شیر متناسب برای تنظیم فشار: بهینه سازی سیستم هیدرولیک

در سیستم‌های هیدرولیک، بهینه‌سازی تنظیم فشار با استفاده از شیر های متناسب یکی از موارد حیاتی است. در این مقاله، به تعریف شیرهای متناسب با تنظیم فشار پرداخته و اهمیت تنظیم فشار در سیستم‌های هیدرولیک را بررسی خواهیم کرد.

برای چندین دهه، تنظیم کننده های فشار الکترونیکی (یا مبدل های IP) جزء اصلی سیستم های کنترل پنوماتیک بوده اند. برخی از تنظیم کننده های فشار الکترونیکی هنوز از شیرهای برقی استفاده می‌کنند، اما این می‌تواند مشکلات مختلفی را در برنامه های کنترل فشار ایجاد کند.

بسیاری از این مسائل را می‌توان با استفاده از فناوری شیرهای متناسب به عنوان دم جریان (پر) و انقضای جریان (دریچه) برای کنترل فشار حل کرد.

برای درک بهتر مزایای فناوری شیرهای تناسبی برای کنترل فشار، باید ویژگی‌های کلی تنظیم‌کننده‌های فشار الکترونیکی و طراحی شیر متناسب را در نظر بگیریم.

مزایای رگولاتورهای الکترونیکی فشار نسبت به رگولاتورهای مکانیکی در شیر متناسب تنظیم فشار

رگولاتورهای الکترونیکی فشار نسبت به رگولاتورهای مکانیکی مزایای زیادی دارند. یک رگولاتور مکانیکی فشار را در پایین دست حفظ می‌کند، به طور موثر با نرخ جریان ثابت. با این حال، جریان پایین دست و فشار اغلب در بیشتر کاربردها در نوسان است. پمپ ها و کمپرسورها پالس ها را ارسال می‌کنند و فشار با تقاضا در نوسان است.

هنگامی که یک تنظیم کننده فشار مکانیکی فاقد دقت است یا نمی تواند به اندازه کافی سریع پاسخ دهد، نتیجه فشار خروجی ناهموار است. این دستگاه ساده ممکن است به اندازه کافی خوب باشد زمانی که دقت آنقدر مهم نیست. با این حال، یک تنظیم کننده فشار الکترونیکی یا دیجیتالی با استفاده از سیگنال کنترل و سیگنال بازخورد برای ایجاد کنترل فشار حلقه مسدود، دقت بهتر و تنظیم فشار خروجی دینامیکی را ارائه می‌دهد.

تنظیم کننده های فشار الکترونیکی فشار خروجی ثابتی را در یک سیستم تحت فشار حفظ می‌کنند حتی اگر نوساناتی در فشار ورودی به رگولاتور وجود داشته باشد. تنظیم‌کننده‌های فشار مکانیکی معمولاً فقط با دست قابل تنظیم هستند و کاربرد آن‌ها را در کاربردهای با تکنولوژی بالا محدود می‌کند.

هنگام استفاده از یک تنظیم کننده فشار الکترونیکی با یک سیستم کنترل دیجیتال، فشار خروجی دقیق از طریق تنظیمات جزئی در سیگنال کنترل قابل کنترل است. یک مبدل فشار داخلی یک دستگاه کنترل حلقه مسدود واقعی ایجاد می‌کند و یک ولتاژ بازخورد فشار خروجی جریان را ارائه می‌دهد. با خواندن این سیگنال بازخورد از یک رگولاتور الکترونیکی، سیستم‌های کنترل می‌توانند تنظیمات بلادرنگ را انجام دهند و تنظیم فشار ثابت را در سخت‌ترین کاربردها تا حد زیادی بهبود بخشند.

مقایسه رگولاتورهای الکترونیکی فشار و رگولاتورهای مکانیکی در شیر متناسب تنظیم فشار

تنظیم کننده های فشار الکترونیکی پیشرفت بزرگی نسبت به تنظیم کننده های مکانیکی هستند. آنها نسبتاً ساده و مؤثر در اجازه دادن به کنترل بهتر هستند. برای حفظ فشار خروجی در نقطه تنظیم مورد نظر از یک شیر پرکننده و یک شیر هواکش استفاده می‌کنند.

یک سنسور فشار داخلی کوچک فشار خروجی را نظارت می‌کند و کنترل کننده دیجیتال جریان خروجی دریچه های داخلی را برای حفظ نقطه تنظیم مورد نیاز (یعنی کنترل حلقه مسدود) تنظیم می‌کند. به این معنی که وقتی فشار مورد نظر را تنظیم می‌کنید، رگولاتور این فشار را حتی با تغییر نرخ جریان در سیستم حفظ می‌کند. مبدل فشار داخلی بازخورد فوری برای تنظیم جریان شیر پر یا دریچه هوا می‌دهد تا فشار خروجی ثابت بماند.

