O valvă de comandă direcțională este compusă dintr-un corp de valvă cu canale interne și o parte mobilă numită piston. Pistonul poate conecta sau bloca canalele interne. Pentru majoritatea valvelor hidraulice industriale standard, pistonul are formă cilindrică — acest tip se numește valvă direcțională de tip piston, sau, pe scurt, valvă cu piston. Valvele cu piston sunt cel mai des utilizate tipuri de valve direcționale în hidraulica industrială. Acest capitol explică tipurile lor, construcția, principiile de funcționare și metodele de comandă.

Valvă direcțională cu patru căi

Primul tip de supapă direcțională care trebuie luat în considerare este cel cu patru canale interne: un canal de presiune, un canal de retur (rezervor) și două canale de lucru. Aceasta este supapa direcțională cu patru căi — denumită astfel datorită celor patru canale diferite din corpul său. Supapa direcțională cu patru căi controlează cilindrii hidraulici sau motoarele hidraulice pentru inversarea sensului de deplasare.

Funcția supapei cu patru căi într-un circuit

Toate supapele direcționale sunt compuse dintr-un corp de supapă și un distribuitor mobil intern. Distribuitorul are cel puțin două poziții — două poziții extreme. Aceste două poziții sunt reprezentate în simbolul grafic al unei supape direcționale prin două casete separate. În fiecare casetă, săgețile indică modul în care sunt conectate canalele interne ale corpului supapei atunci când distribuitorul se află în acea poziție. La reprezentarea unei supape direcționale cu ajutorul unui simbol grafic, cele două casete trebuie să fie conectate între ele. La includerea acesteia într-un circuit, exact o singură casetă trebuie să fie conectată în circuit. Astfel, când actuatorul se mișcă într-o anumită direcție, calea internă de curgere din supapa direcțională este clar evidențiată. Când cealaltă casetă a simbolului trebuie să ilustreze mișcarea actuatorului în direcția opusă, este suficient să se introducă această casetă în mod continuu în circuit.

O supapă direcțională cu doar două poziții ale distribuitorului se numește supapă cu două poziții.

Figura 10-1 Valvă direcțională cu patru căi. Simbolul cu două casete reprezintă cele două poziții ale știftului. Doar una dintre casete este conectată la circuit într-un moment dat; deplasarea știftului schimbă caseta activă, inversând sensul de deplasare al cilindrului.

Funcția circuitului valvulei cu patru căi

Când știftul se află într-o poziție extremă, trecerea de presiune se conectează la trecerea de lucru A, iar trecerea de retur se conectează la trecerea de lucru B. Când știftul comută în cealaltă poziție extremă, trecerea de presiune se conectează la trecerea de lucru B, iar trecerea de retur se conectează la trecerea de lucru A. Comutarea poziției extreme a știftului inversează sensul de curgere al uleiului în cilindrul hidraulic, determinând întinderea sau retragerea tijei.

Valvă direcțională cu trei căi

O supapă direcțională cu trei căi are trei canale interne: un canal de presiune, un canal de retur și un canal de lucru. Funcția sa este următoarea: când tija de comandă se află într-o poziție extremă, presurizează orificiul de lucru; când se află în cealaltă poziție extremă, depreseurizează orificiul de lucru. Cu alte cuvinte, supapa cu trei căi comută între presurizarea și depreseurizarea unui singur orificiu de lucru.

Funcția circuitului cu supapă cu trei căi

O supapă cu trei căi poate comanda actuatori cu acțiune simplă, cum ar fi cilindrii cu piston cu revenire prin arc. În astfel de aplicații, supapa cu trei căi, într-o poziție, alimentează cu ulei sub presiune capătul fără tijă al cilindrului; când este comutată în cealaltă poziție, fluxul către actuator este blocat, iar canalul actuatorului se conectează la canalul de retur din interiorul corpului supapei, astfel încât tija cilindrului poate reveni prin gravitație sau forța arcului.

Când robinetul cu trei căi se află în poziția care conectează conducta de lucru la conducta de retur, un cilindru cu piston montat vertical poate reveni sub acțiunea gravitației, în timp ce tija unui cilindru cu revenire prin arc se retrage sub acțiunea forței arcului.

