Schematy 2-drogowych zaworów hydraulicznych

Kiedy spojrzysz na schemat obwodu hydraulicznego, schemat 2-drogowego zaworu hydraulicznego pojawia się jako jeden z najprostszych symboli na stronie. Dwa połączone pudełka, kilka linii, może symbol wiosny. Jednak ten podstawowy element steruje niektórymi z najbardziej krytycznych funkcji w systemach przemysłowych, od utrzymywania 50-tonowego wysięgnika dźwigu w odpowiedniej pozycji po ochronę drogich pomp przed skokami ciśnienia.

Dwukierunkowy zawór hydrauliczny, zwany także zaworem 2/2, ma dwa przyłącza i dwie pozycje. Notacja może początkowo wydawać się abstrakcyjna, ale jest zgodna z logicznym wzorcem. Pierwsza liczba informuje, ile otworów ma zawór (gdzie płyn wchodzi i wychodzi), a druga liczba informuje, ile różnych położeń może zająć zawór. W przypadku schematu dwukierunkowego zaworu hydraulicznego mamy do czynienia z najbardziej podstawową logiką binarną w hydraulice: przepływ lub brak przepływu.

Pomyśl o kranie kuchennym. Obracając uchwyt, obsługujesz podstawowy zawór dwukierunkowy. Woda albo płynie, albo nie. Przemysłowe zawory 2/2 działają na tej samej zasadzie, z tą różnicą, że mogą kontrolować 3530 litrów oleju hydraulicznego na minutę pod ciśnieniem 630 barów zamiast wody wodociągowej pod ciśnieniem 4 barów.

Odczytywanie symboli na schemacie standardowych 2-drogowych zaworów hydraulicznych

W branży hydraulicznej norma ISO 1219-1 jest międzynarodowym standardem dotyczącym symboli obwodów. Ma to znaczenie, ponieważ inżynier w Niemczech musi bez nieporozumień zrozumieć diagram narysowany w Japonii. Norma stanowi, że symbole reprezentują funkcję, a nie wygląd fizyczny. Nie patrzysz na zdjęcie rzeczywistego zaworu. Patrzysz na funkcjonalną mapę wpływu zaworu na przepływ płynu.

Na schemacie dwukierunkowego zaworu hydraulicznego każda pozycja robocza ma swoje własne kwadratowe pole. Ponieważ mamy dwie pozycje, zawsze zobaczysz dwa pola obok siebie. Ramka znajdująca się najbliżej symbolu sprężyny lub innego mechanizmu powrotnego pokazuje pozycję spoczynkową, czyli stan, w którym znajduje się zawór, gdy nikt go nie uruchamia. Drugie pole pokazuje, co się stanie, gdy go aktywujesz, niezależnie od tego, czy jest to naciśnięcie przycisku, zasilenie elektromagnesu, czy zastosowanie ciśnienia pilota.

Wewnątrz tych pól proste linie i symbole mówią wszystko o ścieżkach przepływu. Linia prosta lub strzałka oznacza, że ​​płyn może przejść przez tę pozycję. Symbol „T”, który wygląda jak linia prostopadła do ścieżki przepływu, oznacza, że ​​port jest zablokowany. Jeśli widzisz schemat zaworu hydraulicznego dwudrogowego z literą „T” w polu pozycji spoczynkowej, masz do czynienia z zaworem normalnie zamkniętym. Konfiguracja odwrotna, z literą „T” w pozycji aktywnej, oznacza zawór normalnie otwarty.

Metoda aktywacji pojawia się poza polami. Symbol cewki elektromagnesu oznacza sterowanie elektryczne. Sprężyna wykazuje powrót mechaniczny. Linia przerywana skierowana w stronę zaworu wskazuje sterowanie ciśnieniem pilota, w przypadku którego oddzielny sygnał hydrauliczny porusza zaworem zamiast bezpośredniej siły mechanicznej lub elektrycznej.

Это наиболее опасный вид отказа, поскольку клапан давления не выполняет свою основную функцию безопасности. Когда давление достигает опасного уровня, а клапан остается закрытым, у вас есть секунды до того, как произойдет катастрофический отказ.

