شیر پروپرشنال

شیر پروپرشنال نوعی شیر هیدرولیک است که در سیستم‌های کنترل مختلف برای تنظیم جریان سیال مانند مایع یا گاز به صورت متناسب استفاده می‌شود. این بدان معنی است که شیر موقعیت خود را برای کنترل نرخ جریان بر اساس سیگنال ورودی که دریافت می کند تنظیم می کند.

این سری از شیرها در تنظیم جریان، فشار و جهت یک سیستم هیدرولیک نقش دارند.

شیرهای پروپرشنال معمولاً در کاربردهای صنعتی که کنترل دقیق جریان سیال مورد نیاز است استفاده می شود. آنها اغلب در سیستم هایی استفاده می شوند که تغییر نرخ جریان برای حفظ شرایط فرآیندی خاص یا دستیابی به سطح مطلوب در عملکرد ضروری است.

این شیرها را می توان به صورت دستی یا خودکار از طریق یک سیستم کنترل خارجی کنترل کرد. آنها معمولاً دقیق‌تر از دیگران هستند و می‌توانند یک محدوده مداوم از نرخ جریان را به جای موقعیت‌های کاملاً باز یا کاملاً بسته ارائه کنند.

شیرهای پروپرشنال در طیف وسیعی از کاربردها از جمله سیستم های هیدرولیک، سیستم های پنوماتیک، سیستم های HVAC و سیستم های کنترل فرآیند در صنایعی مانند تولیدات، خودروسازی، هوافضا و غیره استفاده می شوند.

طرز کار شیر پروپرشنال

(شکل شماره 1)

شیر پروپرشنال برای مدارهایی که نیاز به تغییر جریان یا فشار برای کاهش شوک و ضربه دارند مناسب هستند. سلونوئید روی این شیرها با توجه به ولتاژ اعمال شده به شیر پروپرشنال، اسپول را کم و بیش جابجا می کند. آنها می توانند سرعت جابجایی اسپول یا مسافتی را که طی می کند تغییر دهند. از آنجایی که اسپول در یک شیر پروپرشنال به یکباره جابجا نمی شود، شیرها می توانند شتاب و کاهش سرعت یک محرک را کنترل کنند.

معمولاً تغییر در محدوده زمان تغییر مکان دهی اسپول، شتاب و کاهش سرعت را کنترل می کند. تغییر محدوده ولتاژ به سیم پیچ، حرکت اسپول را برای کنترل حداکثر سرعت یک محرک محدود می کند. یک کامپیوتر یا یک پی ال سی (PLC) می تواند سیگنال الکتریکی متغیر را تولید کند.

اگر میزان جریان کم است (کمتر از 20-25 گالن بر دقیقه)، از یک شیر پروپرشنال مستقیم که با سلونوئید کار می کند، مانند شکل بالا استفاده کنید. شیرهای مستقیم کوچکتر و ارزانتر از شیرهای سلونوئیدی هستند. با این حال، شیرهای پروپرشنال سلونوئیدی-پیلوت دار می‌توانند جریان‌های بالاتری را تحمل کنند، برخی از آن ها حتی می توانند بیشتر از 200 گالن بر دقیقه رو تحمل کنند.

شکل شماره 2، نماد ساده شده برای یک شیر پروپرشنال که با پیلوت کار می کند را نشان می دهد.

(شکل شماره 2)

شکل شماره 3 نماد کامل همان شیر را نشان می دهد. نماد کامل شامل جزئیات شیر های کنترلی، شیر کاهنده در مدار پیلوت و مسیریابی خطوط پیلوت است.

(شکل شماره 3)

یک شیر پروپرشنال ساده برای قرار دادن اسپول در برابر فنر به نیروی سلونوئیدی وابسته است. از آنجایی که جریان، فشار، دما و تمیزی سیال دائماً تغییر می کند، یک ولتاژ ورودی مشخص ممکن است همیشه موقعیت اسپول یکسانی ایجاد نکند بنابراین برای تعیین دقت موقعیت اسپول، از ترانسفورمر دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT)، مانند شکل‌های شماره 2 تا 5 استفاده کنید.