În aplicațiile hidraulice industriale, robinetele cu trei căi sunt rareori întâlnite. Dacă este necesară o funcție cu trei căi, de obicei se folosește un robinet cu patru căi, cu una dintre conductele de lucru închisă.

Figura 10-3: Robinetul direcțional cu trei căi controlează cilindrii simplu-acionați (cu revenire prin arc). Într-o poziție, cilindrul este presurizat; în cealaltă poziție, cilindrul este conectat la rezervor și arcul determină retragerea tijei.

Robinet direcțional cu două căi

Un robinet direcțional cu două căi are doar două conducte — aceste două conducte pot fi conectate sau deconectate de către distribuitor. Când distribuitorul se află într-o poziție extremă, trecerea fluxului prin robinet este deschisă; când se află în cealaltă poziție extremă, trecerea este închisă.

Funcția circuitului cu robinet cu două căi

Valvula direcțională bidirecțională funcționează ca un întrerupător ON/OFF într-un circuit. Această funcție este utilizată în multe sisteme ca blocare de siguranță sau pentru a izola și conecta diverse componente din cadrul sistemului.

Clasificarea și specificațiile valvelor direcționale

Valvele direcționale utilizate în hidraulica industrială sunt disponibile în mai multe dimensiuni standard: 1/4", 3/8", 1/2", 3/4" și 1-1/4" (6,35 mm, 9,5 mm, 12,7 mm, 19,05 mm și 31,75 mm). În aplicațiile industriale, acestea sunt de obicei clasificate în funcție de capacitatea medie de debit, nu în funcție de dimensiunea racordurilor. De exemplu, capacitățile nominale sunt: 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) și 160 gpm (379 lpm). La debitul nominal, căderea de presiune de la P la A sau de la B la T este de aproximativ 40 psi (2,76 bar).

Sertarul valvei direcționale

Tulburatorul supapei direcționale cu patru căi pe care l-am văzut este un arbore cu trei secțiuni cilindrice de diametru mare, numite terenuri. Distanța egală dintre cele trei terenuri definește acesta ca fiind un tulburator cu trei terenuri. Majoritatea supapelor hidraulice direcționale industriale sunt tulburatoare cu două sau patru terenuri. Supapele cu debit mai mic utilizează în mod tipic tulburatoare cu două terenuri; tulburatoarele cu patru terenuri sunt mai frecvente în supapele cu debit mai mare.

Figura 10-5 – Tulburatoare ale supapelor direcționale. Tulburatoarele cu două terenuri sunt frecvente în supapele mai mici; cele cu patru terenuri, în supapele mai mari. Numărul și poziția terenurilor determină care treceri sunt conectate sau blocate în fiecare poziție a tulburatorului.

Supapă direcțională cu patru căi montată pe placă de bază

Valvula direcțională cu patru căi descrisă mai sus are patru orificii. În mod obișnuit, orificiile de presiune și de retur se află pe o parte a corpului valvulei, în timp ce cele două orificii de lucru se află pe partea opusă. Această dispunere a orificiilor este foarte asemănătoare cu simbolul grafic al valvulei direcționale. Pentru facilitarea instalării, majoritatea valvelor hidraulice direcționale industriale folosesc un design montat pe placă de bază: corpul valvulei este fixat cu șuruburi de o placă de bază care se conectează la liniile sistemului. Orificiile valvelor montate pe placă de bază se află pe fața inferioară a corpului valvulei.

Acționatori ai valvelor direcționale

Am văzut că tija mobilă (spool-ul) valvulei direcționale poate fi poziționată la unul sau celălalt capăt. Deplasarea tijei mobile poate fi realizată prin mijloace mecanice, electrice, hidraulice, pneumatice sau manuale.

Operare manuală

O valvă direcțională acționată prin forța musculară se numește valvă acționată manual. Există multe tipuri de dispozitive de comandă manuală, inclusiv pârghii, butoane de apăsare și pedale pentru picior. Mecanismul mecanic de comandă cel mai frecvent este un bolț cu came, ale cărui vârf este echipat cu un rulou — când cama din dispozitivul de acționare coboară și lovește ruloul, distribuitorul se deplasează într-o altă poziție. În cazul acționării manuale, secvența de acțiune și comanda valvei direcționale trebuie stabilite în funcție de intenția operatorului. Dacă valva direcțională trebuie să se deplaseze la o anumită poziție a dispozitivului de acționare, se poate utiliza o valvă direcțională acționată mecanic.