Typy konstrukcyjne: konstrukcja grzybkowa vs konstrukcja szpuli w zaworach 2-drogowych

Kiedy przejdziesz obok schematu dwukierunkowego zaworu hydraulicznego na papierze do rzeczywistego elementu fizycznego, napotkasz dwa zasadniczo różne mechanizmy wewnętrzne. Wybór pomiędzy grzybkiem (zwanym również zaworem gniazdowym) a konstrukcją suwaka określa, czy zawór może wytrzymać obciążenie statyczne przez wiele godzin bez dryfu, czy też wytrzyma szybkie cykle z dużą częstotliwością.

Zawory grzybkowe wykorzystują element w kształcie stożka lub dysku, który dociska się do odpowiedniego gniazda. Po zamknięciu metal spotyka się z metalem, za którym znajduje się siła sprężyny. Powoduje to, co w branży nazywa się wyciekami bliskimi zeru. Płyn hydrauliczny nie może przedostać się przez prawidłowo uszczelniony zawór grzybkowy nawet pod ciśnieniem 400 barów. To sprawia, że ​​zawory dwudrogowe typu grzybkowego stanowią jedyny wybór w zastosowaniach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, takich jak obwody utrzymywania ładunku na podnośnikach koszowych lub dźwigach samojezdnych.

Norma szczelności FCI 70-2 określa ilościowo tę wydajność. Klasa IV umożliwia wyciek wynoszący 0,01% pojemności znamionowej, co sprawdza się w ogólnych zastosowaniach przemysłowych. Ale jeśli potrzebujesz absolutnego bezpieczeństwa, wybierasz klasę V lub klasę VI. Klasa VI, czasami nazywana klasyfikacją miękkiego gniazda, pozwala na wyciek jedynie w mililitrach na minutę, nawet przy pełnej różnicy ciśnień. Tylko zawory grzybkowe osiągają niezawodnie te parametry, ponieważ mechanizm uszczelniający nie jest zależny od małych luzów mechanicznych, które nieuchronnie ulegają zużyciu.

Zawory suwakowe przyjmują inne podejście. Precyzyjnie obrobiony cylindryczny rdzeń wsuwa się w równie precyzyjny otwór. Osiada na bloku szpuli, a rowki na to pozwalają. Luz pomiędzy szpulą a otworem musi być wystarczająco duży, aby umożliwić płynny ruch, ale wystarczająco mały, aby zminimalizować wycieki. Ten nieodłączny kompromis oznacza, że ​​zawory suwakowe zawsze do pewnego stopnia przeciekają wewnętrznie.

Ale konstrukcje szpul mają swoje zalety. Czasy reakcji są zwykle bardziej spójne i przewidywalne. Koszty produkcji są niższe w przypadku prostych zastosowań typu on-off. W systemach, w których wycieki nie mają znaczenia, np. tymczasowa izolacja obwodu podczas konserwacji, dwudrogowy zawór suwakowy sprawdza się doskonale przy niższych kosztach.

Różnice w wydajności są wyraźnie widoczne w rzeczywistych zastosowaniach. Zainstaluj zawór suwakowy na pionowym cylindrze podtrzymującym podwieszone obciążenie, a będziesz mierzyć dryf w dół w ciągu godzin, w miarę jak wewnętrzny wyciek powoduje przedostawanie się oleju. Zainstaluj zawór grzybkowy klasy VI, a cylinder pozostanie zablokowany w swoim położeniu przez kilka dni. Schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego może wyglądać identycznie w obu przypadkach, ale rzeczywistość inżynieryjna jest zupełnie inna.

Reakcja dynamiczna również jest inna. Zawory grzybkowe otwierają się i zamykają szybko, ponieważ długość skoku jest krótka. Po prostu podnosisz stożek z gniazda, a nie przesuwasz szpulę przez wiele portów. Dzięki temu dwudrogowe zawory grzybkowe idealnie nadają się do zastosowań wymagających natychmiastowej inicjacji przepływu, takich jak obwody awaryjnego wyłączania lub zabezpieczenia antykawitacyjne.

