με βάση την πίεση. Όταν η πίεση του συστήματος φτάσει σε μια συγκεκριμένη ρυθμισμένη τιμή, τα εσωτερικά κινούμενα μέρη συνδέουν ή φράσσουν μία από τις διαδρομές στο σώμα της βαλβίδας, με αποτέλεσμα τη ροή του λαδιού ή την πρόληψη της ροής του λαδιού σε εκείνη τη διαδρομή.

Κατασκευή βαλβίδας ελέγχου πίεσης

Μία βαλβίδα ελέγχου πίεσης αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας με πρωτεύοντα και δευτερεύοντα αγωγά και εσωτερικά κινούμενα μέρη (τον άξονα). Οι εξωτερικές συνδέσεις στους αγωγούς ονομάζονται πρωτεύων και δευτερεύων ακροδέκτης.

Πώς λειτουργεί μία βαλβίδα ελέγχου πίεσης

Το εσωτερικό κινούμενο μέρος μίας βαλβίδας ελέγχου πίεσης είναι συνήθως μία συσκευή τύπου άξονα. Όταν ο άξονας βρίσκεται σε μία από τις ακραίες θέσεις του, ο εσωτερικός αγωγός συνδέεται και η ροή μπορεί να διέρχεται. Όταν βρίσκεται στην άλλη ακραία θέση, ο εσωτερικός αγωγός εμποδίζεται και η ροή μέσω της βαλβίδας διακόπτεται.

Σε μία βαλβίδα ελέγχου πίεσης, ο άξονας είναι ελατηριωμένος προς μία από τις ακραίες θέσεις του. Σε αυτήν την κανονική κλειστή θέση, ο εσωτερικός αγωγός εμποδίζεται και η διαδρομή ροής μέσω της βαλβίδας είναι κλειστή. Αυτός ο τύπος ονομάζεται κανονικά κλειστή βαλβίδα ελέγχου πίεσης.

Η βαλβίδα ελέγχου της πίεσης ανιχνεύει την πίεση στο κάτω μέρος του κινητήρα. Αυτή η κάτω διαδρομή συνδέεται με την κύρια πρίζα. Όταν η πίεση του συστήματος αυξηθεί πάνω από τη δύναμη του ελατηρίου, ο κινητήρας μετακινείται για να συνδέσει την εσωτερική διαδρομή, επιτρέποντας τη ροή μέσω της βαλβίδας.

(Η υδραυλική πίεση που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της κίνησης του κινητήρα ονομάζεται πιλοτική πίεση. Η χρήση πιλοτικής πίεσης για τον έλεγχο μιας βαλβίδας ονομάζεται πιλοτικός έλεγχος και αποτελεί την πιο συνηθισμένη μέθοδο ελέγχου όλων των τύπων υδραυλικών βαλβίδων.)

Εάν η κύρια πρίζα αυτού του τύπου βαλβίδας ελέγχου της πίεσης συνδέεται με την πλευρά της πίεσης του συστήματος και η πίεση που εφαρμόζει η αντλία είναι υπερβολικά υψηλή, η ροή από την αντλία μπορεί να αποκλειστεί μέσω αυτής της βαλβίδας προς τη δεξαμενή λαδιού — αυτός ο τύπος βαλβίδας ελέγχου πίεσης που είναι κανονικά κλειστή ονομάζεται βαλβίδα ασφαλείας.

Σχήμα 7-2: Κανονικά κλειστή βαλβίδα ελέγχου πίεσης (λειτουργία βαλβίδας ασφαλείας). Το ελατήριο κρατάει τον κινητήρα κλειστό μέχρις ότου η πίεση του συστήματος υπερβεί τη ρύθμιση του ελατηρίου, οπότε ο κινητήρας μετατοπίζεται και ανοίγει μια διαδρομή προς τη δεξαμενή.

Σχήμα 7-3 Ένα απλό υδραυλικό κύκλωμα με έλεγχο πίεσης (βαλβίδα ασφαλείας). Όταν ο κύλινδρος φτάσει στο τέλος της διαδρομής του, η βαλβίδα ασφαλείας ανοίγει και επιστρέφει τη ροή της αντλίας στη δεξαμενή, περιορίζοντας έτσι τη μέγιστη πίεση του συστήματος.

Κατευθυντικός Έλεγχος Ενεργοποιητών

Μόλις ένας υδραυλικός κύλινδρος εκτείνεται πλήρως, πρέπει να συρθεί ξανά για να επιτευχθεί εκ νέου η εκτέλεση εργασίας. Γι’ αυτόν τον λόγο, οι κύλινδροι που πρέπει να κινούνται σε δύο κατευθύνσεις χρησιμοποιούν συνήθως υδραυλικούς κυλίνδρους με δύο θύρες — διπλής δράσης κυλίνδρους. Η κατεύθυνση της ροής πρέπει να αντιστραφεί ταυτόχρονα.

