Suuntaventtiili koostuu venttiilirungosta, jossa on sisäiset kanavat, ja liikkuvasta osasta, jota kutsutaan luistiksi. Luisti voi yhdistää tai tukkia sisäiset kanavat. Useimmissa tavallisissa teollisuushydrauliikkaventtiileissä luisti on sylinterimäinen – tätä tyyppiä kutsutaan luistityyppiseksi suuntaventtiiliksi tai yksinkertaisesti luistiventtiiliksi. Luistiventtiilit ovat yleisimmin käytetty suuntaventtiilityyppi teollisuushydrauliikassa. Tässä luvussa selitetään niiden tyypit, rakenne, toimintaperiaatteet ja ohjausmenetelmät.

Nelitieventtiili

Ensimmäinen harkittava suuntaventtiilityyppi on sellainen, jossa on neljä sisäistä kanavaa: painekanava, paluukanava (säiliökanava) ja kaksi työkanavaa. Tämä on nelitiesuuntaventtiili – nimetty venttiilirungon neljän eri kanavan mukaan. Nelitiesuuntaventtiili ohjaa hydraulisylintereitä tai hydraulimoottoreita kääntämään pyörimissuunnan.

Nelitieventtiilin toiminta piirissä

Kaikki suuntaventtiilit koostuvat venttiilirungosta ja sisäisestä liikkuvasta luistista. Luistilla on vähintään kaksi asentoa – kaksi päätyasentoa. Nämä kaksi asentoa on esitetty suuntaventtiilin graafisessa symbolissa kahdella erillisellä laatikolla. Kummassakin laatikossa on nuolia, jotka osoittavat, miten venttiilirungon sisäiset kanavat ovat yhteydessä toisiinsa, kun luisti on kyseisessä asennossa. Kun suuntaventtiili on esitetty graafisella symbolilla, molempien laatikoiden on oltava yhteydessä toisiinsa. Kun se sijoitetaan piiriin, täsmälleen yhden laatikon on oltava yhteydessä piiriin. Näin toimiessa, kun toimilaite liikkuu yhteen suuntaan, suuntaventtiilin sisäinen virtausreitti näkyy selvästi. Kun symbolin toisen laatikon on näytettävä toimilaitteen liikkuvan vastakkaiseen suuntaan, liu'uta toinen laatikko yksinkertaisesti tasaisesti piiriin.

Suuntaventtiiliä, jossa on vain kaksi luistiasentoa, kutsutaan kaksiasentoiseksi venttiiliksi.

Kuva 10-1 Nelitiesuuntaventtiili. Kahden laatikon symboli edustaa kahta luistin asentoa. Vain yksi laatikko kytketään piiriin kerrallaan; luistin siirtäminen vaihtaa aktiivista laatikkoa ja kääntää sylinterin pyörimissuunnan.

Nelitieventtiilipiirin toiminto

Kun kela on yhdessä päätyasennossa, painekanava yhdistyy työkanavaan A ja paluukanava yhdistyy työkanavaan B. Kun kela siirtyy toiseen päätyasentoon, painekanava yhdistyy työkanavaan B ja paluukanava yhdistyy työkanavaan A. Kelan päätyasennon vaihtaminen vaihtaa öljyn virtaussuuntaa hydraulisylinteriin, jolloin tanko ojenee tai supistuu.

Kolmitieventtiili

Kolmitieventtiilissä on kolme sisäistä kanavaa: painekanava, paluukanava ja yksi työkanava. Sen tehtävänä on: kun luisti on yhdessä ääriasennossa, se paineistaa työkanavan; kun se on toisessa ääriasennossa, se vapauttaa työkanavan paineen. Toisin sanoen kolmitieventtiili kytkee yhden työkanavan paineistuksen ja paineenalennustilan päälle.

Kolmitieventtiilipiirin toiminta

Kolmitieventtiili voi ohjata yksitoimisia toimilaitteita, kuten jousipalautteisia mäntäsylintereitä. Tällaisissa sovelluksissa kolmitieventtiili syöttää yhdessä asennossa paineöljyä sylinterin varren vapaaseen päähän; toiseen asentoon kytkettäessä virtaus toimilaitteeseen estyy ja toimilaitteen kanava yhdistyy venttiilirungon sisällä olevaan paluukanavaan, jolloin sylinterin varsi voi vetäytyä sisään painovoiman tai jousivoiman avulla.