Krytyczne zastosowania obwodów wykorzystujące schematy dwukierunkowych zaworów hydraulicznych

Prawdziwa wartość zrozumienia schematów dwukierunkowych zaworów hydraulicznych stanie się jasna, gdy zobaczysz, gdzie te komponenty rozwiązują rzeczywiste problemy inżynieryjne. Niektóre zastosowania bezwzględnie wymagają specyficznych właściwości, jakie zapewniają zawory 2/2.

Obwody utrzymywania obciążenia i przeciwwagi

Wyobraź sobie wysięgnik koparki trzymający pełną łyżkę trzy metry nad ziemią. Siłownik hydrauliczny podtrzymujący to obciążenie nie może zsunąć się w dół nawet o milimetr, nawet w ciągu wielu godzin, nawet jeśli w wężu hydraulicznym wystąpi niewielka nieszczelność. Wymaga to zaworów zwrotnych sterowanych pilotem, które są wyspecjalizowanymi elementami dwudrogowymi pokazanymi na schematach obwodów z dodatkową linią przerywaną wskazującą port sterowania pilotem.

Sterowany pilotem zawór zwrotny (POCV) umożliwia swobodny przepływ w jednym kierunku, napełniając cylinder w miarę podnoszenia się wysięgnika. Jednak w odwrotnym kierunku przepływ jest całkowicie zablokowany, dopóki ciśnienie pilota nie pojawi się w przewodzie sterującym. Schemat dwudrogowego zaworu hydraulicznego przedstawia to jako standardowy symbol zaworu zwrotnego plus przewód pilotowy. Gdy operator wyda polecenie opuszczenia wysięgnika, ciśnienie pilota mechanicznie podnosi element uszczelniający, umożliwiając kontrolowane odprowadzanie oleju.

Charakterystyka zerowego wycieku konstrukcji grzybkowej sprawia, że ​​POCV działają. Nawet niewielki wyciek mógłby spowodować powolne opadanie wysięgnika. Ale POCV mają ograniczenia. To nie są urządzenia pomiarowe. Są albo całkowicie zamknięte, albo całkowicie otwarte. Podczas opuszczania ciężkiego ładunku wspomaganego grawitacją prosty POCV może powodować gwałtowny ruch, gdy zawór przełącza się między stanem otwartym a zamkniętym.

W tym miejscu z pomocą przychodzą zawory równoważące. Zawór równoważący to bardziej wyrafinowany element dwudrogowy, który łączy w sobie zawór zwrotny zapewniający swobodny przepływ w jednym kierunku z sterowanym ciśnieniem zaworem nadmiarowym dla ścieżki powrotnej. Schemat dwudrożnego zaworu hydraulicznego dla zaworu równoważącego przedstawia trzy elementy funkcjonalne: zawór zwrotny, element nadmiarowy i tłok pilotujący, który zmniejsza ciśnienie otwarcia zaworu nadmiarowego.

Kiedy operator inicjuje ruch opuszczania, ciśnienie sterujące z kierunkowego zaworu sterującego działa na tłok pilotowy. Ten sygnał pilota łączy się z ciśnieniem wywołanym obciążeniem, aby modulować zawór nadmiarowy i mierzyć przepływ powrotny. Rezultatem jest płynne, kontrolowane zejście nawet przy dużych obciążeniach wyprzedzenia. Montując zawór przeciwwagi bezpośrednio na siłowniku, a nie na głównym zaworze regulacyjnym, można umiejscowić odpowiedzialność za kontrolę przepływu dokładnie tam, gdzie ma to największe znaczenie.

Obwody ładowania i rozładowywania akumulatora

W systemach wykorzystujących pompy o stałym wydatku z akumulatorami hydraulicznymi potrzebny jest specjalny 2-drogowy zawór rozładowczy, aby efektywnie zarządzać przepływem pompy. Kiedy akumulator osiągnie pełne naładowanie, kontynuowanie pompowania pod tym ciśnieniem powoduje marnowanie energii i wytwarzanie ciepła. Zawór rozładowujący rozwiązuje ten problem, przekierowując przepływ pompy do zbiornika przy ciśnieniu bliskim zera po naładowaniu akumulatora.

