تفاوت شیر پروپرشنال و شیر برقی هیدرولیکی
در حال حاضر شیر سروو (servo) و شیر پروپرشنال(proportional) دو جزو مهم اجزای کنترل در سیستم‌های هیدرولیکی هستند. این شیرها همچنین نشان‌دهنده وضعیت توسعه و پیشرفت تکنولوژی هستند. ظهور این شیرها باعث شده که سیستم هیدرولیکی و الکترونیکی مدرن به صورت ارگانیک ترکیب شوند و سهم بزرگی در توسعه پایدار اقتصاد ایجاد کنند. در ادامه، ما در مورد تفاوت شیر پروپرشنال و سروو صحبت خواهیم کرد و کاربردهای آن‌ها را در جزئیات معرفی خواهیم کرد.
شیر پروپرشنال چیست ؟
شیرهای پروپرشنال از انواع شیرهای هیدرولیک به شمار می‌آیند که توسط یک مدار کنترلی الکترونیک قابلیت کنترل دقیق فشار سیال هیدرولیک را بر عهده دارند. این شیرها با کنترل میزان دبی سیال، نیروی اعمال شده را چه به صورت خطی و چه به صورت دورانی افزایش یا کاهش می‌دهند.
شیرهای پروپرشنال هیدرولیک ، در پاسخ به سیگنال کنترل از نوع الکتریکی یا الکترونیکی، جریان با فشار سیال را می کنند.
این گونه پروپرشنال هیدرولیک می توانند به منظور کنترل مقدار کمیت مورد نظر ( فشار، جریان و جهت بی نهایت وضعیت موقعیت دهی شوند. عملکرد شیرهای تناسبی در طیف گسترده ای مابین عملکردی سولونوئیدی از نوع قطع و وصل و شیرهای الکتروهیدرولیک سرو قرار می گیرد.
شیرهای پروپرشنال هیدرولیک به سه دسته تقسیم می شوند که این تقسیم بندی بر اساس نحوه عملکرد آن ها است.
تقسیم بندی شیرهای پروپرشنال هیدرولیک
1- شیرهای کنترل جهت جریان :
این شیرها برای باز یا بسته کردن مسیرهای مختلف سیال برای اعمال نیرو کاربرد دارند
2- شیرهای کنترل دبی جریان :
این شیرها حجم مایع هیدرولیک در سیستم را کنترل می کنند و قادر به تغییر دبی سیال هستند.
3- شیرهای کنترل فشار :
به منظور محافظت از سیستم هیدرولیک در برابر افزایش یا کاهش ناگهانی فشار استفاده می شوند. همینطور در شرایطی که میزان فشار باید تحت شرایط متغیری اعمال شود از این شیرها استفاده می‌شود.
این نوع شیرها هم در صنایع و ماشین‌های صنعتی کاربرد دارند و هم در صنایع نظامی؛ به خصوص در سیستم‌های کنترل و هدایت باله‌های موشک‌ها و جت‌های جنگی.
شیرهای پروپرشنال می‌توانند دقیقاً همان تغییری که در فشار ورودی دریافت کرده‌اند به وسیله انتقال نیرو در سیال غیر تراکم پذیر، در خروجی اعمال کنند.
به عنوان مثال اگر نیروی ورودی چهار برابر شود همزمان بدون افت راندمان، نیروی اعمال شده در خروجی نیز ۴ برابر می شود. نحوه کار کردن این شیرها اعمال فشار به وسیله سلونوئیدهای مغناطیسی است.
سلونوئید سیستمی است که در آن با ایجاد جریان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که آهن ربایی را به سمت خود کشیده یا از خود دور می کند. نیروی حاصل از حرکت این قطعه مستقیماً به سیال هیدرولیک وارد شده و از طریق مایع هیدرولیک به نقطه هدف ارسال می‌شود.
افزایش جریان الکتریکی باعث افزایش قدرت میدان مغناطیسی و به نوبه خود نیروی جذب (یا دافعه) روی قطعه مغناطیسی می شود.
همچنین، یک فنر برای مقابله با نیروی آهن ربا تعبیه شده است. با فشرده شدن فنر توسط حرکت آهن ربا، نیروی واکنش فنر افزایش می یابد تا زمانی که نیروی مغناطیسی را متعادل کند و حرکت متوقف شود.
اگر جریان زیاد شود، میزان جا به جایی آهن ربا بیشتر می‌شود، تا اینکه دوباره نیروها متعادل شوند.