Kun kolmitieventtiili on työkanavan ja paluukanavan yhdistävässä asennossa, pystysuoraan asennettu mäntäsylinteri voi vetäytyä sisään painovoiman vaikutuksesta, kun taas jousipalautteinen sylinterin varsi vetäytyy sisään jousivoiman vaikutuksesta.

Teollisuuden hydrauliikkasovelluksissa kolmitieventtiilejä käytetään harvoin. Jos tarvitaan kolmitietoimintoa, käytetään yleensä nelitieventtiiliä, jossa on toinen työaukko suljettuna.

Kuva 10-3 Kolmitiesuuntaventtiili ohjaa yksitoimisia (jousipalautteisia) sylintereitä. Yksi asento paineistaa; toinen asento yhdistää sylinterin säiliöön ja antaa jousen vetää tankoa sisään.

Kaksisuuntainen suuntaventtiili

Kaksitieventtiilissä on vain kaksi kanavaa – nämä kaksi kanavaa voidaan yhdistää tai irrottaa luistin avulla. Kun luisti on toisessa ääriasennossa, virtauskanava venttiilin läpi on auki; kun se on toisessa ääriasennossa, kanava on suljettu.

Kaksitieventtiilipiirin toiminta

Kaksitiesuuntaventtiili toimii virtapiirin päälle/pois-kytkimenä. Tätä toimintoa käytetään monissa järjestelmissä turvalukituksena tai eristämään ja kytkemään järjestelmän eri komponentteja.

Suuntaventtiilien luokitukset ja tekniset tiedot

Teollisuushydrauliikassa käytettäviä suuntaventtiilejä on saatavilla useina peruskokoina: 1/4", 3/8", 1/2", 3/4" ja 1-1/4" (6,35 mm, 9,5 mm, 12,7 mm, 19,05 mm ja 31,75 mm). Teollisuussovelluksissa ne luokitellaan yleensä keskimääräisen virtauskapasiteetin eikä porttikoon mukaan. Esimerkiksi nimelliskapasiteetit ovat: 3–10 gpm (11,37–37,9 lpm), 10–20 gpm (37,9–45,48 lpm), 40 gpm (75,8 lpm), 80 gpm (303,2 lpm) ja 160 gpm (379 lpm). Nimellisvirtauksella painehäviö P:stä A:han tai B:stä T:hen on noin 40 psi (2,76 bar).

Suuntaventtiilin kela

Näkemämme nelitiesuuntaventtiilin kela on akseli, jossa on kolme suuren halkaisijan omaavaa lieriömäistä osaa, joita kutsutaan tasoitetuiksi osiksi. Kolmen tasoitetason välinen yhtä suuri etäisyys määrittelee tämän kolmitasoiseksi kelaksi. Useimmat teolliset hydrauliset suuntaventtiilit ovat kaksi- tai nelitasoisia keloja. Pienemmän virtausluokan virtausventtiileissä käytetään tyypillisesti kaksitasoisia keloja; nelitasoiset kelat ovat yleisempiä suuremmissa virtausluokan venttiileissä.

Kuva 10-5 Suuntaventtiilien kelat. Kaksikaistaiset kelat ovat yleisiä pienemmissä venttiileissä ja nelikaistaiset kelat suuremmissa. Kellojen lukumäärä ja sijainti määräävät, mitkä kanavat on yhdistetty tai tukittu kussakin kelan asennossa.

Pohjalevyyn asennettu nelitieventtiili

Yllä kuvatussa nelitiesuuntaventtiilissä on neljä porttia. Yleensä paine- ja paluuportit ovat venttiilirungon toisella puolella, kun taas kaksi työporttia ovat vastakkaisilla puolilla. Tämä porttijärjestely on hyvin lähellä suuntaventtiilin graafista symbolia. Asennuksen helpottamiseksi useimmat teolliset hydrauliset suuntaventtiilit käyttävät aluslevyyn kiinnitettyä rakennetta: venttiilirunko on pultattu aluslevyyn, joka on yhdistetty järjestelmälinjoihin. Alustaan kiinnitetyt venttiiliportit ovat venttiilirungon pohjassa.