Typowy zawór ładowania akumulatora to dwustopniowy element kasetowy ze stopniem pilotowym grzybkowym i stopniem głównym suwakowym. Schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego pokazuje, jak łączy przepływ pompy (P) z akumulatorem lub zbiornikiem (A i B). Gdy ciśnienie w układzie spadnie poniżej wartości zadanej „otwartego” w wyniku użycia siłownika, zawór blokuje powrót zbiornika, wymuszając przepływ pompy z powrotem do ładowania akumulatora. Gdy ciśnienie wzrośnie do wartości zadanej „zamknięcia”, zawór przesuwa się, aby odciążyć pompę.

Wymaga to miękkiej zmiany biegów i odpowiedniego tłumienia w konstrukcji. Nagłe przejścia pomiędzy załadunkiem i rozładunkiem powodują skoki ciśnienia, które uszkadzają pompy i złączki naprężające. Dobrze zaprojektowane zawory rozładowujące zawierają wewnętrzne komory tłumiące, które spowalniają ruch przełączający, rozkładając zmianę ciśnienia na kilka milisekund zamiast natychmiastowego zatrzaśnięcia.

Kontrola przepływu w celu regulacji prędkości

2-drogowe zawory sterujące przepływem hydraulicznym pojawiają się na schematach obwodów z symbolem ograniczenia przepustnicy, pokazanym jako dwie ustawione pod kątem linie lub krzywe tworzące zwężone przejście. Regulowana przepustnica dodaje ukośną strzałkę przez symbol ograniczenia, wskazując zmienny obszar kryzy. Zawory te kontrolują prędkość siłownika, ograniczając natężenie przepływu, a nie całkowicie go blokując.

Zależność pomiędzy przepływem i prędkością jest zgodna z podstawami hydraulicznymi. Dla danej średnicy cylindra prędkość jest równa natężeniu przepływu podzielonemu przez powierzchnię tłoka. Ograniczając przepływ przez regulowaną kryzę, bezpośrednio kontrolujesz szybkość wysuwania się lub cofania cylindra. Przepustnica powoduje spadek ciśnienia, a przepływ przez to ograniczenie zależy od pierwiastka kwadratowego różnicy ciśnień na nim.

Zaawansowane 2-drogowe zawory sterujące przepływem obejmują kompensację ciśnienia. Schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego przedstawia go jako dodatkowy element sterowany ciśnieniem, zwykle reprezentowany przez strzałkę wskazującą tłok kompensatora. Ten kompensator automatycznie reguluje otwarcie przepustnicy, aby utrzymać stały przepływ niezależnie od zmian ciśnienia obciążenia. Bez kompensacji cylinder zwalniałby wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ wyższe ciśnienie obciążenia zmniejsza różnicę na przepustnicy. Dzięki kompensacji zawór utrzymuje stałą prędkość cylindra nawet przy radykalnych zmianach obciążenia.

Technologia zaworów kasetowych i kontrola dużej gęstości

Gdy zachodzi potrzeba przełączania bardzo dużych przepływów w niewielkich przestrzeniach, schemat 2-drogowego zaworu hydraulicznego może przedstawiać element przypominający wkład, a nie konwencjonalny zawór montowany na korpusie. Zawory kasetowe, zwane także elementami logicznymi wsuwanymi, reprezentują wyrafinowane podejście do sterowania hydraulicznego, które maksymalizuje gęstość mocy.

Zawór nabojowy jest zasadniczo hydraulicznym modułem logicznym umieszczonym w otworze kolektora i sterowanym przez oddzielną pokrywę. Symbol schematu zaworu hydraulicznego 2-drogowego wygląda podobnie do zaworów standardowych, ale jego fizyczna realizacja jest zupełnie inna. Zamiast samodzielnego urządzenia z gwintowanymi portami, masz cylindryczny wkład, który wpada do precyzyjnie obrobionej wnęki. Cała instalacja wodno-kanalizacyjna znajduje się wewnątrz bloku kolektora.