یک LVDT به صورت الکترونیکی سیگنال ورودی را با موقعیت اسپول مقایسه می کند و ولتاژ را تغییر می دهد تا موقعیت اسپول مشابه را بدون توجه به تغییرات سیستم ارائه دهد. LVDT با وجود اینکه هزینه ای را به شیر و لوازم الکترونیکی اضافه می کند، اما معمولاً در همه مدارهای شتاب و کاهش سرعت به جز مدارهای ساده ضروری است.

(شکل شماره 4)

یک LVDT تکرارپذیری جریان از طریق شیر را کنترل نمی کند زیرا جریان، مقدار تابعی از افت فشار و ویسکوزیته سیال و همچنین اندازه روزنه است. تغییر در فشار یا ضخامت سیال، سرعت محرک را تغییر می‌دهد. برای کاهش تغییر سرعت، یک سیگنال بازخورد از محرک اضافه کنید (شبیه به مدار شیر سروو). بازخورد محرک کمک خواهد کرد اما هنوز هم بسیار دقیق نیست زیرا اکثر شیرهای کنترلی پروپرشنال به اندازه کافی سریع پاسخ نمی دهند تا بر تغییرات ناگهانی سیستم غلبه کنند.

(شکل شماره 5)

در شکل شماره 5، شیر جبران کننده فشار در خط ورودی، نوسانات جریان را به دلیل تغییرات فشار سیستم کاهش می دهد. جبران کننده فشار یک افت فشار ثابت را در سرتاسر دهانه اسپول حفظ می کند تا جریان را در هنگام تغییر فشار ورودی یا کاری ثابت نگه دارد. جبران کننده فشار یک شیر کاهنده است که دارای تنظیم فنر ثابت است (مثلاً 150 psi). یک شیر شاتل (shuttle valve) بازخورد فشار را از هر پورت سیلندر به درگاه کنترل از راه دور شیر کاهنده می رساند. با تغییر فشار در یک درگاه، فشار شیر کاهنده تغییر پیدا می کند تا یک افت ثابت 150 psi در سرتاسر اسپول شیر پروپرشنال حفظ شود.

انواع شیر پروپرشنال

• شیر پروپرشنال کنترل جریان: یک شیر پروپرشنال کنترل جریان ، تنظیم مقدار سیال عبوری از یک سیستم هیدرولیک را کنترل می کند. از بازخورد موقعیت داخلی برای نشان دادن موقعیت اسپول شیر هنگام ارائه سیگنال استفاده می شود. بازخورد به تقویت کننده کمک می کند تا موقعیت اسپول را تعیین کند و به تقویت کننده اجازه می دهد ولتاژ مناسبی را ارائه دهد، بنابراین اسپول در موقعیت مناسب در داخل شیر حرکت می کند. موقعیت اسپول شیر برای کنترل جریان سیال بسیار مهم است.

• شیر پروپرشنال کنترل فشار: شیر پروپرشنال کنترل فشار به ماشین ها اجازه می دهد تا فشار اعمال شده یا کاهش فشار را به درستی کنترل یا حفظ کنند. کاهش فشار با شیر پروپرشنال زمانی استفاده می شود که یک سیستم سیال دارای فشار بیش از حد باشد. به کمک طراحی این شیر، زمانی که فشار به زیر حد تنظیم شده می رسد، به طور تدریجی فشار را افزایش می دهند.

• شیر پروپرشنال کنترل جهت: شیر پروپرشنال کنترل جهت، شروع، توقف و تغییر جهت جریان را تنظیم می کند.