Comandă pilot

Distribuitorii valvei direcționale pot fi de asemenea deplasați folosind presiunea pilot pneumatică sau hidraulică. Pentru distribuitorii cu patru zone, presiunea pilot acționează asupra zonelor distribuitorului în ambele poziții extreme. Pentru distribuitorii cu două zone, presiunea pilot acționează asupra unui singur piston pilot.

Comandă electromagnetică (cu solenoid)

Cel mai frecvent mod de comandă a unei supape direcționale este cu ajutorul unui electromagnet (solenoid). Un solenoid este un dispozitiv electromecanic care transformă energia electrică în forță mecanică liniară și mișcare. Actuatorul corespunzător dintr-un sistem hidraulic este cilindrul hidraulic.

Solenoid de tip uscat

Dintre cele două tipuri de solenoizi, cel de tip uscat este proiectul mai vechi. Funcționează pe principii electromagnetice de bază și constă dintr-un miez de fier în formă de „T”, o bobină și un cadru în formă de „C”. Din cauza formei miezului de fier și a cadrului care înconjoară bobina, acest tip este uneori denumit electromagnet „CT”. Fierul este un bun conductor magnetic, în timp ce aerul are o conductivitate magnetică scăzută. Principiul de funcționare al solenoidului de tip uscat este următorul: câmpul magnetic atrage miezul de fier în interiorul bobinei, reducând astfel rezistența magnetică mare provocată de întrefierul din centrul bobinei. Pe măsură ce miezul de fier se deplasează în interior, întrefierul scade treptat, forța de atracție electromagnetică crește, iar forța electromagnetică exercitată asupra miezului de fier atunci când acesta se află în interiorul bobinei este mai mare decât atunci când se află în afara acesteia.

Solenoid de tip umed

Electromagnetul de tip umed este un design relativ nou în domeniul hidraulicii industriale. Comparativ cu construcțiile cu spațiu aerian, avantajul electromagnetului umed constă într-o disipare mai bună a căldurii și în eliminarea etanșărilor tijei de împingere, care pot provoca scurgeri în electromagneții de tip uscat, ceea ce îmbunătățește fiabilitatea.

Construcția electromagnetului de tip umed

Un electromagnet de tip umed este compus dintr-o bobină, un cadru dreptunghiular, o tijă de împingere, un armătură (nucleu de fier) și un tub ghid. Bobina este închisă în cadrul dreptunghiular; ambele componente sunt etanșate împreună cu plastic. Această asamblare are o gaură axială care străpunge centrul bobinei și ambele fețe ale cadrului — această gaură se montează peste tubul ghid. Tubul ghid conține armătura. Tubul ghid este montat prin presare pe corpul supapei direcționale; cavitatea interioară a tubului ghid este conectată la conducta de retur a supapei direcționale, astfel încât armătura este imersată în uleiul sistemului — de aici și denumirea de «armătură umedă».

Modul de funcționare al electromagnetului de tip umed

Când curentul trece prin bobină, aceasta generează un câmp magnetic, intensificat de calea magnetică rectangulară din fier înconjurătoare a bobinei și de armătura situată în centrul bobinei. Când curentul este aplicat bobinei cu armătură umedă, armătura mobilă se află parțial în afara bobinei. Câmpul magnetic generat de curent atrage armătura în interior, lovind tija de împingere mecanic conectată la distribuitorul valvei, determinând deplasarea valvei direcționale. Pe măsură ce distribuitorul se deplasează, armătura pătrunde complet în bobină, concentrând în întregime câmpul magnetic al bobinei în calea magnetică din fier.

Fierul este un bun conductor magnetic, în timp ce uleiul care înconjoară armătura și tija de acționare are o conductivitate magnetică foarte scăzută. Principiul de funcționare al electromagnetului de tip umed este următorul: câmpul magnetic atrage armătura spre interior pentru a reduce spațiul aerian mare din centrul bobinei. Pe măsură ce armătura se deplasează în interior, spațiul aerian scade treptat, forța electromagnetică de împingere crește, iar atunci când armătura este complet introdusă în bobină, forța electromagnetică este mai mare decât cea din exterior.