Taka architektura umożliwia ekstremalną przepustowość. Przemysłowe dwudrogowe zawory nabojowe obsługują przepływ do 3530 litrów na minutę przy zachowaniu bardzo niskiego spadku ciśnienia, często poniżej 1 bara, nawet przy maksymalnym przepływie. Wysoki przepływ przy niskim spadku ciśnienia przekłada się bezpośrednio na efektywność energetyczną. Mniejsze straty ciśnienia oznaczają mniejsze wytwarzanie ciepła i niższe koszty operacyjne.

Zasada sterowania wykorzystuje wzmocnienie pilota. Mały zawór pilotowy, który może przełączać tylko kilka litrów na minutę, steruje olejem pod wysokim ciśnieniem, który porusza głównym grzybkiem wkładu. Oddziela to moc sterującą od mocy głównego przepływu. Możesz przełączyć setki kilowatów mocy hydraulicznej za pomocą małego elektromagnesu, który zużywa około 20 watów energii elektrycznej.

Konstrukcja wkładu uwzględnia także funkcje diagnostyczne. Pokrywy kontrolne zazwyczaj zawierają porty do wykrywania nieszczelności i okna inspekcyjne. Kiedy wewnętrzne uszczelki zaczynają zawodzić, wyciekający olej pojawia się w tych portach diagnostycznych, zanim wydajność układu zauważalnie się pogorszy. To wczesne ostrzeżenie zapobiega nieoczekiwanym przestojom.

Jedną z kluczowych kwestii są wymagania dotyczące zasilania pilota. Schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego musi pokazywać źródło ciśnienia pilota. Niektóre zawory nabojowe mogą działać jako normalnie otwarte lub normalnie zamknięte, w zależności od konfiguracji pilota. Konstrukcja pokrywy określa logikę, podczas gdy sam wkład pozostaje taki sam. Ta modułowość zmniejsza wymagania dotyczące zapasów, ponieważ jeden numer katalogowy wkładu spełnia wiele funkcji.

Uruchamianie elektromagnetyczne: bezpośrednie lub sterowane pilotem

Schemat zaworu hydraulicznego 2-drogowego przedstawia metody uruchamiania za pomocą symboli znajdujących się poza polami pozycji. Zawory sterowane elektromagnetycznie są oznaczone symbolem cewki, ale za tą prostą grafiką kryje się ważny wybór konstrukcyjny, który wpływa na wydajność systemu.

Zawory elektromagnetyczne bezpośredniego działania wykorzystują siłę elektromagnetyczną do bezpośredniego poruszania elementem zaworu. Kiedy zasilasz cewkę, pole magnetyczne przyciąga zworę, która fizycznie popycha grzybek lub szpulę. Zawory te reagują bardzo szybko, często w ciągu milisekund, ponieważ nie ma etapu pośredniego. Jednak dostępna siła elektromagnetyczna ogranicza rozmiar zaworu. Większe zawory wymagają większych elektromagnesów, które zużywają więcej energii elektrycznej i wytwarzają więcej ciepła.

Zawory elektromagnetyczne sterowane pilotem działają dwustopniowo. Elektromagnes porusza mały zawór pilotowy, który następnie kieruje ciśnienie hydrauliczne w celu poruszenia głównego elementu zaworu. Wykorzystuje to zwielokrotnienie siły hydraulicznej. Mały elektromagnes o małej mocy steruje pilotem, który przełącza olej pod wysokim ciśnieniem napędzający dużą szpulę główną lub grzybek. W rezultacie sterowane pilotem zawory 2-drogowe mogą obsługiwać znacznie wyższe natężenia przepływu niż konstrukcje o działaniu bezpośrednim.

Kompromisem jest czas reakcji. Zawory sterowane pilotem reagują wolniej, ponieważ najpierw musi poruszyć się stopień pilotowy, następnie zwiększyć ciśnienie w komorze sterującej, a następnie poczekać, aż główny element się przesunie. To dodatkowe opóźnienie może wynosić tylko od 20 do 50 milisekund, ale w przypadku szybkiej automatyzacji lub precyzyjnego sterowania ruchem te milisekundy mają znaczenie.