Suuntaventtiilien toimilaitteet

Olemme nähneet, että suuntaventtiilin kela voidaan sijoittaa jompaankumpaan päähän. Kelaa voidaan liikuttaa mekaanisesti, sähköisesti, hydraulisesti, pneumaattisesti tai manuaalisesti.

Manuaalinen toiminta

Lihasvoimalla liikutettavaa suuntaventtiiliä kutsutaan käsikäyttöiseksi venttiiliksi. Käsikäyttöisiä käyttölaitteita on monenlaisia, kuten vipuja, painikkeita ja jalkapolkimia. Yleisin mekaaninen käyttömekanismi on nokkatappi, jonka yläosassa on rulla – kun toimilaitteen nokka liikkuu alas ja osuu rullaan, kela siirtyy toiseen asentoon. Käsikäytössä suuntaventtiilin toimintajärjestys ja ohjaus määräytyvät käyttäjän aikomuksen mukaan. Jos suuntaventtiilin on siirryttävä tietyssä toimilaitteen asennossa, voidaan käyttää mekaanisesti toimivaa suuntaventtiiliä.

Pilot-hallinta

Suuntaventtiilien karat voidaan siirtää myös pneumaattisella tai hydraulisella esiohjauspaineella. Nelikaistaisissa karaissa esiohjauspaine vaikuttaa karaen kara-asemiin molemmissa päissä. Kaksikaistaisissa karaissa esiohjauspaine vaikuttaa yhteen esiohjausmäntään.

Solenoidi (sähkömagneettinen) ohjaus

Yleisin tapa ohjata suuntaventtiiliä on solenoidilla (sähkömagneetilla). Solenoidi on sähkömekaaninen laite, joka muuntaa sähköenergian lineaariseksi mekaaniseksi voimaksi ja liikkeeksi. Vastaava toimilaite hydraulijärjestelmässä on hydraulisylinteri.

Kuiva solenoidi

Kahdesta solenoidityypistä kuivatyyppinen on aikaisempi malli. Se toimii sähkömagneettisten perusperiaatteiden mukaisesti ja koostuu T-kirjaimen muotoisesta rautasydämestä, kelasta ja C-kirjaimen muotoisesta rungosta. Rautasydämen muodon ja kelaa ympäröivän rungon vuoksi tätä tyyppiä kutsutaan joskus "CT"-sähkömagneetiksi. Rauta on hyvä magneettijohdin, kun taas ilmalla on huono magneettinen johtavuus. Kuivatyyppisen solenoidin toimintaperiaate on seuraava: magneettikenttä vetää rautasydämen kelaan, mikä vähentää kelan keskellä olevan ilmaraon aiheuttamaa suurta magneettista vastusta. Kun rautasydämen liikkuu sisäänpäin, ilmarako pienenee vähitellen, sähkömagneettinen työntövoima kasvaa ja sähkömagneettinen voima on suurempi, kun rautasydän on kelan sisällä kuin sen ulkopuolella.

Märkätyyppinen solenoidi

Märkäsolenoidi on suhteellisen uudempi rakenne teollisuushydrauliikan alalla. Ilmarakorakenteisiin verrattuna märkäsolenoidin etuna on parempi lämmönpoisto ja työntötangon tiivisteiden poistaminen, jotka voivat aiheuttaa vuotoja kuivatyyppisissä solenoideissa, mikä parantaa luotettavuutta.

