ไดอะแกรมวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิก

เมื่อคุณเปิดแผนผังวงจรไฮดรอลิกและเห็นเส้นโค้งที่มีลูกศรชี้ผ่าน คุณกำลังดูวาล์วควบคุมการไหล สัญลักษณ์เหล่านี้อาจดูเรียบง่าย แต่บอกคุณได้อย่างชัดเจนว่าเครื่องจักรควบคุมความเร็ว จัดการพลังงาน และปกป้องส่วนประกอบที่มีราคาแพงอย่างไร แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกไม่ได้เป็นเพียงภาพวาด เป็นภาษาที่แสดงให้เห็นว่าเครื่องเจาะจะพูดพล่อยๆ ในระหว่างการเจาะทะลุหรือไม่ แขนของรถขุดจะลอยไปภายใต้ภาระหนักหรือไม่ หรือระบบจะสิ้นเปลืองพลังงานในการทำความร้อนให้กับถังน้ำมันหรือไม่

ฟิสิกส์ของการควบคุมการไหล

วาล์วควบคุมการไหลทำงานโดยการเปลี่ยนขนาดของช่องเปิดที่น้ำมันไหลผ่าน ซึ่งวิศวกรเรียกว่าช่องเปิดควบคุมการไหล ข้อจำกัดนี้จะเปลี่ยนปริมาณของเหลวที่สามารถไหลผ่านต่อนาที ซึ่งจะควบคุมความเร็วของแกนกระบอกสูบหรือความเร็วของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่หมุนได้โดยตรง ความสัมพันธ์เป็นไปตามกฎทางกายภาพเฉพาะ: อัตราการไหล Q เท่ากับค่าสัมประสิทธิ์การไหลคูณพื้นที่ปากคูณรากที่สองของความแตกต่างของความดันหารด้วยความหนาแน่นของของเหลว:

$$Q = C_d \\cdot A \\cdot \\sqrt{2\\Delta P/\\rho}$$

ความสัมพันธ์แบบรากที่สองนี้หมายความว่าการเพิ่มความแตกต่างของความดันเป็นสองเท่าจะเพิ่มการไหลประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ไม่ใช่ 100 เปอร์เซ็นต์

สัญลักษณ์แผนภาพสำหรับวาล์วเหล่านี้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 1219-1 ซึ่งวิศวกรอุตสาหกรรมทั่วโลกใช้ในการบันทึกระบบไฮดรอลิก การเรียนรู้ที่จะอ่านไดอะแกรมเหล่านี้หมายถึงการทำความเข้าใจว่าแต่ละเส้น ลูกศร และรูปทรงเรขาคณิตแสดงถึงอะไรในฮาร์ดแวร์ทางกายภาพที่วางอยู่ภายในตัววาล์ว

การถอดรหัสส่วนประกอบสัญลักษณ์ ISO 1219-1

วาล์วปีกผีเสื้อพื้นฐานจะปรากฏบนไดอะแกรมวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกเมื่อมีเส้นโค้งสองเส้นหันหน้าเข้าหากัน ทำให้เกิดทางแคบสำหรับของเหลว ส่วนโค้งที่ตรงกันข้ามเหล่านี้แสดงถึงการจำกัดการไหล เมื่อคุณเห็นลูกศรแนวทแยงผ่านสัญลักษณ์นี้ แสดงว่าวาล์วสามารถปรับได้ บางคนสามารถหมุนลูกบิดหรือปรับสกรูเพื่อเปลี่ยนปริมาณการเปิดวาล์วได้ หากไม่มีลูกศร แสดงว่าคุณกำลังดูออริฟิสคงที่ซึ่งไม่สามารถปรับได้หลังการติดตั้ง

