Kiedy pracujesz z ciężkimi maszynami przemysłowymi, niezbędne jest zrozumienie, w jaki sposób płyn przepływa przez system. W sercu wielu układów hydraulicznych o dużym przepływie znajduje się krytyczny element zwany rozdzielaczem sterującym, w szczególności seria WH firmy Bosch Rexroth. Zawory te mogą na pierwszy rzut oka nie wyglądać imponująco, ale wykonują poważne prace w fabrykach i zakładach przemysłowych na całym świecie.
Co sprawia, że kierunkowe zawory sterujące są tak ważne
Pomyśl o kierunkowym zaworze sterującym jako o policjancie ruchu drogowego do płynu hydraulicznego. Jego głównym zadaniem jest decydowanie, dokąd płynie płyn, co bezpośrednio kontroluje sposób poruszania się maszyny. Niezależnie od tego, czy uruchamiasz, zatrzymujesz, przyspieszasz czy zmieniasz kierunek siłownika hydraulicznego, zawór sterujący kierunkiem umożliwia to.
Typ WH odnosi się w szczególności do sterowanych pilotowo rozdzielaczy, które wykorzystują ciśnienie hydrauliczne do sterowania głównym przepływem. To ma większe znaczenie, niż myślisz. Kiedy masz do czynienia z wysokimi natężeniami przepływu i dużymi objętościami płynu, prosty zawór sterowany bezpośrednio nie ma wystarczającej siły, aby wykonać swoje zadanie. Siły działające na dużą suwak zaworu są ogromne i w tym przypadku konieczna jest obsługa pilota.
Firma Bosch Rexroth zaprojektowała serię WH, aby sprostać dokładnie tym wymagającym sytuacjom. Zawory te mogą wytrzymać ciśnienie do 350 barów i natężenie przepływu dochodzące do 1100 litrów na minutę. Dla porównania, mówimy o przemieszczaniu wystarczającej ilości płynu hydraulicznego, aby napędzać ogromne prasy przemysłowe, ciężki sprzęt do formowania i duże systemy transportu materiałów.
Jak faktycznie działają kierunkowe zawory sterujące serii WH
Piękno rozdzielacza WH tkwi w jego dwustopniowej konstrukcji. Zamiast próbować bezpośrednio poruszać dużą, ciężką szpulą, system wykorzystuje mały zawór pilotowy do sterowania znacznie większym zaworem głównym. To wzmocnienie mocy w akcji.
Oto jak to działa w praktyce. Etap pilotażowy wykorzystuje niewielką ilość ciśnienia hydraulicznego do przesunięcia małej suwaka zaworu. Tworzy to różnicę ciśnień, która działa na końce znacznie większej szpuli głównej. Ta różnica ciśnień generuje siłę wystarczającą do pokonania sił płynu i tarcia, umożliwiając szpuli głównej zmianę położenia i przekierowanie pełnego przepływu w systemie.
Oznaczenie WH informuje, że jest to czysto hydrauliczne sterowanie pilotem. Wszystkie sygnały sterujące pochodzą ze źródeł ciśnienia hydraulicznego, a nie z elektromagnesów elektrycznych. To sprawia, że zawory WH są szczególnie przydatne w środowiskach, w których systemy elektryczne mogą być problematyczne, takich jak zastosowania podwodne, ekstremalne temperatury lub atmosfery wybuchowe.
Wewnątrz korpusu zaworu znajduje się precyzyjnie obrobiony otwór, w którym szpula ze stali hartowanej przesuwa się w przód i w tył. Suwak ma starannie zaprojektowane powierzchnie i rowki, które pokrywają się z otworami w korpusie zaworu. Gdy suwak się porusza, otwiera i zamyka te ścieżki przepływu, kierując płyn do różnych siłowników lub z powrotem do zbiornika.