W praktyce elektrozawory bezpośredniego działania działają dobrze do około 80 litrów na minutę przy standardowych ciśnieniach przemysłowych. Poza tym zazwyczaj potrzebna jest operacja pilotażowa. Schemat 2-drogowego zaworu hydraulicznego nie zawsze określa typ, dlatego należy sprawdzić arkusze danych producenta, gdy czas reakcji ma kluczowe znaczenie.

Kolejną kwestią jest zużycie energii podczas trzymania. Elektromagnesy bezpośredniego działania wymagają prądu ciągłego, aby utrzymać zawór w pozycji otwartej pomimo siły sprężyny i ciśnienia płynu. Zawory sterowane pilotem wykorzystują ciśnienie do utrzymania głównego elementu, więc elektromagnes musi jedynie utrzymywać przesunięcie małego zaworu pilotowego. Zmniejsza to obciążenie elektryczne i wytwarzanie ciepła w cewce elektromagnesu.

Kryteria wyboru i specyfikacje techniczne

Kiedy projektujesz obwód i decydujesz, który 2-drogowy zawór hydrauliczny wybrać, schemat przedstawia funkcję logiczną, ale nie wymagania dotyczące wydajności. Kilka kluczowych parametrów określa, czy zawór będzie działał niezawodnie w Twoim zastosowaniu.

Maksymalne ciśnienie robocze określa granicę konstrukcyjną. Zawór o ciśnieniu znamionowym 350 barów ulegnie katastrofalnej awarii, jeśli znacznie przekroczysz to ciśnienie. Jednak sama wartość ciśnienia nie mówi wszystkiego. Niektóre zawory utrzymują przepływ znamionowy tylko do pewnego ciśnienia, a następnie zmniejszają jego wartość wraz ze wzrostem ciśnienia z powodu odkształcenia wewnętrznego luzu lub ściskania uszczelki.

Przepustowość wymaga starannego dopasowania do potrzeb systemu. Zawory o zbyt małym rozmiarze powodują nadmierny spadek ciśnienia, co powoduje marnowanie energii i wytwarzanie ciepła. Zawory o zbyt dużych średnicach są droższe i mogą powodować niestabilność sterowania. Współczynnik zaworu (Cv) określa ilościowo przepływ przepływu przy danym spadku ciśnienia. Obliczasz wymaganą wartość Cv na podstawie natężenia przepływu i dopuszczalnej straty ciśnienia, a następnie wybierasz zawór, który spełnia te wymagania z pewnym marginesem bezpieczeństwa.

Klasyfikacja wycieków ma największe znaczenie w zastosowaniach związanych z utrzymywaniem obciążenia. Jeśli schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego pokazuje zawór, który musi zapobiegać dryftowi obciążenia, określ klasę V lub klasę VI. Do prostej izolacji podczas konserwacji wystarczy klasa IV. Różnica w kosztach pomiędzy klasami szczelności może być znaczna, dlatego nie należy niepotrzebnie zawyżać specyfikacji.

Czas reakcji ma kluczowe znaczenie w zautomatyzowanych liniach produkcyjnych lub sprzęcie mobilnym, gdzie czas cyklu determinuje produktywność. Jeśli wysięgnik koparki musi się zatrzymać w ciągu 100 milisekund po zwolnieniu joysticka przez operatora, wybrany zawór musi uwzględniać ten moment. Uwzględnij zarówno czas przełączania zaworu, jak i czas wymagany do wzrostu lub zapadnięcia ciśnienia w obwodzie.

Kompatybilność płynów nie podlega negocjacjom. Standardowe uszczelki nitrylowe (NBR) działają dobrze z olejem hydraulicznym na bazie ropy naftowej, ale pęcznieją i ulegają uszkodzeniu w przypadku niektórych płynów syntetycznych. Jeśli używasz biodegradowalnego płynu hydraulicznego na bazie estrów lub ognioodpornego wodno-glikolu, wyraźnie sprawdź kompatybilność uszczelnienia. Niewłaściwy materiał uszczelnienia prowadzi do przedwczesnej awarii, nawet jeśli wszystkie pozostałe specyfikacje są prawidłowe.