Figura 10-9 – Electromagnet de tip umed. Armătura este scufundată în ulei hidraulic (de unde denumirea de „umed”), eliminând etanșarea dinamică a tijei de acționare. Disiparea căldurii și fiabilitatea sunt superioare comparativ cu cele ale electromagnetului de tip uscat.

Zgomot de curent alternativ

În Statele Unite, puterea pentru comanda industrială este de obicei în curent alternativ (CA). Curentul alternativ din SUA oscilează de la zero la valoarea maximă pozitivă, revine prin zero la valoarea maximă negativă și apoi revine la zero cu o frecvență de 60 de cicluri pe secundă (60 Hz). Atunci când curentul se află la valoarea maximă pozitivă sau negativă, câmpul magnetic și forța electromagnetică sunt maxime. Pe măsură ce curentul scade prin zero, câmpul magnetic și forța scad și ele, determinând elementul de sarcină al electromagnetului cu arc (de obicei tija supapei cu arc) să împingă miezul de fier sau armătura în exterior. Când câmpul și forța cresc din nou, acestea trag înapoi miezul de fier sau armătura. Această mișcare generează sunetul de bâzâit, zumzet sau vibrație caracteristic electromagnetului — zumzetul CA.

Inel de scurtcircuit (bobină de umbrire)

Pentru reducerea zumzetului CA și creșterea forței de împingere a electromagnetului, se utilizează un inel de scurtcircuit (bobină de umbrire) pentru compensare. În electromagneții de tip uscat, inelul de scurtcircuit este un inel de cupru fixat pe cadrul în formă de C. În electromagneții de tip umed, acesta este un inel de cupru situat la capătul tijei de împingere al tubului ghid. În timpul funcționării electromagnetului, inelul induce un curent care este defazat în urma curentului de lucru aplicat. Astfel, atunci când câmpul magnetic principal al bobinei este la valoarea sa minimă, câmpul magnetic generat de inelul de scurtcircuit este suficient pentru a menține nucleul de fier sau armătura, reducând în mod semnificativ zumzetul CA.

Curenți turbionari

Câmpul magnetic alternativ pulsatoriu poate genera mici curenți parazitari în solenoid — aceștia sunt curenții de vârtej, care circulă în mici circuite pe traseul magnetic din fier, consumând putere și generând căldură, ceea ce reduce forța de împingere de ieșire a solenoidului. Pentru a minimiza efectele curenților de vârtej, se folosesc lamele metalice subțiri pentru realizarea cadrelor C și a miezului de fier al solenoizilor de tip uscat. Lamelele metalice sunt izolate una de cealaltă prin straturi de oxid. Câmpul magnetic pătrunde ușor pe traseul magnetic normal al laminatelor, dar, datorită straturilor izolante, curenții de vârtej nu pot circula între lamele. Deoarece cadrul C este realizat prin suprapunerea unor lamele izolate, acesta este denumit în mod obișnuit „stivă de cadre C”. În cazul solenoizilor de tip umed, minimizarea curenților de vârtej se realizează cu ajutorul unor lamele de fier izolate pentru cadrul dreptunghiular, dar această soluție nu este aplicabilă armăturii, deoarece solenoizii de tip umed sunt mai puternici decât cei de tip uscat. Din punct de vedere al durabilității, realizarea armăturii din lamele nu este fezabilă — în solenoizii de tip umed, armătura este o piesă masivă.

Curent de pornire al electromagnetului

Electricitatea alternativă din bobinele electromagnetului generează o forță electromagnetică care deplasează tija supapei direcționale, dar produce și căldură, provocând în cele din urmă arderea bobinei electromagnetului. Cu cât curentul care trece prin bobina electromagnetului este mai mare, cu atât probabilitatea de defectare a bobinei electromagnetului este mai mare. Dacă electromagnetul nu se deplasează pentru a închide jocul aerului, bobina va suporta un curent foarte ridicat, provocând supraîncălzirea. Spre deosebire de sistemele hidraulice, unde debitul este relativ constant, în sistemele electrice normale curentul este legat de rezistență — o rezistență mai mare înseamnă un curent mai mic și, respectiv, o căldură mai redusă. Deoarece căldura afectează în mod semnificativ durata de funcționare a electromagnetului, obiectivul este de a utiliza cât mai puțin curent posibil, dar în același timp de a genera o forță de deplasare suficientă. Acest lucru se realizează prin proiectarea bobinelor cu o impedanță alternativă (rezistență reactivă) suficientă.