Różne konfiguracje dla różnych potrzeb
Zawory sterujące kierunkowe są dostępne w różnych konfiguracjach, a zrozumienie terminologii pomaga w wyborze odpowiedniego zaworu. Liczby widoczne w opisach zaworów odnoszą się do liczby portów i pozycji.
Zawór czterodrogowy, trójpozycyjny (opisany jako 4/3) ma cztery przyłącza cieczy i trzy różne położenia robocze. Cztery porty zazwyczaj obejmują zasilanie pompy, powrót zbiornika i dwa porty robocze, które można podłączyć do siłownika. Trzy pozycje zwykle obejmują dwie aktywne pozycje do poruszania cylindrem lub silnikiem w dowolnym kierunku oraz położenie środkowe.
Ta centralna pozycja ma większe znaczenie, niż wielu ludzi zdaje sobie sprawę. W konfiguracji z zamkniętym środkiem cały przepływ zatrzymuje się, gdy zawór powraca do położenia środkowego. Działa to dobrze w przypadku pomp o stałej wydajności i gdy potrzebne jest precyzyjne utrzymanie pozycji. Otwarty środek umożliwia powrót przepływu pompy do zbiornika w położeniu neutralnym, ograniczając wytwarzanie ciepła, ale potencjalnie umożliwiając dryfowanie siłownika pod obciążeniem. Konfiguracje centralne typu tandem oferują rozwiązanie pośrednie, odciążając pompę, jednocześnie blokując porty siłownika.
Seria WH oferuje wszystkie te warunki centralne i wiele więcej. Można zamówić zawory z centrowaniem sprężynowym, w którym sprężyny popychają suwak z powrotem do położenia neutralnego, lub z centrowaniem ciśnieniowym, w którym ciśnienie hydrauliczne utrzymuje suwak w środku. Niektóre zastosowania wymagają konfiguracji z przesunięciem sprężyny lub zapadek hydraulicznych, które utrzymują szpulę w dowolnej pozycji, w której ostatnio nakazano.
Dane techniczne, które mają znaczenie
Kiedy porównujesz kierunkowe zawory sterujące, określone specyfikacje mówią ci, co faktycznie może zrobić zawór w twoim systemie. Seria WH obejmuje rozmiary nominalne od NG10 do NG32. Ten nominalny rozmiar jest bezpośrednio powiązany z wielkością przepływu, jaką zawór może obsłużyć.
Zawór NG10 może obsługiwać od 200 do 300 litrów na minutę, co jest odpowiednie dla maszyn średniej wielkości. Przejdź na NG32, a zobaczysz maksymalną przepustowość wynoszącą 1100 litrów na minutę. Ten większy rozmiar jest wymagany dla największych pras przemysłowych lub urządzeń produkcyjnych o dużej prędkości.
Maksymalne ciśnienie robocze wynoszące 350 barów stawia zawory WH w kategorii o wysokiej wydajności. Wiele systemów przemysłowych pracuje przy ciśnieniu od 200 do 250 barów, zatem posiadanie tak dodatkowej wydajności ciśnieniowej zapewnia margines bezpieczeństwa i umożliwia pracę zaworu w najbardziej wymagających obwodach.
Wszystkie zawory sterujące WH są montowane zgodnie z normami ISO 4401. Ta międzynarodowa norma dokładnie określa, gdzie znajdują się porty i jak obrobiona jest powierzchnia montażowa. Dlaczego to ma znaczenie? Ponieważ oznacza to, że możesz potencjalnie wymienić zawór Bosch Rexroth na odpowiednik firmy Parker lub Eaton bez zmiany rozdzielacza lub instalacji hydraulicznej. Ta standaryzacja pozwala zaoszczędzić ogromną ilość czasu i pieniędzy przy projektowaniu i konserwacji systemów.
Zawory współpracują z płynami hydraulicznymi na bazie oleju mineralnego lub estrów fosforanowych w zakresie temperatur od ujemnych 30 do dodatnich 80 stopni Celsjusza. To szerokie okno robocze obejmuje większość środowisk przemysłowych i nie wymaga specjalnej kompensacji temperatury.