Temperatura robocza wpływa zarówno na trwałość uszczelnienia, jak i na lepkość płynu. Lepkość oleju hydraulicznego zmienia się dramatycznie wraz z temperaturą. W temperaturze -20°C olej ISO VG 46 może być gęsty jak miód. W temperaturze 80°C płynie jak woda. Ta zmiana lepkości wpływa na spadek ciśnienia w zaworach i może mieć wpływ na czas reakcji. Niektóre dwukierunkowe zawory sterujące przepływem wykorzystują kryzy o ostrych krawędziach, szczególnie dlatego, że przepływ przez ostrą krawędź jest mniej zależny od lepkości niż przepływ przez długi kanał o małej średnicy.

Rozwiązywanie typowych problemów z obwodami zaworów 2-drogowych

Nawet jeśli schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego jest poprawnie narysowany i wybrane zostały odpowiednie komponenty, podczas pracy mogą pojawić się problemy. Zrozumienie typowych trybów awarii pomaga w szybkiej diagnostyce i zapobiega przekształceniu się drobnych problemów w kosztowne awarie.

Obwody utrzymywania obciążenia i przeciwwagi

Zanieczyszczenie płynem jest główną przyczyną problemów z działaniem zaworu. Kiedy olej hydrauliczny zostaje zanieczyszczony cząsteczkami lub jego lepkość spada w wyniku rozkładu termicznego, pojawia się kilka symptomów. Powolna reakcja jest często pierwszym sygnałem. Cząsteczki brudu gromadzą się w małych odstępach pomiędzy ruchomymi częściami, tworząc tarcie, które spowalnia działanie zaworu. Zawór, którego zmiana powinna trwać 15 milisekund, w przypadku zanieczyszczenia może zająć 50 milisekund.

To pozornie niewielkie opóźnienie przechodzi kaskadą przez system. W zautomatyzowanej produkcji dodatkowe milisekundy w każdym cyklu powodują straty w produkcji. W sprzęcie mobilnym reakcja operatora jest powolna, co zmniejsza dokładność pozycjonowania. Co gorsza, opóźnione zamknięcie zaworu powoduje skoki ciśnienia, gdy ruchome siłowniki nagle napotykają opór, generując fale uderzeniowe, które powodują zmęczenie złączek i węży.

Kiedy spojrzysz na schemat obwodu hydraulicznego, schemat 2-drogowego zaworu hydraulicznego pojawia się jako jeden z najprostszych symboli na stronie. Dwa połączone pudełka, kilka linii, może symbol wiosny. Jednak ten podstawowy element steruje niektórymi z najbardziej krytycznych funkcji w systemach przemysłowych, od utrzymywania 50-tonowego wysięgnika dźwigu w odpowiedniej pozycji po ochronę drogich pomp przed skokami ciśnienia.

Regularna analiza oleju i wymiana filtra pozwalają utrzymać czas reakcji zaworów. Wysokiej jakości systemy filtracyjne zwracają się szybko, zapobiegając problemom związanym z zanieczyszczeniem. Niektóre zaawansowane systemy obejmują liczniki cząstek działające w trybie online, które ostrzegają operatorów, gdy zanieczyszczenie osiągnie poziom ostrzegawczy, umożliwiając podjęcie działań zapobiegawczych, zanim wydajność zaworu ulegnie pogorszeniu.

Drgania zaworów i niestabilność dynamiczna

Drganie zaworu opisuje szybkie, powtarzające się otwieranie i zamykanie wokół punktu pracy. Słychać go jako brzęczący lub uderzający dźwięk, który może zniszczyć elementy zaworu w wyniku szybkich cykli mechanicznych. Drganie zwykle wskazuje na nieprawidłowy dobór zaworu lub niewystarczającą różnicę ciśnień w układzie, a nie na awarię komponentu.

Jeżeli współczynnik przepływu zaworu nie odpowiada rzeczywistemu zapotrzebowaniu systemu, zawór działa w niestabilnym obszarze krzywej przepływu. Małe wahania ciśnienia powodują duże zmiany położenia, powodując oscylacje. Zawór przełącza się pomiędzy stanami otwartym i zamkniętym, nigdy nie ustalając stabilnej pozycji.