ทิศทางมีความสำคัญอย่างยิ่งในไดอะแกรมเหล่านี้ สัญลักษณ์เช็ควาล์วดูเหมือนลูกบอลนั่งอยู่ในเบาะรูปตัววี เมื่อของเหลวไหลปะทะลูกบอล มันจะผนึกแน่น เมื่อของไหลไหลไปทางอื่น มันจะดันลูกบอลออกจากที่นั่งและไหลอย่างอิสระ แอปพลิเคชันควบคุมการไหลจำนวนมากต้องการเพียงการควบคุมความเร็วในทิศทางเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น โต๊ะตัดเฉือนต้องใช้อัตราป้อนช้าในการตัดแต่ควรกลับคืนอย่างรวดเร็ว นี่คือที่มาของวาล์วปีกผีเสื้อทิศทางเดียว

ในแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลแบบไฮดรอลิก ลิ้นปีกผีเสื้อแบบทิศทางเดียวจะรวมสัญลักษณ์ปีกผีเสื้อเข้ากับสัญลักษณ์เช็ควาล์วแบบขนาน ส่วนประกอบทั้งสองวางเรียงกัน โดยมักจะอยู่ในกล่องประที่แสดงว่ามีส่วนประกอบอยู่ในตัววาล์วตัวเดียว น้ำมันที่ไหลไปทางเดียวจะถูกควบคุมปริมาณและทำให้แอคทูเอเตอร์ช้าลง น้ำมันที่ไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามจะดันเช็ควาล์วออกและเลี่ยงคันเร่งจนสุด ทำให้สามารถเคลื่อนตัวกลับได้อย่างรวดเร็วโดยมีแรงดันตกน้อยที่สุด

วาล์วควบคุมการไหลแบบชดเชยแรงดันจะเพิ่มองค์ประกอบสัญลักษณ์อีกอย่างหนึ่ง นั่นคือลูกศรแนวตั้งขนาดเล็กบนเส้นทางเข้าที่ชี้ขึ้น ลูกศรนี้บอกคุณว่าวาล์วมีตัวควบคุมแรงดันอัตโนมัติซึ่งสร้างเป็นอนุกรมพร้อมกับคันเร่งแบบแมนนวล ตัวชดเชยแรงดันจะรักษาแรงดันตกคร่อมปากปีกผีเสื้อให้คงที่ โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงโหลด หากไม่มีคุณสมบัตินี้ เมื่อกระบอกสูบดันต่อภาระที่หนักกว่า แรงดันต้านที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดความแตกต่างของแรงดันทั่วปีกผีเสื้อ ซึ่งจะทำให้การเคลื่อนที่ช้าลงโดยอัตโนมัติแม้ว่าการตั้งค่าปีกผีเสื้อจะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม กลไกการชดเชยแก้ไขปัญหานี้โดยการตรวจจับแรงดันทั้งต้นน้ำและปลายน้ำ และปรับองค์ประกอบวาล์วภายในโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาแรงดันตกที่ 0.5 ถึง 1.0 MPa อย่างแน่นอน

สัญลักษณ์การชดเชยอุณหภูมิปรากฏไม่บ่อยนักแต่มีความสำคัญสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำ วงกลมเล็กๆ หรือไอคอนเทอร์โมมิเตอร์ใกล้กับสัญลักษณ์ปีกผีเสื้อ บ่งบอกว่าวาล์วใช้การออกแบบปากที่มีขอบแหลมคม แทนที่จะเป็นทางเดินที่แคบและยาว ขอบที่แหลมคมจะสร้างการไหลเชี่ยวโดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยจะค่อนข้างคงที่แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงความหนืดก็ตาม เมื่อน้ำมันไฮดรอลิกร้อนขึ้นระหว่างการทำงาน ความหนืดของน้ำมันจะลดลงอย่างมาก ในทางเดินยาวและบางที่ทำงานภายใต้สภาวะการไหลแบบราบเรียบ การเปลี่ยนแปลงความหนืดนี้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราการไหลตามกฎหมายของฮาเกิน-ปัวเซย ปากที่มีขอบแหลมคมจะช่วยลดความไวต่ออุณหภูมิ ซึ่งวิศวกรเรียกว่าการชดเชยอุณหภูมิ