Märkätyyppinen solenoidirakenne

Märkäsolenoidi koostuu kelasta, suorakaiteen muotoisesta rungosta, työntötangosta, ankkuriosasta (rautasydämestä) ja ohjausputkesta. Käämi on suljettu suorakaiteen muotoiseen kehykseen; molemmat on tiivistetty yhteen muovilla. Tässä kokoonpanossa on läpireikä, joka kulkee kelan keskellä ja rungon molemmilla sivuilla – tämä reikä sopii ohjausputken päälle. Ohjausputki sisältää ankkurin. Ohjausputki on puristettu kiinni suuntaventtiilin runkoon; ohjausputken sisäontelo on yhteydessä suuntaventtiilin paluukanavaan, joten ankkuri on upotettu järjestelmäöljyyn – tästä syystä sitä kutsutaan "märkäankkuriksi".

Kuinka märkätyyppinen solenoidi toimii

Kun virta kulkee kelan läpi, kela synnyttää magneettikentän, jota vahvistaa kelan ympärillä oleva suorakaiteen muotoinen raudan magneettinen rata ja kelan keskellä oleva ankkurin runko. Kun virta kohdistetaan märkään ankkurin runkoon, liikkuva ankkuri on osittain kelan ulkopuolella. Virran tuottama magneettikenttä vetää ankkuria sisäänpäin, osuu venttiilikelaan mekaanisesti kytkettyyn työntötankoon ja siirtää suuntaventtiiliä. Kelan siirtyessä ankkuri työntyy kokonaan kelan sisään keskittäen kelan magneettikentän kokonaan raudan magneettiseen rataan.

Rauta on hyvä magneettijohdin, kun taas ankkuria ja työntötankoa ympäröivällä öljyllä on erittäin huono magneettinen johtavuus. Märkäsolenoidin toimintaperiaate on seuraava: magneettikenttä vetää ankkuria sisäänpäin pienentääkseen suurta ilmarakoa kelan keskellä. Kun ankkuria liikkuu sisäänpäin, rako pienenee vähitellen, sähkömagneettinen työntövoima kasvaa, ja kun ankkuri on kokonaan kelan sisällä, sähkömagneettinen voima on suurempi kuin ulkopuolella.

Kuva 10-9 Märkätyyppinen solenoidi. Ankkuri on upotettu hydrauliikkaöljyyn (tästä syystä "märkä"), mikä poistaa työntötangon dynaamisen tiivistyksen. Parempi lämmönpoisto ja luotettavuus verrattuna kuivatyyppiseen.

AC-hurina

Yhdysvalloissa teollisuuden ohjausteho on tyypillisesti vaihtovirtaa. Yhdysvalloissa vaihtovirta vaihtelee nollasta positiiviseen huippuun, takaisin nollan kautta negatiiviseen huippuun ja takaisin nollaan 60 syklin nopeudella sekunnissa (60 Hz). Kun virta on positiivisessa tai negatiivisessa huipussa, magneettikenttä ja sähkömagneettinen voima ovat maksimissaan. Kun virta pienenee nollan alapuolelle, myös magneettikenttä ja voima heikkenevät, mikä saa jousijännitetyn solenoidikuorman (yleensä jousijännitetty venttiilikela) työntämään rautasydämen tai -ankkurin ulospäin. Kun kenttä ja voima kehittyvät uudelleen, ne vetävät rautasydämen tai -ankkurin takaisin sisäänpäin. Tämä liike luo solenoidin surina-, hurina- tai värähtelyäänen – vaihtovirran hurinaa.

Oikosulkurengas (varjostuskela)

Vaihtovirtakohinan vähentämiseksi ja solenoidin työntövoiman lisäämiseksi käytetään kompensointiin oikosulkurengasta (varjostuskelaa). Kuivatyyppisissä solenoideissa oikosulkurengas on C-muotoiseen runkoon kiinnitetty kuparirengas. Märkätyyppisissä solenoideissa se on ohjausputken työntötangon päässä oleva kuparirengas. Solenoidin toimiessa rengas indusoi virran, joka on jäljessä käytetystä käyttövirrasta. Tällä tavoin, kun kelan päämagneettikenttä on minimissään, oikosulkurenkaan magneettikenttä riittää pitämään rautasydämen tai ankkurin paikallaan, mikä vähentää huomattavasti vaihtovirtakohinaa.