کاربردهای شیر پروپرشنال

• فرایند های اساسی ماشین آلات
• سیستم های هیدروپنوماتیک
• ابزارآلات دقیق تحلیلی
• بالانس تایر
• سیستم های پرس
• دستگاه تزریق پلاستیک
• شبیه ساز پرواز، تست بدنه هواپیما و…

عملکرد شیر پروپرشنال

هنگامی که یک سیگنال خارجی از یک دستگاه عبور می کند، جریان های الکتریکی به محرک شیر و در نهایت به اسپول منتقل می شود که تغییر می کند و یک مسیر ایجاد می کند. سیم پیچ ها در شیر ولتاژ های متفاوتی را حمل می کنند و نیروی متناسبی ایجاد می کنند که به نوبه خود منجر به جابجایی در اسپول می  شود.

عملکرد شیر های پروپرشنال، ایجاد یک تغییر روان و پیوسته در جریان یا فشار در پاسخ به ورودی الکتریکی است، برای همین است که این شیر کارایی بالایی دارد. آنها به سرعت از طریق پاسخ های دقیق به فشار های پایدار دست می یابند.

مزایای شیر پروپرشنال

• افزایش راندمان کاری
• افزایش ایمنی در سیستم
• قابلیت قطع خودکار سیستم
• فشرده شدن سیستم هیدرولیک
• قابلیت کنترل دقیق

نکاتی که قبل از خرید شیر پروپرشنال باید به آن توجه کنید:

• ارزیابی جریان: با ارزیابی جریان مورد نیاز سیستم هیدرولیک خود شروع کنید. حداکثر و حداقل دبی مورد نیاز در حین کار را در نظر بگیرید. شیر های پروپرشنال در اندازه های مختلف وجود دارند که هرکدام دارای ظرفیت جریان متفاوتی هستند. شیری را انتخاب کنید که بتواند نیاز های جریان سیستم شما را در حالی که کنترل دقیق ارائه می دهد، برطرف کند.
• محدوده فشار: تجزیه و تحلیل سطوح فشار مورد نیاز در سیستم هیدرولیک شما بسیار مهم است. شیر های پروپرشنال دارای درجه بندی فشار خاصی هستند که حداکثر فشار کاری آن ها را نشان می دهد. اطمینان حاصل کنید که شیری که انتخاب می کنید می تواند فشار موردنیاز سیستم شما را بدون به خطر انداختن آن با دقت و ایمنی بالا انجام دهد.
• زمان پاسخگویی: زمان پاسخ گویی یک شیر پروپرشنال برای دستیابی به کنترل دقیق حیاتی است. زمان پاسخگویی به سرعت واکنش شیر به تغییرات سیگنال های ورودی اشاره دارد. الزامات دینامیکی سیستم خود را در نظر بگیرید و یک شیر پروپرشنال با زمان پاسخگویی مناسب را انتخاب کنید که با نیاز های برنامه شما سازگار باشد. زمان پاسخ سریعتر برای برنامه هایی که نیاز به تنظیمات سریع دارند ایده آل می باشد.
• سازگاری سیگنال کنترلی: شیر های پروپرشنال برای عملکرد دقیق به سیگنال های کنترل الکتریکی نیاز دارند. اطمینان حاصل کنید که شیر انتخاب شده با نوع سیگنال کنترلی سیستم شما، مانند جریان با ولتاژ سازگار باشد. برگه اطلاعات شیر را بررسی کنید تا از سازگاری بین آن ها اطمینان حاصل کنید و از مشکلات احتمالی در حین کار جلوگیری کنید.

کلام آخر

انتخاب شیر پروپرشنال ایده آل برای کنترل دقیق در سیستم های هیدرولیک یک کار بسیار مهم است. با در نظر گرفتن ارزیابی جریان، درجه بندی فشار، زمان پاسخگویی و سازگاری سیگنال کنترلی، می توانید انتخاب آگاهانه ای داشته باشید که با نیاز های سیستم شما هماهنگ باشد. عیب یابی منظم شیر هیدرولیک، عملکرد بدون وقفه را تضمین می کند.