هنگامی که سیگنال کنترل افزایش می‌یابد، شیر تناسبی داخلی فعال می‌شود و فشار را به محفظه خلبان داخلی افزایش می‌دهد. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، فشار ورودی بیشتری از شیر پرکننده متناسب عبور کرده و به محفظه پیلوت می‌رسد. فشار در محفظه پیلوت رشد می‌کند و باعث می‌شود سطح بالایی دیافراگم کار کند.

به همین دلیل، دریچه تامین هوا که به دیافراگم متصل است باز می‌شود و بخشی از فشار تغذیه به فشار خروجی تبدیل می‌شود. این فشار خروجی با استفاده از سنسور فشار به مدار کنترل برمی گردد. شیر پر کننده به تنظیم کمی ادامه می‌دهد تا زمانی که فشار خروجی معادل نقطه تنظیم مورد نظر سیگنال کنترل شود.

همانطور که نشان دادیم، در طراحی استاندارد رگولاتور الکترونیکی، استفاده از شیرهای پرکننده و هواکش بسیار دقیق و سریع تا حد زیادی بر ویژگی های کنترل فشار کلی تأثیر می‌گذارد. اما شیرهای تناسبی چگونه به این امر دست می‌یابند؟

دریچه های متناسب

تنظیم‌کننده‌های فشار الکترونیکی سنتی معمولاً از طراحی دوگانه سوپاپ روشن/خاموش، با هر دو سوپاپ ورودی و خروجی استفاده می‌کنند. تغییرات فشار با چرخش دریچه های روشن/خاموش برای باز و مسدود شدن از طریق مدولاسیون عرض پالس کنترل می‌شود.

استفاده از مدولاسیون عرض پالس می‌تواند برای سیستم های کنترلی به دلایل مختلف مشکل ساز باشد. مشکلات مربوط به استفاده از مدولاسیون عرض پالس دریچه‌های روشن/خاموش و چرخه مکرر شیر شامل عمر بسیار کوتاه‌تر محصول، نویز محصول، باند مرده مدار کنترل، نوسان فشار و عملکرد ناسازگار در شرایط خروجی دینامیکی است.

برخی از رگولاتورهای فشار از یک شیر متناسب ورودی برای جبران این مشکلات عملکردی استفاده می‌کنند. با این حال، این واحدها معمولاً از یک سوپاپ خروجی برقی روشن/خاموش برای تخلیه فشار اضافی و جبران تغییر نرخ جریان به سیستم استفاده می‌کنند.

به طور معمول، این با چرخش سریع سوپاپ به دست می‌آید، بنابراین برنامه های کاربردی با نرخ های فشار خروجی دینامیکی بیشتر در معرض نوسان هستند. زیرا شیر اگزوز باید به طور مداوم با هرتز سریع چرخش کند تا تغییرات فشار دینامیکی را جبران کند.

طرح رگولاتور الکترونیکی کلی پنوماتیک

طرح آرماتور پنوماتیک کلی

شیر متناسب تنظیم فشار

جزء حیاتی یک تنظیم کننده فشار الکترونیکی Kelly Pneumatics طراحی شیر متناسب دوگانه است. یک سوپاپ ورودی و دیگری اگزوز را کنترل می‌کند. هر شیر به ترتیب فشار خروجی را افزایش یا کاهش می‌دهد.

ادغام دو شیر متناسب از بسیاری از مشکلات مرتبط با تنظیم کننده های سنتی سوپاپ روشن/خاموش جلوگیری می‌کند. این بیشتر به دلیل طراحی ذاتی شیرهای متناسب است که تنظیم فشار را کنترل می‌کنند. هر شیر تناسبی از یک طراحی آرمیچر استفاده می‌کند که عملکرد تقریباً بدون اصطکاک را ارائه می‌دهد.

فشار/جریان خروجی با حرکت متناسب آرمیچر تک سوپاپ از دهانه ورودی شیر به دست می‌آید. مسافت کل حرکت آرمیچر سوپاپ تنها هزاران اینچ است. افزایش یا کاهش جزئی فاصله آرمیچر از دهانه دریچه منجر به تغییر نرخ جریان خروجی و فشار می‌شود.

برعکس، دریچه‌های روشن/خاموش معمولاً نرخ جریان متغیری را ارائه نمی‌دهند و از آرمیچر با فاصله سفر کالیبره شده استفاده می‌کنند. آرمیچر سوپاپ در حالت خاموش کاملاً در برابر نشیمنگاه سوپاپ مسدود است در حالی که در حالت روشن کاملاً در برابر محفظه سوپاپ باز می‌شود.