Impedanța are două componente: rezistența pură a materialului conductor la trecerea electronilor — cuprul are o rezistență mai mică decât aluminiul — și efectul de impedanță produs de câmpul electromagnetic din jurul înfășurărilor bobinei. Acest câmp magnetic împiedică sau limitează trecerea curentului în bobină. Cu cât este mai intens câmpul, cu atât este mai mic curentul din înfășurările electromagnetului.

Când electromagnetul este alimentat pentru prima dată, miezul mobil de fier sau armătura se află parțial în afara bobinei, creând un spațiu aerian mare în centrul bobinei. Câmpul magnetic nu este foarte puternic în această poziție; rezistența la trecerea curentului provine în principal din rezistența pură a conductorului, generând un curent de pornire mare în înfășurările bobinei. Pe măsură ce miezul de fier sau armătura se deplasează în interior, spațiul aerian se închide treptat și curentul scade. Atunci când miezul de fier sau armătura este complet așezat în poziția finală, impedanța este maximă, iar curentul alternativ este minim.

Curentul de pornire maxim în momentul în care electromagnetul este alimentat pentru prima dată este de câteva ori mai mare decât curentul de menținere, atunci când armătura este complet așezată. Dacă o interferență mecanică împiedică miezul de fier sau armătura să se așeze complet, un curent foarte mare pătrunde în bobină — generând o căldură enormă. În cazul electromagnetelor uscate, neînchise, această căldură provoacă topirea componentelor din plastic de la capătul bobinei; în cazul electromagnetelor uscate închise sau al celor umede, determină umflarea sigiliului din plastic. În ambele tipuri, izolația conductorului se arde imediat, iar într-un minut sau două bobina se scurtcircuitează — acesta este efectul produs atunci când un rotor blocat împiedică deplasarea electromagnetului.

Figura 10-10: Electromagnet CA — curent de pornire versus curent de menținere. La prima alimentare, distanța mare dintre armătură și miezul feromagnetic permite un curent de pornire ridicat (de câteva ori mai mare decât cel de menținere). Odată ce armătura este complet așezată, impedanța crește și curentul scade. Un rotor blocat (distanța nu se închide niciodată) implică menținerea curentului de pornire pe durata întregii funcționări — ceea ce duce cu siguranță la arderea bobinei.

Electromagneți cu regim de funcționare continuu

Un electromagnet cu regim continuu poate rămâne alimentat timp îndelungat fără a se supraîncălzi. Capacitatea de disipare termică a electromagnetului este suficientă pentru a elimina cea mai mare parte a căldurii generate de curentul de menținere mai mic, care trece prin bobină. Cele mai multe supape hidraulice direcționale industriale folosesc electromagneți cu regim continuu.

Limitări ale electromagnetului

Valvulele direcționale comandate prin electromagnet au unele limitări. În primul rând, electromagneții obișnuiți nu pot fi utilizați în medii umede sau explozive. În al doilea rând, atunci când durata de funcționare a valvulelor direcționale trebuie să fie foarte lungă, electromagneții comandați electric sunt, de obicei, evitați. Probabil cel mai mare dezavantaj al electromagneților este faptul că forța de comutare pe care o pot genera este limitată. De fapt, pentru valvulele direcționale mai mari, forța de comutare necesară este destul de mare. Pentru valvulele mai mari (1/4" sau 3/8" / 6,35 mm sau 9,5 mm), o valvulă direcțională comandată prin electromagnet este, de obicei, montată în partea superioară, iar în timpul comutării, debitul provenit de la valvula mică este introdus pe partea corespunzătoare a tijei valvulei mari. Acest tip este denumit valvulă direcțională cu comandă pilot prin electromagnet.

Defecțiune electrovalvulă

Căldura este cauza principală a defectării electromagneților valvulelor direcționale cu acțiune directă, fiind, de obicei, provocată de blocarea electromagnetului, de temperatură ambientală ridicată sau de tensiune scăzută (forță de comutare insuficientă pentru a poziționa complet miezul de fier sau armătura).