Zastosowania w świecie rzeczywistym, w których zawory WH wyróżniają się
Wejdź do dowolnego ciężkiego zakładu produkcyjnego, a prawdopodobnie znajdziesz w pracy kierunkowe zawory sterujące serii WH. Huty wykorzystują je do sterowania prasami do formowania masywnego. Instalacje do formowania wtryskowego polegają na nich w zakresie systemów mocowania o dużej sile, które utrzymują formy zamknięte pod ekstremalnym ciśnieniem.
Duże obrabiarki mają kolejne powszechne zastosowanie. Gdy centrum obróbcze CNC musi szybko ustawić ciężki stół lub zamocować obrabiany przedmiot, zawór sterujący WH zapewnia zdecydowane i mocne działanie przełączające. Zdolność zaworu do radzenia sobie z dużymi natężeniami przepływu oznacza, że ruchy te zachodzą szybko, skracając czas cyklu i zwiększając produktywność.
Urządzenia do transportu materiałów, takie jak windy hydrauliczne i platformy podnoszące, również korzystają z technologii WH. Zastosowania te wymagają niezawodności ponad wszystko inne, a prosta, solidna konstrukcja sterowanego pilotem zaworu sterującego dokładnie to zapewnia.
Tym, co sprawia, że zawory WH są szczególnie odpowiednie do tych zastosowań, jest ich tolerancja na nieidealne warunki pracy. Przemysłowe układy hydrauliczne często nie są w stanie utrzymać ultraczystych warunków cieczy, jakich wymagają bardziej wyrafinowane zawory proporcjonalne. Zawory WH działają niezawodnie przy czystości płynu hydraulicznego w okolicach ISO 4406 20/18/15, podczas gdy zawory proporcjonalne mogą wymagać oleju 19/16/13 lub lepszego. Ta różnica w wymaganiach dotyczących filtracji przekłada się bezpośrednio na niższe koszty eksploatacji i dłuższe okresy międzyobsługowe.
Porównanie zaworów WH z konkurencją
Rynek przemysłowych rozdzielaczy sterujących obejmuje kilku głównych graczy poza firmą Bosch Rexroth. Oddział Vickers firmy Eaton oferuje serię DG3V-10 do sterowania pilotem hydraulicznym i DG5V-10 do sterowania pilotem elektromagnetycznym. Konkurują one bezpośrednio z zaworami WH i WEH, oferując podobne wydajności przepływu i ciśnienia.
Parker Hannifin produkuje duże zawory sterowane pilotem z serii D81VW i szerszej serii D. Podobnie jak inne, zawory te są zgodne ze standardami montażu ISO 4401 i zapewniają porównywalną wydajność.
Interesującą rzeczą w tym konkurencyjnym krajobrazie jest to, jak podobne stały się specyfikacje z najwyższej półki. Wszyscy trzej główni producenci oferują zawory o ciśnieniu znamionowym 350 barów i przepływie 1100 litrów na minutę. Wszystkie mają te same standardy montażu. Ta zbieżność odzwierciedla zapotrzebowanie rynku na wymienność i stworzyła sytuację, w której konkurencja opiera się bardziej na czynnikach drugorzędnych, takich jak czas dostawy, wsparcie techniczne i określone opcje konfiguracji, a nie na samych ograniczeniach wydajności.
Producenci azjatyccy również weszli na rynek z zaworami zgodnymi z normą ISO 4401. Firmy takie jak Huade i Shanghai Lixin oferują produkty kompatybilne z WH po konkurencyjnych cenach, szczególnie atrakcyjnych dla nabywców w szybko uprzemysłowionych regionach. Chociaż te alternatywy mogą nie być tak rozpoznawalne, podlegają tym samym podstawowym zasadom projektowania i standardom montażu.