Pyörrevirrat

Sykkivä vaihtovirta-magneettikenttä voi aiheuttaa solenoidiin pieniä hajavirtoja – pyörrevirtoja, jotka virtaavat pienissä piireissä raudan magneettikentän reitillä, kuluttavat tehoa ja tuottavat lämpöä, mikä vähentää solenoidin lähtötyöntövoimaa. Pyörrevirtavaikutusten minimoimiseksi kuivatyyppisen solenoidin C-runko ja rautasydän valmistetaan ohuista metallilaminaateista. Metallilaminaatit on eristetty toisistaan oksidikerroksilla. Magneettikenttä kulkee helposti laminaattien normaalia magneettikenttää pitkin, mutta eristävien kerrosten vuoksi pyörrevirrat eivät voi virrata laminaattien välillä. Koska C-runko valmistetaan pinoamalla eristettyjä laminaatteja yhteen, sitä kutsutaan yleisesti "C-runkopinoksi". Märkätyyppisissä solenoideissa pyörrevirtojen minimointiin käytetään eristettyjä rautalaminaatteja suorakaiteen muotoisessa rungossa, mutta ankkurin osalta tämä ei ole mahdollista, koska märkätyyppiset solenoidit ovat tehokkaampia kuin kuivatyyppiset. Kestävyyden kannalta ankkurin valmistaminen laminaateista ei ole mahdollista – märkätyyppisissä solenoideissa ankkuri on kiinteä kappale.

Solenoidin käynnistysvirta

Solenoidikäämeissä oleva vaihtovirta tuottaa sähkömagneettista voimaa, joka siirtää suuntaventtiilin kelaa, mutta myös tuottaa lämpöä, joka lopulta polttaa solenoidikäämin. Mitä enemmän virtaa solenoidikäämin läpi kulkee, sitä suurempi on solenoidikäämin vikaantumisen todennäköisyys. Jos solenoidi ei liiku ilmaraon sulkemiseksi, käämissä kulkee erittäin suuri virta, mikä aiheuttaa ylikuumenemista. Toisin kuin hydraulijärjestelmissä, joissa virtaus on suhteellisen vakio, normaaleissa sähköjärjestelmissä virta liittyy resistanssiin – suurempi resistanssi tarkoittaa pienempää virtaa ja vähemmän lämpöä. Koska lämpö vaikuttaa merkittävästi solenoidin käyttöikään, tavoitteena on käyttää mahdollisimman vähän virtaa ja samalla tuottaa riittävästi siirtovoimaa. Tämä saavutetaan suunnittelemalla käämit, joilla on riittävä vaihtovirtaimpedanssi (reaktiivinen resistanssi).

Impedanssilla on kaksi osaa: johdinmateriaalin puhdas resistanssi elektronien virtaukselle – kuparilla on pienempi resistanssi kuin alumiinilla – ja kelakäämien ympärillä olevan sähkömagneettisen kentän aiheuttama impedanssivaikutus. Tämä magneettikenttä estää tai rajoittaa virran pääsyä kelaan. Mitä voimakkaampi kenttä, sitä pienempi virta solenoidikelan käämeissä.

Kun solenoidiin kytketään virta ensimmäisen kerran, liikkuva rautasydän tai -ankkuri on osittain kelan ulkopuolella, mikä luo suuren ilmaraon kelan keskelle. Magneettikenttä ei ole tässä asennossa kovin voimakas; virranvastus tulee pääasiassa puhtaasta johdinvastuksesta, mikä tuottaa suuren käynnistysvirran kelan käämeihin. Kun rautasydän tai -ankkuri liikkuu sisäänpäin, ilmarako sulkeutuu vähitellen ja virta pienenee. Kun rautasydän tai -ankkuri on täysin paikallaan, impedanssi on suurimmillaan ja vaihtovirta on pienimmillään.