หมวดหมู่หลักของวาล์วควบคุมการไหล

แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกแสดงตระกูลวาล์วพื้นฐานสามตระกูล โดยแต่ละตระกูลมีลักษณะสัญลักษณ์และหลักการทำงานที่แตกต่างกัน

วาล์วปีกผีเสื้อแบบธรรมดา

วาล์วปีกผีเสื้อที่เรียบง่ายแสดงถึงการออกแบบขั้นพื้นฐานที่สุด สัญลักษณ์แผนภาพแสดงเฉพาะข้อจำกัดที่ปรับได้โดยไม่มีส่วนประกอบเพิ่มเติม โดยทั่วไปวาล์วนี้จะใช้แกนรูปเข็มซึ่งมีมุมเรียวเล็กมากวางพิงกับเบาะที่มีขอบแหลมคม การหมุนที่จับปรับจะเคลื่อนเข็มตามแนวแกนไปตามด้ายละเอียด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่แม่นยำในพื้นที่การไหลของวงแหวน วาล์วเหล่านี้มีราคาถูกกว่าและใช้พื้นที่น้อยที่สุด แต่อัตราการไหลของวาล์วจะเปลี่ยนแปลงเมื่อใดก็ตามที่แรงดันของระบบผันผวนหรืออุณหภูมิน้ำมันเปลี่ยนแปลง ใช้งานได้เป็นที่ยอมรับสำหรับการใช้งานที่โหลดคงที่ เช่น ระบบขับเคลื่อนล้อเจียรหรือสายพานลำเลียง แต่ไม่สามารถรักษาความเร็วให้คงที่ภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกันได้

วาล์วชดเชยแรงดัน

วาล์วชดเชยแรงดัน หรือที่เรียกว่าวาล์วควบคุมการไหลที่มีการชดเชยหรือเพียงตัวควบคุมการไหล จะปรากฏบนไดอะแกรมที่มีสัญลักษณ์ลูกศรตรวจจับความดันที่มีลักษณะเฉพาะดังกล่าว ภายในตัววาล์วมีข้อจำกัดสองประการติดต่อกัน: คันเร่งแบบปรับได้เองและตัวควบคุมแรงดันอัตโนมัติ ตัวควบคุมประกอบด้วยแกนม้วนสปริงที่รับรู้แรงกดทั้งก่อนและหลังคันเร่งแบบแมนนวล เมื่อภาระเพิ่มขึ้นและแรงดันด้านท้ายน้ำเพิ่มขึ้น แรงดันส่วนต่างของปีกผีเสื้อจะพยายามลดลง แกนม้วนชดเชยตอบสนองทันทีด้วยการเปิดเพิ่มเติม ช่วยลดข้อจำกัดของตัวเอง ซึ่งบังคับให้แรงดันต้นน้ำเพิ่มขึ้นเพียงพอที่จะคืนแรงดันเดิมที่ลดลงทั่วคันเร่งแบบแมนนวล สิ่งนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติในขณะที่ระบบทำงาน

ความสมดุลของแรงบนแกนม้วนตัวชดเชยจะสร้างพฤติกรรมที่ปรับเปลี่ยนได้เอง แรงสปริงดันแกนม้วนเข้าหาตำแหน่งปิด แรงดันดาวน์สตรีม (แรงดันโหลด) จะดันไปทางปิดด้วย แรงดันต้นน้ำดันไปทางเปิด ที่สภาวะสมดุล ความดันต้นน้ำเท่ากับความดันปลายน้ำบวกแรงสปริงหารด้วยพื้นที่ประสิทธิผลของแกนม้วนสาย ด้วยการเลือกสปริงอย่างระมัดระวังในระหว่างการออกแบบวาล์ว ผู้ผลิตจะตั้งค่าแรงดันตกคร่อมที่ได้รับการชดเชยให้เป็นค่าเฉพาะ โดยทั่วไปคือ 0.5 MPa สำหรับวาล์วขนาดเล็ก จนถึง 1.0 MPa สำหรับวาล์วอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เนื่องจากแรงดันตกคร่อมนี้จะคงที่โดยไม่คำนึงถึงโหลด และเนื่องจากพื้นที่ปีกผีเสื้อได้รับการตั้งค่าและแก้ไขด้วยตนเอง อัตราการไหลจึงไม่ขึ้นอยู่กับโหลด บูมของรถขุดจะขยายออกด้วยความเร็วเท่ากันไม่ว่าถังจะว่างเปล่าหรือบรรทุกดินหนักสองตันก็ตาม