چرخه سوپاپ روشن/خاموش می‌تواند با در نظر گرفتن استفاده فوق الذکر از مدولاسیون عرض پالس در سایر واحدهای کنترل فشار که باید دریچه ها را با هرتز خاصی چرخش کنند، می‌تواند مشکل ساز باشد. که می‌تواند به طور قابل توجهی عمر شیرهای برقی در حال چرخش و متعاقباً خود محصول را کاهش دهد.

 این امر به ویژه در مورد کاربردهایی با جریان خروجی ثابت یا فشارهای خروجی در حال تغییر مکرر به سیستم، زمانی که چرخه سوپاپ سازگارتر است، صادق است. بنابراین، در بسیاری از کاربردها، چرخه سوپاپ می‌تواند برای این محصولات ثابت باشد و عمر محصول را به شدت محدود کند. در تنظیم کننده فشار الکترونیکی Kelly Pneumatics، شیرهای متناسب داخلی فقط باید فاصله آرمیچر مربوطه خود را تغییر دهند تا فشار خروجی و جریان کنترل کننده فشار را تغییر دهند.

یک چرخه شیر برقی روشن به خاموش

به عنوان مثال، هنگامی که افزایش جریان در پایین دست اتفاق می‌افتد، شیر متناسب ورودی بلافاصله تنظیم می‌شود تا با تنظیم کمی فاصله آرمیچر شیر داخلی در یک حرکت، جبران شود. علاوه بر این، در طول حالت های ثابت، دریچه های متناسب فاصله آرمیچر سوپاپ را حفظ می‌کنند، بدون اینکه ساییدگی برای خود دریچه ها وجود داشته باشد.

استفاده از دریچه‌های روشن/خاموش برای شیرهای پر یا دریچه‌های هواکش در کنترل‌کننده‌های فشار می‌تواند منجر به مشکل‌سازی باند مرده در سیستم‌های کنترل شود.

با توجه به مدولاسیون عرض پالس دریچه‌های روشن/خاموش چرخه، این می‌تواند باعث نرخ‌های مرده باند در محدوده کنترل در نقاط تنظیم خاص شود. زیرا الگوریتم کنترل ممکن است هنگام چرخش دریچه‌های پر و دریچه در فرکانس‌های خاص، تنظیم کافی کوچک را محاسبه نکند. از آنجایی که شیرهای تناسبی قادر به تنظیم دقیق ارتفاع آرمیچر داخلی هستند، تنظیم دقیق فشار خروجی بسیار مؤثرتر است. و از مرده باند برای اکثر نقاط تنظیم و تنظیم دقیق فشار خروجی جلوگیری می‌کند.

استفاده از شیرهای تناسبی همچنین از نوسانات فشار گاه به گاه ناشی از دریچه های روشن/خاموش تعدیل شده با عرض پالس جلوگیری می‌کند. در شرایط خروجی استاتیک، چرخه ثابت شیر دریچه‌های روشن/خاموش می‌تواند باعث اشتباهات ناگهانی در خروجی فشار با شرایط جریان پایین دست متفاوت شود. این نوسانات می‌توانند بر کاربردهایی که نیاز به فشار خروجی ثابت در دوره های طولانی بین تنظیم نقطه تنظیم دارند، تأثیر بگذارند.

مقایسه

در مقایسه، هر گونه تغییر در شرایط جریان پایین دست به سرعت توسط دریچه های پرکننده و دریچه متناسب تنظیم می‌شود. زیرا آرمیچرهای شیر داخلی فقط نیاز به تنظیم جزئی در موقعیت آرمیچر فوری دارند (اغلب فقط هزاران اینچ).

یکی دیگر از مشکلات استفاده از مدولاسیون عرض پالس، صدای قابل شنیدن تولیدی توسط شیرهای روشن/خاموش سریع است. بسیاری از این طرح‌های قدیمی با دریچه‌های روشن/خاموش برای پر کردن و هواگیری باید دریچه‌ها را با نوسان در صدها چرخه در دقیقه کار کنند. به این معنی که دریچه‌ها باید کاملا مسدود و باز شوند و صدای کلیک شنیدنی ایجاد شود.

در مقابل، از آنجایی که طراحی شیر متناسب نیازی به نوسان ندارد، هنگام تغییر خروجی جریان برای پر کردن یا تخلیه، صدایی از سوپاپ ها تولید نمی‌شود. این به این دلیل است که آرمیچرهای تناسبی به جای نیاز به چرخه روشن/خاموش کامل از طریق یک حرکت آرمیچر تنظیم می‌شوند.

دریچه های متناسب برای هر دو دریچه های پر و دریچه دریچه های خروجی در رگولاتورهای الکترونیکی پیشرفت های بزرگی را برای کنترل فشار ارائه می‌دهند. از عمر طولانی محصول تا بهبود دقت و عملکرد بی صداتر، شیرهای متناسب در رگولاتورهای الکترونیکی همه تفاوت را ایجاد می‌کنند.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.