Solenoidin käynnistyksen yhteydessä syntyvä huippuvirta on moninkertainen pitovirtaan verrattuna, kun solenoidi on täysin paikallaan. Jos mekaaninen häiriö estää rautasydämen tai ankkurin täydellisen asettumisen, kelaan kulkee erittäin suuri virta, joka tuottaa valtavasti lämpöä. Suljetuissa kuivatyyppisissä solenoideissa tämä sulattaa kelan päässä olevat muoviosat; koteloiduissa kuiva- tai märkätyyppisissä solenoideissa se aiheuttaa muovitiivisteen kuplimisen. Molemmissa tyypeissä johtimen eristys palaa välittömästi, ja minuutin tai kahden kuluessa kela oikosulkeutuu – näin tapahtuu, kun jumittunut kela estää solenoidin liikkumisen.

Kuva 10-10 AC-solenoidin kytkentävirta vs. pitovirta. Ensimmäisellä käynnistyksellä suuri ilmaväli mahdollistaa suuren kytkentävirran (useita pitokertoja). Kun kela on täysin paikallaan, impedanssi nousee ja virta laskee. Jumittunut kela (ilmaväli ei koskaan sulkeudu) tarkoittaa jatkuvaa kytkentävirtaa – taattu kelan läpimurto.

Jatkuvasti mitoitetut solenoidit

Jatkuvatoiminen solenoidi voi pysyä jännitteellisenä pitkään ylikuumenematta. Solenoidin lämmönpoistokyky riittää johtamaan suurimman osan pienemmän pitovirran tuottamasta lämmöstä kelan läpi. Useimmat teollisuuden hydrauliset suuntaventtiilit käyttävät jatkuvatoimisia solenoideja.

Solenoidin rajoitukset

Solenoidiohjatuilla suuntaventtiileillä on joitakin rajoituksia. Ensinnäkin perinteisiä solenoideja ei voida käyttää märissä tai räjähdysherkissä ympäristöissä. Toiseksi, kun suuntaventtiilin käyttöiän on oltava erityisen pitkä, sähköisesti ohjattuja solenoideja vältetään yleensä myös. Solenoidien suurin haittapuoli on kenties se, että niiden tuottama siirtovoima on rajallinen. Itse asiassa suuremmilla suuntaventtiileillä tarvittava siirtovoima on melko suuri. Suuremmilla venttiileillä (1/4" tai 3/8" / 6,35 mm tai 9,5 mm) solenoidisuuntaventtiili asennetaan yleensä päälle, ja siirron aikana pienestä venttiilistä tuleva virtaus johdetaan suuren venttiililuistin vastaavalle puolelle. Tätä tyyppiä kutsutaan solenoidiohjatuksi pilot-suuntaventtiiliksi.

Solenoidin vikaantuminen

Lämpö on suoratoimisen suuntaventtiilin solenoidin vian pääsyy, jonka aiheuttaa yleensä solenoidin jumiutuminen, korkea ympäristön lämpötila tai matala jännite (riittämätön siirtovoima rautasydämen tai ankkurin täydelliseen asettamiseen).

Solenoidin jumiutuminen

Juuttunut kela estää rautasydämen tai ankkurin täydellisen asettumisen, minkä seurauksena solenoidikäämi ottaa jatkuvasti erittäin suuren käynnistysvirran. Solenoidi ei pysty johtamaan syntyvää valtavaa lämpöä ja lopulta polttaa kelan loppuun. Vaikka liiallinen virtaus venttiilin läpi voi tukkia solenoidin, mekaaninen häiriö kelan liikkeessä on yleisempi tukoksen syy. Epäpuhtaudet (kuten liete, metallihiutaleet, sydänhiekka ja PTFE-teippi) voivat tukkia kelan, tai kela voi juuttua kelan ja venttiilirungon välisiin purseihin. Öljyn hapettumishiukkasia ja öljylakkaa voi kerääntyä kelaan, jolloin kelan ja venttiilirungon välinen rako katoaa – puhdistaminen liuottimella voi poistaa öljylakkaa. Myös vääntynyt kiinnityslevy voi aiheuttaa solenoidin tukoksen – kiinnityspultteja kiristettäessä venttiilirunko voi taipua hieman, mikä rajoittaa kelan liikettä ja polttaa kelan loppuun. Kiinnityslevyn tasaisuusvaatimukset ovat tyypillisesti 0,0003–0,0005 tuumaa (0,00762–0,0127 mm).