วาล์วลำดับความสำคัญ

วาล์วลำดับความสำคัญจะแสดงในไดอะแกรมวาล์วควบคุมการไหลไฮดรอลิกเป็นกล่องสี่เหลี่ยมที่บรรจุหลอดสปริงเอนเอียงโดยมีพอร์ตสามพอร์ตที่มีป้ายกำกับว่า P (ปั๊ม), CF (การไหลคงที่หรือลำดับความสำคัญ) และ EF (การไหลส่วนเกินหรือบายพาส) วาล์วเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าฟังก์ชันวิกฤติจะได้รับการไหลที่ต้องการก่อนจึงจะป้อนวงจรวิกฤติน้อยกว่า การใช้งานแบบคลาสสิกคือระบบบังคับเลี้ยวบนรถตักล้อยางและรถแทรกเตอร์เพื่อการเกษตร วงจรบังคับเลี้ยวเชื่อมต่อกับ CF ในขณะที่ฟังก์ชันการทำงาน เช่น การเอียงถังจะเชื่อมต่อกับ EF สายสัญญาณแรงดันจากชุดบังคับเลี้ยวจะป้อนกลับไปยังปลายด้านหนึ่งของแกนวาล์วหลัก โดยดันไปติดกับสปริง เมื่อผู้ปฏิบัติงานหมุนพวงมาลัยอย่างรวดเร็ว แรงดันสัญญาณนี้จะเพิ่มขึ้น โดยผลักแกนม้วนสายไปเพื่อกำหนดเส้นทางการไหลสูงสุดไปยัง CF ในขณะที่สำลัก EF เมื่อความต้องการบังคับเลี้ยวลดลง แกนม้วนงอจะกลับมาภายใต้แรงสปริง ซึ่งช่วยให้กระแสไหลไปยังฟังก์ชันการทำงานได้ วิธีนี้จะช่วยป้องกันสถานการณ์อันตรายที่ผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถบังคับทิศทางได้ เนื่องจากการไหลของปั๊มทั้งหมดถูกใช้โดยค้อนไฮดรอลิกหรือสิ่งที่แนบมาอื่นๆ

วาล์วแบ่งการไหล

วาล์วแบ่งการไหล ที่แสดงบนไดอะแกรมเป็นกล่องที่มีเอาต์พุตสองตัวและมีสัญลักษณ์ปีกผีเสื้อที่เชื่อมต่อถึงกันภายใน แรงไหลเท่ากัน (หรือแยกตามสัดส่วน) ไปยังแอคชูเอเตอร์สองตัวขึ้นไป โดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างของโหลดแต่ละตัว การซิงโครไนซ์กระบอกสูบสองตัวที่ดันโหลดไม่เท่ากันมักจะล้มเหลวเนื่องจากกระบอกสูบที่มีความต้านทานต่ำกว่าทำงานไปข้างหน้า ตัวแบ่งประกอบด้วยองค์ประกอบควบคุมปริมาณสององค์ประกอบที่จับคู่กันอย่างแม่นยำพร้อมเส้นทางป้อนกลับแรงกดที่เชื่อมต่อกัน หากด้านใดด้านหนึ่งมองเห็นภาระที่สูงกว่า ความดันที่เพิ่มขึ้นจะสื่อสารผ่านทางเดินภายในไปยังคันเร่งของอีกด้านหนึ่ง ซึ่งจะจำกัดมากขึ้นโดยอัตโนมัติเพื่อให้การแบ่งการไหลเท่ากัน ตัวแบ่งประเภทเกียร์ใช้มอเตอร์ไฮดรอลิกสองตัวที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาบนเพลาทั่วไป โดยกลไกบังคับให้มีการเคลื่อนที่เท่ากัน