Blocarea electromagnetului

Un rotor blocat împiedică miezul de fier sau armătura să se așeze complet, determinând bobina electromagnetului să absoarbă continuu un curent de pornire foarte ridicat. Electromagnetul nu poate disipa căldura enormă generată, ceea ce duce în cele din urmă la arderea bobinei. Deși un debit excesiv prin supapă poate bloca electromagnetul, interferența mecanică cu mișcarea rotorului este cauza mai frecventă de blocare. Contaminanții (cum ar fi noroiul, așchiile metalice, nisipul din miezul de turnare și banda PTFE) pot bloca rotorul, iar acesta poate fi, de asemenea, blocat de buruieni între rotor și corpul supapei. Particulele rezultate din oxidarea uleiului și lacul de ulei pot acumula pe rotor, eliminând astfel jocul dintre rotor și corpul supapei — lacul de ulei poate fi îndepărtat prin curățare cu solvent. O placă de montare deformată poate provoca, de asemenea, blocarea electromagnetului: atunci când șuruburile de montare sunt strânse, corpul supapei se poate deforma ușor, limitând mișcarea rotorului și provocând arderea bobinei. Cerințele privind planitatea plăcii de montare sunt, de obicei, în limitele de 0,0003–0,0005 in (0,00762–0,0127 mm).

Pentru electrovalvele de tip uscat, pe măsură ce miezul de fier al electrovalvei este tras în interiorul bobinei, apare uzură între miezul de fier și cadru C. La demontarea acestui tip de electrovalvă, se recomandă reasamblarea miezului de fier în poziția sa originală. În caz contrar, zona uzurată nu se va alinia corespunzător, miezul de fier nu se va așeza complet, iar electrovalva va emite un sunet de bâzâit — semn că se apropie de defectare.

Uneori, ambele electrovalve dintr-o valvă direcțională cu dublă electrovalvă pot fi alimentate simultan — ceea ce înseamnă că unul dintre miezurile de fier sau armăturile se așează complet, în timp ce celălalt este blocat. Rezultatul este arderea unei bobine de electrovalvă. Alimentarea simultană a ambelor electrovalve este, de obicei, cauzată de o defecțiune a dispozitivului de comandă electrică sau de o eroare de cablare.

Temperatură ambientală ridicată

Când curentul atrage miezul de fier sau armătura electrovalvei, căldura generată trebuie disipată din bobină. Dacă temperatura aerului înconjurător este prea ridicată, disiparea căldurii devine dificilă și bobina se poate arde. Acest lucru poate avea loc dacă ventilarea este slabă sau dacă echipamentul funcționează în apropierea unor surse de căldură.

Tensiune scăzută

Pentru o electrovalvă de 110 V, 60 Hz, atunci când tensiunea de linie scade la aproximativ 100 V, forța electromagnetică generată nu este suficientă pentru a poziționa complet miezul de fier sau armătura în intervalul de timp prevăzut în proiectare. Din cauza duratei prelungite a curentului de pornire, electrovalva funcționează la o temperatură mai ridicată, ceea ce duce, în cele din urmă, la defectare. Uneori, primele semne ale arderii bobinei sunt un zgomot de bâzâit sau de vibrație. Problemele legate de tensiune scăzută apar frecvent în multe medii industriale cu consum mare de energie. Dacă se suspectează o tensiune scăzută, compania de distribuție energetică poate instala un contor de înregistrare pe 24 de ore pentru a verifica condițiile reale.

Valvă direcțională cu trei poziții

În exemplele anterioare, s-a discutat despre o supapă direcțională cu două poziții (cu două poziții finale). În unele aplicații se utilizează o supapă direcțională cu trei poziții. A treia poziție centrală este o poziție neutră sau de tranziție. Simbolul grafic al unei supape direcționale cu trei poziții conține trei casete — caseta centrală reprezintă poziția centrală și conexiunile interne atunci când cursorul se află în poziția centrală.

Supapă direcțională cu trei poziții, centrată prin arc

Tipul cel mai frecvent întâlnit de supapă direcțională cu trei poziții este cel centrat prin arc. Această supapă are arcuri la ambele capete, care mențin cursorul în poziția centrală atunci când nici unul dintre electroaimanți nu este alimentat.

Figura 10-12 — Supapă direcțională cu trei poziții, centrată prin arc. Arcurile mențin cursorul în poziția centrală atunci când ambele electroaimanți sunt dezalimentați. Poziția centrală determină comportamentul sarcinii cilindrului în momentul opririi mașinii.