Kuivatyyppisissä solenoidiventtiileissä rautasydämen ja C-rungon väliin syntyy kulumista, kun solenoidin rautasydämeä vedetään käämiin. Tämän tyyppistä solenoidia purettaessa on suositeltavaa asentaa rautasydän takaisin alkuperäiseen asentoonsa. Muuten kulunut osa ei voi kohdistua kunnolla, rautasydän ei asetu kokonaan paikoilleen ja solenoidista kuuluu surisevaa ääntä – mikä viittaa lähes vikaantuneeseen venttiiliin.

Joskus kaksoissolenoidisuuntaventtiilin molemmat solenoidit voivat aktivoitua samanaikaisesti – tämä tarkoittaa, että toinen rautasydän tai -ankkuri on täysin paikallaan, kun taas toinen on jumissa. Seurauksena on, että toinen solenoidikäämi palaa. Molempien solenoidien samanaikainen aktivoituminen johtuu yleensä sähköisen ohjauslaitteen vikaantumisesta tai johdotusvirheestä.

Korkea ympäristön lämpötila

Kun virta vetää solenoidin rautasydämen tai ankkurin sisäänpäin, syntyvä lämpö on poistettava kelasta. Jos ympäröivän ilman lämpötila on liian korkea, lämmön haihtuminen on vaikeaa ja kela voi palaa loppuun. Näin voi käydä, jos ilmanvaihto on huono tai laitteita käytetään lämmönlähteiden lähellä.

Alijännite

110 V:n, 60 Hz:n solenoidilla, kun verkkojännite laskee noin 100 V:iin, tuotettu sähkömagneettinen voima ei riitä sulkemaan rautasydäntä tai ankkuria kokonaan suunnitellussa aikajaksossa. Pidentyneen käynnistysvirran vuoksi solenoidi toimii korkeammassa lämpötilassa, mikä lopulta aiheuttaa vian. Joskus varhaisia merkkejä kelan palamisesta ovat surina tai värinä. Matalajänniteongelmia esiintyy usein monissa sähkönkäyttäjien laitosympäristöissä. Jos matalajännitettä epäillään, sähköyhtiö voi asentaa 24 tunnin tallennusmittarin todellisten olosuhteiden tarkistamiseksi.

Kolmiasentoinen suuntaventtiili

Edellisissä esimerkeissä on käsitelty kaksiasentoista suuntaventtiiliä (kahdella päätyasennolla). Joissakin sovelluksissa käytetään kolmiasentoista suuntaventtiiliä. Kolmas keskiasento on neutraali- tai siirtymäasento. Kolmiasentoisen suuntaventtiilin graafisessa symbolissa on kolme ruutua – keskimmäinen ruutu edustaa keskiasentoa ja sisäisiä liitäntöjä, kun luisti on keskellä.

Jousikeskitetty kolmiasentoinen venttiili

Yleisin kolmiasentoinen suuntaventtiilityyppi on jousikeskitetty. Tässä venttiilissä on jouset molemmissa päissä pitämään luisti keskiasennossa, kun kumpikaan solenoidi ei ole jännitteinen.

Kuva 10-12 Kolmiasentoinen jousikeskitetty suuntaventtiili. Jouset pitävät luistin keskellä, kun molemmat solenoidit ovat jännitteettömänä. Keskiasento määrää, mitä sylinterin kuormitukselle tapahtuu, kun kone pysäytetään.

Keskusolosuhteet

Keskiasennon konfiguraatioita on neljä. Keskiasennon valinta määrittää piirin käyttäytymisen, kun suuntaventtiili on keskellä (kumpikaan solenoidi ei ole jännitteinen):

Kuva 10-13 Neljä keskiasennon konfiguraatiota. Valinta riippuu piirin vaatimuksista: pitääkö sylinterin paikallaan, kelluako se vapaasti vai keventääkö pumppu venttiilin ollessa keskitettynä.