Uwagi dotyczące konserwacji i typowe problemy
Istotną zaletą rozdzielaczy serii WH jest ich stosunkowo prosty profil konserwacji. W przeciwieństwie do wyrafinowanych zaworów proporcjonalnych z ich wąskimi tolerancjami i złożonymi systemami sprzężenia zwrotnego, tradycyjne zawory sterowane pilotem są dość wyrozumiałe.
Najczęstszą przyczyną awarii jest zakleszczenie szpuli, zwykle spowodowane zanieczyszczeniem płynu hydraulicznego. Drobne cząstki mogą gromadzić się w małych odstępach pomiędzy szpulą a otworem, uniemożliwiając płynny ruch. Regularna wymiana płynów i odpowiednia filtracja zapobiegają większości tych problemów.
Wewnętrzny wyciek rozwija się z biegiem czasu, ponieważ normalne zużycie zwiększa luz pomiędzy szpulą a otworem. Objawia się to mniejszą prędkością siłownika, zmniejszoną siłą i zwiększonym wytwarzaniem ciepła. Gdy wyciek wewnętrzny staje się nadmierny, jedyną skuteczną metodą naprawy jest wymiana zaworu. W przypadku większości rozmiarów koszt regeneracji zwykle przekracza koszt nowego zaworu.
Zewnętrzny wyciek z uszczelek lub połączeń armatury jest zwykle łatwiejszy do usunięcia. Wiele uszczelek można wymienić bez specjalistycznych narzędzi. Jeśli jednak sama szpula ulegnie uszkodzeniu w obszarze uszczelnienia, konieczna będzie wymiana.
Na szczególną uwagę w przypadku zaworów WH zasługuje ciśnienie zasilania pilota. Ponieważ obwód pilota steruje położeniem suwaka głównego, wszelkie problemy z ciśnieniem pilota bezpośrednio wpływają na działanie zaworu. Niezależnie od tego, czy używane jest wewnętrzne zasilanie pilota z pompy głównej, czy zewnętrzne zasilanie pilota z oddzielnego źródła, ciśnienie to musi pozostać stabilne i odpowiednie do niezawodnej zmiany przełożeń.
Początkowy koszt wysokiej jakości rozdzielacza sterującego może wydawać się znaczny. Zespoły Bosch Rexroth średniej klasy mogą kosztować około 450 dolarów, a większe lub bardziej złożone konfiguracje kosztują więcej. Jednakże całkowity koszt posiadania zależy w dużej mierze od niezawodności i żywotności. Zawory WH zarabiają na życie przez lata niezawodnej pracy przy minimalnej konserwacji.
Przyszłość technologii sterowania kierunkowego
Branża zaworów hydraulicznych nie stoi w miejscu. Dwa główne trendy zmieniają krajobraz, choć żaden z nich nie sprawił, że zawory typu WH stały się jeszcze przestarzałe.
Proporcjonalne zawory sterujące oferują płynną regulację przepływu zamiast prostego włączania i wyłączania. Zmieniając sygnał wejściowy, można precyzyjnie kontrolować prędkość i siłę siłownika. Daje to znaczne korzyści w zastosowaniach wymagających płynnego ruchu lub dokładnego pozycjonowania. Jednakże zawory proporcjonalne wymagają znacznie czystszego płynu hydraulicznego, wymagają regularnej kalibracji i generalnie kosztują więcej w zakupie i utrzymaniu.
Hydraulika cyfrowa oznacza bardziej fundamentalną zmianę podejścia. Zamiast stosowania zaworów analogowych, takich jak zawory serii WH lub zawory proporcjonalne, cyfrowe układy hydrauliczne wykorzystują szereg szybko przełączających zaworów dwustanowych. Dzięki szybkiemu pulsowaniu tych zaworów system może osiągnąć precyzyjną kontrolę, która dorównuje lub przewyższa zawory proporcjonalne, zachowując jednocześnie prostotę i solidność komponentów włączających.