กลยุทธ์การกำหนดค่าวงจร

เมื่อคุณวางวาล์วควบคุมการไหลในวงจรไฮดรอลิกโดยพื้นฐานแล้ว พฤติกรรมของระบบ ประสิทธิภาพ และคุณลักษณะด้านความปลอดภัยจะเปลี่ยนไป การจัดเตรียมแบบคลาสสิกทั้งสามแบบ ได้แก่ วงจรมิเตอร์เข้า มิเตอร์เอาท์ และวงจรไล่ออก การทำความเข้าใจการแสดงไดอะแกรมช่วยให้วิศวกรวินิจฉัยปัญหาความเร็วและเลือกวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมได้

การกำหนดค่าการควบคุมปริมาณตามมิเตอร์

ในวงจรมิเตอร์อิน แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลแบบไฮดรอลิกจะแสดงองค์ประกอบควบคุมการไหลที่อยู่ในตำแหน่งระหว่างปั๊มและทางเข้าของแอคชูเอเตอร์ ตำแหน่งนี้จะจำกัดน้ำมันไม่ให้เข้าไปในกระบอกสูบ โดยควบคุมความเร็วการยืดออกโดยการจำกัดของเหลวที่มีอยู่ ปั๊มยังคงส่งกำลังแทนที่เต็ม แต่การไหลส่วนเกินที่อยู่เหนือสิ่งที่ไหลผ่านปีกผีเสื้อจะไหลผ่านวาล์วระบายกลับไปยังถัง

คุณลักษณะของแรงกดจะชัดเจนเมื่อวิเคราะห์แรง แรงดันขาเข้าของกระบอกสูบเท่ากับแรงโหลดหารด้วยพื้นที่ลูกสูบ ($$P_1 = F/A$$) แรงดันด้านปั๊มจะถูกจับยึดที่การตั้งค่าวาล์วระบาย โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 15 ถึง 35 MPa ขึ้นอยู่กับการใช้งาน สิ่งนี้ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมวาล์วขนาดใหญ่และคงที่ ซึ่งสร้างความร้อนเท่ากับแรงดันคูณการไหล ($$P \\คูณ Q$$) ระบบทำงานร้อน และปั๊มก็ทำงานหนักต้านแรงดันบรรเทาแม้ในขณะที่ทำงานเบาก็ตาม

การควบคุมปริมาณมิเตอร์เข้าทำงานได้อย่างราบรื่นสำหรับโหลดความต้านทานโดยที่แรงภายนอกต้านการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบ โต๊ะเครื่องกัดที่ป้อนเข้าไปในชิ้นงานหรือล้อเจียรที่เคลื่อนตัวไปขวางการหล่อ ทั้งคู่แสดงถึงโหลดที่มีความต้านทาน การเคลื่อนไหวยังคงควบคุมและคาดเดาได้ อย่างไรก็ตาม การมิเตอร์อินจะสร้างสภาวะที่เป็นอันตรายโดยมีโหลดเกินหรือที่เรียกว่าโหลดเชิงลบหรือโหลดหนีอะเวย์ พิจารณากระบอกสูบแนวตั้งที่ช่วยลดน้ำหนักได้มาก แรงโน้มถ่วงจะดึงก้านลูกสูบลงเร็วกว่าการไหลเข้าที่ควบคุมไว้ซึ่งสามารถเติมเต็มด้านที่ขยายออกได้ สิ่งนี้จะสร้างสุญญากาศในห้องกระบอกสูบ ทำให้เกิดความเสียหายจากโพรงอากาศ การเคลื่อนที่ไม่แน่นอน และอาจเกิดการชนของโหลดได้ ด้วยเหตุผลนี้ วิศวกรจึงไม่เคยใช้การควบคุมมิเตอร์ในบูมดาวน์ รถยกต่ำ หรือการใช้งานใดๆ ที่โหลดช่วยในการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบ ไดอะแกรมวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกสำหรับการใช้งานเหล่านี้จะต้องแสดงการกำหนดค่าวงจรมิเตอร์เอาท์หรือบาลานซ์แทน