کارکرد شیر های پروپرشنال هیدرولیک :
شیرهای پروپرشنال هیدرولیک به ویژه برای کاربردهایی مناسب هستند که فشار یا جریان خروجی باید متغیر باشد، یا در فرایندهایی که با ترکیبی از متغرها مثل فشار، دبی و یا تغییر جهت‌های متوالی مواجه هستیم.
این شیرها قابل اطمینان و مقرون به صرفه هستند و امکان پاسخ سریع و کنترل مداوم را ایجاد می‌کنند و با دستیابی سریع به فشار یا جریان پایدار، می توانند به کاهش زمان چرخه فرایند کمک کنند.
نمونه ای از کاربرد شیر پروپرشنال، یکسان نگه داشتن فشار مایعات در مخازن در حال تخلیه است. فشار خروج مایع، در مخازن مایعاتی که تحت فشار هوای آزاد هستند، به تدریج و با پایین آمدن سطح مایع، کاهش می یابد. در مخازنی که به شیر پروپرشنال مجهز هستند، فشار مایع در حال تخلیه، در هر حال، روی فشار ثابتی قابل تنظیم خواهد بود.
شیر سروو
شیر سروو بخشی از شیر هیدرولیکی پروپرشنال میباشد که مدام تحت کنترل بوده و با توجه به عکس‌العمل دستوری که دریافت می‌کند، فشار، موقعیت مکانی و دبی مورد نظر را کنترل می‌کند. این شیر جریان خروجی و فشار را پس از دریافت کردن سیگنال آنالوگ الکتریکی، مرتبط می‌سازد. شیر هیدرولیک سروو هم یک مبدل الکتروهیدرولیک و هم یک تقویت‌کننده قدرت است. این شیر می‌تواند سیگنال ورودی الکتریکی ضعیفِ توان پایین را به انرژی هیدرولیکی توان بالا تبدیل کند. در شرایط عادی، عمدتاً به عنوان محرک در سیستم سروو هیدرولیک الکتریکی استفاده می‌شود.
در سیستم سروو، محرک هیدرولیک، در مقایسه با محرک الکتریکی و بادی، دارای ویژگی‌های دیگری از جمله توان خروجی بزرگ در هر وزن واحد، انتقال پایدار و توانایی ضد تداخل قوی میباشد. علاوه بر این، سیگنال‌ها عمدتاً توسط مولفه‌های الکتریکی در سیستم سروو منتقل می‌شوند. بنابراین، سیستم سروو با عملکرد بالایی که دارد می‌تواند انرژی الکتروهیدرولیک را اتخاذ کند و شیر هیدرولیک سروو جز ضروری این سیستم است.
شیر سروو نیز به طور گسترده در کامیون‌های بزرگ استفاده می‌شوند. ما معمولاً از بوستر هیدرولیکی فرمان به منظور کاهش نیروی کار راننده و بهبود انعطاف‌پذیری فرمان کامیون، استفاده می‌کنیم. بوستر هیدرولیک نیز یک مکانیزم هیدرولیک سروو است. این شیر عمدتاً از سیلندر هیدرولیکی و شیر لغزش کنترل تشکیل شده است. در هنگام چرخش، اگر فرمان در خلاف جهت عقربه‌های ساعت چرخانده شود، هسته شیر به سمت راست حرکت خواهد کرد. سپس روغن هیدرولیک وارد محفظه سمت راست سیلندر هیدرولیکی خواهد شد و به محفظه سمت چپ باز می‌گردد. سیلندر هیدرولیکی را به سمت راست حرکت داده و چرخ‌ها را به سمت چپ می‌راند.