Υδραυλικό κύλινδρο διπλής ενέργειας

Ένας υδραυλικός κύλινδρος διπλής δράσης διαθέτει μία θύρα σε κάθε άκρο του κυλίνδρου, επιτρέποντας στο λάδι να εισέρχεται και να εξέρχεται, ώστε το έμβολο να μπορεί να κινείται και στις δύο κατευθύνσεις (διπλής δράσης). Για να διακρίνουμε τις δύο θύρες ενός κυλίνδρου διπλής δράσης, σημειώνουμε τη μία θύρα ως «Α» και την άλλη ως «Β».

ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΚΟΥΜΠΙΟΥ

Τα εσωτερικά κινούμενα εξαρτήματα μιας βαλβίδας κατευθυντικού ελέγχου έχουν τη λειτουργία να συνδέουν ή να αποκλείουν τις εσωτερικές διαδρομές του σώματος της βαλβίδας, ελέγχοντας έτσι την κατεύθυνση της ροής του λαδιού.

Κατασκευή βαλβίδας κατευθυντικού ελέγχου

Μια τυπική βαλβίδα κατευθυντικού ελέγχου διαθέτει τέσσερις εσωτερικούς αγωγούς στο σώμα της βαλβίδας και ένα ολισθαίνοντα έμβολο που μπορεί να συνδέει ή να αποκόπτει αυτούς τους αγωγούς.

Πώς λειτουργεί μια βαλβίδα κατευθυντικού ελέγχου

Όταν το έμβολο βρίσκεται σε μία από τις ακραίες θέσεις του, ο αγωγός πίεσης συνδέεται με τον αγωγό εργασίας Α, ενώ ο αγωγός επιστροφής συνδέεται με τον αγωγό εργασίας Β. Όταν το έμβολο μετακινηθεί στην άλλη ακραία θέση, ο αγωγός πίεσης συνδέεται με τον αγωγό εργασίας Α, και ο αγωγός επιστροφής συνδέεται με τον αγωγό εργασίας Β. Η αλλαγή κατεύθυνσης του εμβόλου αντιστρέφει την κατεύθυνση ροής του λαδιού προς το υδραυλικό κύλινδρο.

Όταν η ράβδος του κυλίνδρου εκτείνεται και συρρικνώνεται πλήρως όπως απαιτείται, η εργασία ολοκληρώνεται. Όταν το έμβολο μετακινηθεί στην άλλη ακραία θέση, το λάδι ρέει στην άλλη πλευρά του κυλίνδρου — και η ράβδος του κυλίνδρου συρρικνώνεται.

Σχήμα 7-4: Βαλβίδα κατευθυντικού ελέγχου σε κύκλωμα διπλής δράσης. Η μετατόπιση του εμβόλου αντιστρέφει την κατεύθυνση ροής του λαδιού, γεγονός που αντιστρέφει την κίνηση του κυλίνδρου.

Έλεγχος ταχύτητας ενεργοποιητών

Σε πολλές εφαρμογές, η ταχύτητα λειτουργίας του ενεργοποιητή πρέπει να ελέγχεται και μερικές φορές με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ταχύτητα των ενεργοποιητών (κυλίνδρων, υδραυλικών κινητήρων) σχετίζεται άμεσα με τον ρυθμό εισαγωγής λαδιού — η ταχύτητα του ενεργοποιητή καθορίζεται από την παροχή εισόδου.

Εφόσον η μετατόπιση της αντλίας μπορεί να είναι σταθερή, είναι δυνατόν να επιλεγεί η παροχή της αντλίας βάσει της απαιτούμενης ταχύτητας του ενεργοποιητή. Αυτό είναι εφικτό μόνο σε συστήματα με έναν μόνο ενεργοποιητή.

Συνήθως, σε ένα υδραυλικό σύστημα υπάρχουν περισσότεροι από ένας ενεργοποιητές. Εάν το σύστημα απαιτεί κάθε υδραυλικό κύλινδρο να λειτουργεί ανεξάρτητα, η παροχή της αντλίας πρέπει να επιλεγεί βάσει του μεγαλύτερου υδραυλικού κυλίνδρου που απαιτεί τη μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτό σημαίνει ότι οι μικρότεροι ενεργοποιητές θα κινούνται ταχύτερα, γεγονός που ενδέχεται να μην είναι επιθυμητό. Για να μειωθεί η παροχή που εισέρχεται σε αυτούς ή σε οποιονδήποτε άλλο ενεργοποιητή, πρέπει να χρησιμοποιηθεί βαλβίδα ελέγχου παροχής.

Σειρμός Ελέγχου Ροής

Κατά τη χρήση βαλβίδας ελέγχου παροχής, είναι πάντα δυνατόν να μειωθεί η παροχή από την αντλία προς τον ενεργοποιητή.

Κατασκευή βαλβίδας ελέγχου ροής

Μια τυπική βαλβίδα ελέγχου ροής αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας και ένα κινούμενο μέρος. Στο παράδειγμά μας, το κινούμενο μέρος είναι μια βελονοειδής ρυθμιζόμενη βελόνα με κωνικό άκρο. Δεδομένου ότι η βελόνα δεν κινείται πραγματικά κατά τη λειτουργία (προρυθμίζεται σε μια συγκεκριμένη θέση), είναι πιο κατάλληλο να αναφερόμαστε στα κινούμενα μέρη της βαλβίδας ελέγχου ροής ως «ρυθμιζόμενα» παρά ως «κινούμενα».