Condiții centrale

Există patru configurații comune ale poziției centrale. Alegerea condiției centrale determină comportamentul circuitului atunci când supapa direcțională se află în poziția centrală (nici unul dintre electromagneți nu este alimentat):

Figura 10-13: Patru configurații ale poziției centrale. Alegerea depinde de cerințele circuitului: dacă cilindrul trebuie să mențină poziția, să plutească liber sau dacă pompa trebuie să se descarce atunci când supapa este în poziția centrală.

Supape direcționale proporționale

Supapele direcționale standard comută între poziții discrete (deschis/închis). Supapele direcționale proporționale permit poziționarea tijei în orice loc între poziția complet deschisă și cea complet închisă, cu o relație liniară între semnalul electric de intrare și poziția tijei, respectiv debitul. Aceasta permite controlul continuu variabil al direcției și al debitului cu o singură supapă.

Supape direcționale acționate hidraulic

Pentru aplicațiile cu debit mare, unde forța electromagnetului este insuficientă pentru a deplasa direct distribuitorul principal, se utilizează o construcție cu comandă prin presiune pilot. Un mic distribuitor pilot acționat electromagnetic direcționează presiunea pilot pentru a deplasa distribuitorul principal mai mare. Această construcție în două trepte permite ca electromagneții mici să controleze debite foarte mari — distribuitorul pilot efectuează comutarea, iar presiunea pilot realizează lucrul mecanic necesar deplasării distribuitorului principal.

Figura 10-14 — Distribuitor direcțional cu comandă prin presiune pilot. Micul distribuitor pilot acționat electromagnetic (partea superioară) dirijează presiunea pilot pentru a deplasa distribuitorul principal mare (partea inferioară). Această construcție permite ca electromagneții mici să controleze distribuitoarele principale cu debit ridicat.

Distribuitoare direcționale cu electromagneți proporționali

În dispozitivul de comandă, semnalul de mers înapoi și semnalul de intrare sunt aplicate simultan. Semnalul de „eroare” generat între cele două acționează asupra dispozitivului de comandă pentru a alimenta proporțional unul dintre electromagneți, „A” sau „B”. Pe măsură ce electromagnetul este alimentat, acesta transformă semnalul într-o forță. Electromagnetul proporțional, amplasat în centrul corpului supapei, împreună cu arcul de preîncărcare al supapei pilot, transformă această presiune de comandă într-o poziție a distribuitorului pilot. Senzorul de poziție cu transformator diferențial variabil liniar (LVDT) este conectat direct la distribuitorul principal al supapei, funcția sa fiind de a furniza o reacție automată către distribuitorul pilot.

Supapă direcțională cu diferențial de presiune (comandată prin motor cu cuplu)

Supapa direcțională cu diferențial de presiune este de tip cu trei trepte — prima treaptă fiind supapa pilot, iar a doua treaptă supapa principală. Supapa pilot este mai complexă, fiind alcătuită dintr-un motor cu cuplu, arcuri, conducte de jet și un distribuitor reglabil cu capete de etanșare pilot și un LVDT. A doua treaptă (supapa principală) este similară celorlalte supape direcționale comandate prin pilot.

Construcția supapei pilot de primă etapă

Supapa pilot este compusă dintr-un motor cu cuplu, o conductă jet, un distribuitor cu arcuri la stânga și la dreapta și componente similare. Conducta jet direcționează presiunea de comandă către una dintre cele două capete ale distribuitorului. Supapa pilot este de același tip ca și supapa de direcționare centrată cu arc.

Supapa principală de a doua etapă

Etapa a doua (supapa principală) este similară cu alte tipuri de supape proporționale de direcționare și nu va fi repetată aici.

Funcționarea supapei pilot

Semnalul electric de comandă determină trecerea curentului prin înfășurările motorului de cuplu dintre cele două solenoide. Compararea și diferența semnalelor electrice determină direcția câmpului magnetic al motorului de cuplu. În funcție de solenoidul care primește semnalul mai puternic, conducta jetului este orientată astfel încât să presurizeze unul dintre capetele distribuitorului pilot. În același timp, ieșirea dispozitivului de comandă mărește debitul către una dintre părțile distribuitorului direcțional până la valoarea proporțională, crescând treptat debitul către acea parte până la atingerea valorii proporționale.

Concepte cheie — Capitolul 10