شیرهای سروو دارای چه ویژگی‌هایی هستند؟
- ظرفیت بالاتر روغن
- کنترل دقیق موقعیت
- سیستم کنترل حلقه بسته
- سیستم کنترل حلقه بسته دارای سنسور بازخورد، سنسور فرمان و کنترل‌کننده دیجیتال یا آنالوگ
- تغییر سیگنال ورودی و ایجاد تغییر مداوم جریان
- تکرار پذیری بالا
- پاسخ فرکانس زیاد
- کنترل بهینه تغییرات جریانی
شیرو سروو هیدرولیک چگونه کار می‌کند؟
شیر سروو هیدرولیک دارای سه قسمت اصلی است: موتور کنترل، تقویت‌کننده هیدرولیک و شیر کشویی اصلی. شیرهای سروو الکتروهیدرولیکی دارای یک موتور هستند که موتور از سیم‌پیچ، آهن‌ربا و آرماتور تشکیل شده است. از لوله خمشی برای پشتیبانی از آرماتور برای حرکات کوچک استفاده می‌شود. این لوله همچنین یک مهر و موم مایع بین قسمت‌های هیدرولیک و الکترومغناطیسی، فراهم می‌کند. در مرکز آرماتور، یک فلپر متصل شده و این فلپر به سمت لوله خمش کشیده می‌شود. یک نازل نیز در دو طرف فلپر دیده می‌شود که وضعیت دهانه نازل به حرکت فلپر بستگی دارد.
شیر سروو بیشتر برای کنترل دقیق موقعیت و از سیگنال الکتریکی برای کنترل سوپاپ‌ها استفاده می‌کند. این شیرها به طور گسترده‌ای در سیستم‌های الکتروهیدرولیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. زیرا این مزیت را دارد که از سیگنال‌های الکتریکی کم قدرت برای قرار دادن محرک یا موتور استفاده کنند. در این نوع شیرآلات، از یک سیستم بازخورد نیز استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که محرک همان کاری را می‌کند که کنترل‌کننده از آن می‌خواهد انجام دهد. این بازخورد با کمک برخی از دستگاه‌های الکترونیکی حاصل می‌شود که بیشتر مبدل است.
این مبدل در شیر سروو هیدرولیک، با توجه به جهت و سرعت جریان قادر به تولید سیگنال است. این سیگنال به سیستم بازخورد داده می‌شود که جهت و سرعت جریان را می‌توان با توجه به نیاز تغییر داد. مایع از طریق ورودی وارد می‌شود و پس از آن از طریق دو قرقره، به نازل و سپس به خط بازگشت به روزنه‌ها می‌رسد. عملکرد شیر با یک سیگنال الکتریکی شروع می‌شود. این امر باعث می‌شود که آرماتور یک نازل فلپر را فشار دهد و این فلاپر به نازل دیگر نزدیک‌تر شود. این امر باعث افزایش فشار در یک انتهای قرقره و کاهش در انتهای دیگر آن می‌شود. قرقره با توجه به چرخش آرماتور که می‌تواند حرکت قرقره را کنترل کند، موقعیت خود را از فشار بالاتر تغییر می‌دهد.
تفاوت شیر پروپرشنال و سروو
هر دو شیر، حالت کنترل الکتریسیته را اعمال می‌کنند تا کنترل خفه‌کننده جریان را درک کنند. از آنجا که این دو شیر تحت فشار خفه کردن جریان می‌باشند، اتلاف انرژی اجتناب‌ناپذیر است. از تفاوت‌های آن‌ها، می‌توان به اینکه شیر هیدرولیکی سروو دارای افت انرژی بزرگ‌تری نسبت به شیر هیدرولیک پروپرشنال است، اشاره کرد. زیرا به یک نرخ جریان مشخص نیاز دارد تا کنترل مدار روغن هیدرولیکی قبل از مرحله را حفظ کند.
تفاوت بین این شیرها منطقی نیست، زیرا عملکرد شیر هیدرولیکی پروپرشنال روز به روز بهتر و بهتر می‌شود، این شیر مدل پیشرفته شده‌ی شیر سروو میباشد که با استفاده از کامپیوتر کنترل می‌شود و در سال‌های اخیر ظاهر شده است. اگر بخواهیم تفاوت‌های عمده‌ی آنان را نام ببریم به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.
شیر سروو دارای منطقه قرمز یا خطرناک میباشد که در شیر پروپرشنال این منطقه وجود ندارد.
پاسخ فرکانسی شیر هیدرولیکی سروو بالا است، تا آنجا که فیدبک آن می‌تواند تا حدود ۲۰۰ هرتز باشد. در حالی که پاسخ فرکانسی شیر هیدرولیکی پروپرشنال معمولا تنها چند ده هرتز است.
در شیر هیدرولیک سروو الزامات بالاتری برای روغن هیدرولیک وجود دارد به طوری که روغن هیدرولیک باید به دقت فیلتر شود در غیر این صورت باعث مسدود شدن این شیر خواهد شد. اما در شیر هیدرولیکی پروپرشنال الزامات کمتری در خصوص روغن هیدرولیک وجود دارد.