Πώς λειτουργεί μια βαλβίδα ελέγχου ροής

Σε ένα υδραυλικό σύστημα, η βαλβίδα ελέγχου ροής λειτουργεί πάντα σε συνδυασμό με τη βαλβίδα ελέγχου πίεσης (ασφαλείας). Η βαλβίδα ελέγχου ροής αποτελεί μια αντίσταση. Προκαλεί την αντλία να παράγει υψηλότερη πίεση. Αυτή η πίεση μπορεί να προκαλέσει το μέρος της ροής από την αντλία να ανοίξει τη βαλβίδα ασφαλείας, με αποτέλεσμα τη μείωση της ροής μέσω της βαλβίδας ελέγχου ροής και την επίτευξη του ενεργοποιητή.

Σχήμα 7-5: Κύκλωμα ελέγχου ροής. Η βελονοειδής βαλβίδα περιορίζει τη ροή προς τον κύλινδρο. Η περίσσευση της ροής της αντλίας διοχετεύεται μέσω της βαλβίδας ασφαλείας στη δεξαμενή. Το άνοιγμα της βελονοειδούς βαλβίδας καθορίζει την ταχύτητα του κυλίνδρου.

Ένα απλό υδραυλικό σύστημα

Όλα τα συστατικά που αναφέρθηκαν παραπάνω μπορούν να αποτελέσουν ένα απλό υδραυλικό σύστημα. Επειδή η υδραυλική ενέργεια σε αυτό το σύστημα είναι ελεγχόμενη, το σύστημα μπορεί να εκτελεί χρήσιμο έργο.

Τα υδραυλικά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλούς τομείς, από την αεροδιαστημική, τα αεροσκάφη και τον στρατιωτικό εξοπλισμό μέχρι τον βιομηχανικό εξοπλισμό, τις μηχανές για μετακίνηση και τον εξοπλισμό χάλυβα. Αρχές λειτουργίας των υδραυλικών συστημάτων σε όλες αυτές τις εφαρμογές είναι οι ίδιες με εκείνες που περιγράφηκαν παραπάνω. Η μόνη διαφορά μεταξύ των διαφόρων «τύπων» υδραυλικών συστημάτων έγκειται στα συστατικά που χρησιμοποιούνται.

Στα επόμενα κεφάλαια, θα εξετάσουμε λεπτομερώς διάφορους τύπους συστατικών — που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικά υδραυλικά συστήματα. Για να εξηγήσουμε πώς χρησιμοποιούνται αυτά τα συστατικά, θα σχεδιάσουμε επίσης ορισμένα βασικά υδραυλικά κυκλώματα.

Γραφικά Σύμβολα Υδραυλικών Συστημάτων

Σε προηγούμενες συζητήσεις για υδραυλικά εξαρτήματα και βασικά συστήματα, όλα εξηγήθηκαν γραφικά — με χρήση εγκάρσιων τομών για να απεικονιστούν οπτικά οι εσωτερικές λειτουργίες των εξαρτημάτων. Αυτή η μέθοδος είναι χρήσιμη για την εξήγηση προβλημάτων, αλλά είναι απρακτική από καθημερινή λειτουργική άποψη.

Όπως και άλλα τεχνικά πεδία, η υδραυλική χρησιμοποιεί επίσης γραφικά σύμβολα για την αναπαράσταση εξαρτημάτων και συστημάτων. Τα διάφορα υδραυλικά εξαρτήματα και τα απλά συστήματα που συζητήθηκαν προηγουμένως μπορούν όλα να αναπαρασταθούν με τα πρότυπα γραφικά σύμβολα υδραυλικών και πνευματικών συστημάτων ANSI Y32.10 ή ISO 1219.

Εκτός από τα εξαρτήματα που ήδη συζητήθηκαν, τα εξαρτήματα που αποτελούν ένα υδραυλικό σύστημα περιλαμβάνουν επίσης ηλεκτρικούς κινητήρες, υδραυλικά φίλτρα κ.λπ. Τα υδραυλικά συστήματα κινούνται συνήθως από ηλεκτρικούς κινητήρες. Επιπλέον, για να διατηρηθεί ένα λογικό επίπεδο καθαρότητας, τα υδραυλικά συστήματα πρέπει να χρησιμοποιούν υδραυλικά φίλτρα για να προστατεύσουν το λάδι από μόλυνση.

Σχήμα 7-7 Τυποποιημένα γραφικά σύμβολα υδραυλικών κυκλωμάτων (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Τα σύμβολα αυτά χρησιμοποιούνται σε όλα τα διαγράμματα υδραυλικών κυκλωμάτων αντί για τομές.

Σχήμα 7-8 Ένα πλήρες, απλό υδραυλικό κύκλωμα που εμφανίζεται με τυποποιημένα γραφικά σύμβολα. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάζονται τα υδραυλικά κυκλώματα στη μηχανική πρακτική.