Proportionaaliset suuntaventtiilit

Vakiosuuntaventtiilit vaihtavat erillisten asentojen (auki/kiinni) välillä. Proportionaaliset suuntaventtiilit mahdollistavat luistin sijoittamisen mihin tahansa täysin avoimen ja täysin suljetun asennon välille, jolloin sähköisen tulosignaalin ja luistin asennon ja virtauksen välillä on tasainen suhde. Tämä mahdollistaa sekä suunnan että virtausnopeuden jatkuvan säädön yhdellä venttiilillä.

Pilottikäyttöiset suuntaventtiilit

Suurivirtaussovelluksissa, joissa solenoidin voima ei riitä pääkaran suoraan siirtämiseen, käytetään esiohjattua rakennetta. Pieni solenoidikäyttöinen esiohjausventtiili ohjaa esiohjauspaineen siirtämään suurempaa pääkaraa. Tämä kaksivaiheinen rakenne mahdollistaa pienten solenoidien ohjata erittäin suuria virtausnopeuksia – esiohjausventtiili suorittaa kytkennän ja esiohjauspaine liikuttaa pääkaraa.

Kuva 10-14 Esiohjattu suuntaventtiili. Pieni solenoidikäyttöinen esiohjattu venttiili (ylhäällä) reitittää esiohjauksen paineen suuren pääkaran (alhaalla) siirtämiseksi. Tämä rakenne mahdollistaa pienten solenoidien ohjaamisen suuren virtauksen pääventtiilejä.

Proportionaaliset solenoidisuuntaventtiilit

Ohjauslaitteeseen tulee peruutussignaali ja tulosignaali samanaikaisesti. Näiden kahden välillä syntyvä "virhesignaali" ohjaa ohjauslaitetta virittämään suhteellisesti toisen solenoidin "A" tai "B". Kun solenoidi saa virtaa, se muuntaa signaalin voimaksi. Venttiilirunkoon keskitetty suhteellinen solenoidi muuntaa yhdessä esiohjausventtiilin esijännitysjousen kanssa ohjauspaineen esiohjausventtiilin kelan asentoon. Asentoanturi LVDT on kytketty suoraan pääventtiilin kelaan, ja sen tehtävänä on antaa automaattinen takaisinkytkentä esiohjauskelalle.

Paine-erosuuntaventtiili (vääntömomenttimoottorin ohjaus)

Paine-erosuuntaventtiili on kolmivaiheinen – siinä on ohjausventtiili ensimmäisenä vaiheena ja pääventtiili toisena vaiheena. Ohjausventtiili on monimutkaisempi ja koostuu vääntömomenttimoottorista, jousista, suihkuputkista ja säädettävästä luistista, jossa on ohjauspäätykappaleet ja LVDT. Toinen vaihe (pääventtiili) on samanlainen kuin muut ohjauskäyttöiset suuntaventtiilit.

Ensimmäisen vaiheen ohjausventtiilin rakenne

Ohjausventtiili koostuu vääntömomenttimoottorista, suihkuputkesta, kelasta vasemmalla ja oikealla jousella sekä vastaavista komponenteista. Suihkuputki ohjaa ohjauspaineen kelan molempiin päihin. Ohjausventtiili on tyypiltään samanlainen kuin jousikeskitetty suuntaventtiili.

Toisen vaiheen pääventtiili

Toinen vaihe (pääventtiili) on samanlainen kuin muut proportionaaliset suuntaventtiilityypit, eikä sitä toisteta tässä.

Ohjausventtiilin toiminta

Sähköinen ohjaussignaali kulkee vääntömomenttimoottorin käämien läpi kahden solenoidin välillä. Sähköisten signaalien vertailu ja ero määrää vääntömomenttimoottorin magneettikentän suunnan. Riippuen siitä, kummalla solenoidilla on voimakkaampi signaali, suihkuputki suunnataan paineistamaan ohjausventtiilin kelan toista päätä. Samaan aikaan ohjauslaitteen lähtö lisää virtausta suuntaventtiilin kelan toiselle puolelle suhteelliseen arvoon asti, lisääen vähitellen virtausta tälle puolelle, kunnes suhteellinen arvo saavutetaan.

Keskeiset käsitteet — Luku 10