Cyfrowa hydraulika zapewnia duże oszczędności energii poprzez eliminację wielu strat związanych z dławieniem, charakterystycznych dla tradycyjnych systemów. Technologia ta zapewnia również wbudowaną redundancję, ponieważ wiele małych zaworów może kompensować awarię jednego z nich. Koszty produkcji mogą znacząco spaść wraz ze wzrostem wielkości produkcji, ponieważ zawory cyfrowe są prostsze w produkcji niż precyzyjne zawory proporcjonalne.
Pomimo tych postępów, tradycyjne rozdzielacze sterujące WH zachowują ważne zalety. Wymagają mniej wyrafinowanej elektroniki sterującej, lepiej tolerują zanieczyszczenia niż zawory proporcjonalne i bezproblemowo integrują się z istniejącymi systemami zbudowanymi w oparciu o standardy ISO 4401. W zastosowaniach wymagających solidnego przełączania o wysokim przepływie bez ciągłego sterowania, zawory WH pozostają najbardziej opłacalnym rozwiązaniem.
Firma Bosch Rexroth zdaje sobie sprawę z tych konkurencyjnych wymagań i opracowała strategię Connected Hydraulics. Podejście to dodaje czujniki i interfejsy cyfrowe do tradycyjnych komponentów hydraulicznych, wprowadzając je do środowisk Przemysłu 4.0 bez konieczności całkowitego przeprojektowania systemu. Zawór WH ze zintegrowanymi czujnikami ciśnienia i monitorowaniem położenia może dostarczyć cennych danych do konserwacji zapobiegawczej, jednocześnie spełniając swoją podstawową funkcję przełączania.
Dokonanie właściwego wyboru zaworu
Wybór pomiędzy tradycyjnym rozdzielaczem WH a nowszymi technologiami zależy od konkretnych wymagań aplikacji. W przypadku nowych systemów wymagających precyzyjnej kontroli prędkości lub złożonych profili ruchu, zawory proporcjonalne lub cyfrowa hydraulika mają sens pomimo wyższych kosztów i wymagań konserwacyjnych.
W przypadku części zamiennych w istniejących systemach zawory WH stanowią zazwyczaj najbardziej praktyczny wybór. Są zgodne ze standardowymi wzorami montażu ISO 4401, współpracują z istniejącymi obwodami pilotowymi i zapewniają sprawdzoną niezawodność. Skoncentruj swój wybór dostawców na firmach oferujących dobre wsparcie techniczne i określone opcje konfiguracji, których potrzebujesz, takie jak regulowane czasy przełączania lub centrowanie ciśnienia.
Gdy kontrola zanieczyszczeń jest trudna lub niemożliwa do osiągnięcia, tradycyjne, sterowane pilotem zawory sterujące wyraźnie przewyższają proporcjonalne alternatywy. Branże takie jak górnictwo, leśnictwo i rozbiórki często należą do tej kategorii. Większe luzy wewnętrzne i prostsza konstrukcja zaworu WH tolerują warunki, które szybko mogłyby zniszczyć bardziej wyrafinowane sterowanie.
Kluczem jest dopasowanie technologii zaworów do rzeczywistych potrzeb systemu, a nie automatyczny wybór najnowszej opcji. Zawory sterujące serii WH są produkowane od dziesięcioleci, ponieważ skutecznie rozwiązują rzeczywiste problemy. Będą nadal służyć systemom przemysłowym tak długo, jak długo będą istniały zastosowania, które cenią prostotę, solidność i wysoką przepustowość zamiast ciągłego sterowania zmiennym.
Zrozumienie, jak działają te zawory, co robią dobrze i gdzie zamienniki mogą działać lepiej, pomaga w podejmowaniu świadomych decyzji dotyczących konkretnych układów hydraulicznych. Niezależnie od tego, czy konserwujesz istniejący sprzęt, czy projektujesz nowe instalacje, kierunkowy zawór sterujący WH zasługuje na uwagę jako sprawdzone, niezawodne rozwiązanie do zastosowań związanych z regulacją przepływu cieczy o dużej mocy.