Różnica ciśnień również ma na to wpływ. Jeżeli ciśnienie przed i za zaworem jest zbyt bliskie, siła zaworu nie jest wystarczająca do utrzymania stabilnej pozycji. Praktyka branżowa zaleca utrzymywanie różnicy co najmniej 1 psi (0,07 bara) na zaworach sterujących przepływem, aby zapewnić stabilną pracę. Gdy różnica spadnie poniżej tej wartości, prawdopodobne stają się drgania.

Rozwiązanie polega na właściwym doborze zaworu w oparciu o wymagania dotyczące minimalnego spadku ciśnienia, a nie tylko maksymalnej przepustowości. Zawór dobrany dla absolutnego maksymalnego przepływu może być zbyt duży do normalnej pracy, pozostawiając różnicę niewystarczającą do utrzymania stabilności. Lepiej dobrać zawory do typowych warunków pracy z odpowiednim marginesem ciśnienia, a następnie zaakceptować nieco wyższy spadek ciśnienia przy maksymalnym przepływie.

Wyciek wewnętrzny i dryf obciążenia

W obwodach wykorzystujących zawory 2-drogowe do utrzymywania obciążenia, każdy wewnętrzny wyciek objawia się powolnym, ciągłym dryftem. Zawieszony ładunek stopniowo się obniża. Siłownik poziomy powoli się cofa. To odchylenie może być ledwo zauważalne w ciągu kilku minut, ale staje się oczywiste w ciągu godzin lub całej zmiany.

Najpierw sprawdź, czy problem faktycznie dotyczy zaworu 2-drogowego, czy innego miejsca w obwodzie. Podłączyć manometr na wylocie zaworu i obserwować spadek ciśnienia. Jeśli ciśnienie spada równomiernie przy zablokowanym siłowniku, coś przecieka. Jeśli ciśnienie utrzymuje się na stałym poziomie, ale siłownik nadal dryfuje, oznacza to wyciek w dalszej części strumienia, prawdopodobnie przez uszczelki tłoka siłownika.

Jeżeli sam zawór 2-drogowy jest nieszczelny, należy ustalić, czy przekracza on specyfikację konstrukcyjną, czy też uległ degradacji w wyniku zużycia. Zawór klasy IV przeciekający przy 0,01% przepływu znamionowego działa zgodnie ze specyfikacją, nawet jeśli może nie być wystarczająco szczelny dla danego zastosowania. W takim przypadku potrzebna jest bardziej rygorystyczna klasyfikacja, np. Klasa VI, a nie naprawa zaworu.

Jeśli wcześniej szczelny zawór zaczyna przeciekać, sprawdź trzy typowe przyczyny. Zanieczyszczenia mogą uszkodzić powierzchnie uszczelniające. Cykle termiczne mogły spowodować degradację materiału uszczelnienia. Skoki ciśnienia przekraczające wartość znamionową mogły uszkodzić gniazdo grzybka. Czasami zawór wymaga jedynie czyszczenia i świeżych uszczelek. Innym razem zastosowanie przekracza ograniczenia projektowe zaworu i potrzebny jest bardziej wytrzymały komponent.

Zrozumienie różnicy między ograniczeniami projektu a awarią komponentów ma znaczenie, ponieważ rozwiązania są całkowicie różne. Żądanie mniejszej klasy szczelności na etapie projektowania kosztuje nieco więcej, ale rozwiązuje problem trwale. Wielokrotna wymiana zużytych zaworów, które nigdy nie nadawały się do danego zastosowania, powoduje stratę czasu i pieniędzy, a jednocześnie nigdy tak naprawdę nie rozwiązuje problemu.

Schemat dwukierunkowego zaworu hydraulicznego na schemacie może wyglądać prosto, ale te elementy umożliwiają realizację niektórych z najbardziej krytycznych funkcji w układach zasilania cieczą. Prawidłowe wykonanie schematu, wybór odpowiednich komponentów i ich prawidłowa konserwacja gwarantuje, że obwody hydrauliczne będą działać niezawodnie przez lata.