การกำหนดค่าการควบคุมปริมาณมิเตอร์ออก

มิเตอร์เอาท์จะวางวาล์วควบคุมการไหลไว้ที่ช่องไอเสียของแอคทูเอเตอร์ แผนภาพแสดงวาล์วระหว่างกระบอกสูบและถัง เพื่อจำกัดไม่ให้น้ำมันไหลออก ด้านทางเข้าเชื่อมต่อกับปั๊มโดยตรง ทำให้สามารถเติมช่องต่อขยายได้อย่างอิสระ กระบอกสูบจะเคลื่อนที่เร็วเท่าที่ปีกผีเสื้อปล่อยให้น้ำมันไหลออกจากห้องถอยกลับเท่านั้น

การจัดเรียงนี้จะสร้างแรงดันต้านในด้านไอเสีย ซึ่งให้ความแข็งแกร่งและการควบคุมแม้จะมีโหลดที่โอเวอร์รันก็ตาม เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงสิ่งที่แขวนลอยลง ช่องไอเสียที่ถูกควบคุมจะป้องกันไม่ให้ไหลออกโดยการกักแรงดันกลับไว้ กระบอกสูบจะเบรกตัวเองด้วยระบบไฮดรอลิกอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้การมิเตอร์ออกเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับแกนหมุนเจาะแนวตั้ง การลดบูมของเครน และการใช้งานใดๆ ที่ต้องการการควบคุมโหลดเชิงลบ

ข้อพิจารณาทางวิศวกรรมที่สำคัญ: การเพิ่มแรงดัน

เนื่องจากปลายฝาครอบ (พื้นที่เต็ม) เชื่อมต่อกับแรงดันปั๊มในขณะที่ปลายก้าน (พื้นที่วงแหวน) ถูกควบคุม ความสมดุลของแรงจึงแสดงให้เห็นว่าแรงดันด้านก้านสามารถเข้าถึงค่าที่สูงมากได้ ความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

$$P_{คัน} = (P_{ปั๊ม} \\คูณ A_{หมวก} + F_{โหลด}) / A_{คัน}$$

ด้วยอัตราส่วนพื้นที่ 2:1 (โดยทั่วไปกับขนาดก้านมาตรฐาน) แรงดันด้านก้านจะสูงถึงประมาณสองเท่าของแรงดันปั๊มบวกกับส่วนประกอบแรงดันโหลด หากปั๊มทำงานที่ 20 MPa และมีโหลดความต้านทานเพิ่มขึ้นอีก 5 MPa เทียบเท่า แรงดันด้านก้านจะสูงถึง 45 MPa สิ่งนี้อาจทำให้ท่อ ซีลยาง หรือข้อต่อแตกร้าวที่ไม่ได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันดังกล่าวระเบิดได้

มิเตอร์เอาท์มีความเป็นเลิศในเรื่องความนุ่มนวลของการเคลื่อนไหวและการรับน้ำหนัก แรงดันต้านสูงช่วยลดการหลวมในระบบและป้องกันการแกว่งของแท่งสลิปที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวกระตุกที่ความเร็วต่ำ การตัดเฉือนที่ต้องการผิวสำเร็จที่ละเอียดและผู้ควบคุมเครนที่ต้องการการวางตำแหน่งโหลดที่ราบรื่น ต่างก็ได้รับประโยชน์จากการควบคุมมิเตอร์เอาท์ ข้อดีข้อเสียคือประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าและการสร้างความร้อนที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับระบบไล่ฝ้า

Bleed-Off (บายพาส) การควบคุมปริมาณ

วงจรไล่ออกจะแสดงวาล์วควบคุมการไหลในแนวแยกขนานกับแอคทูเอเตอร์ ทำให้เกิดเส้นทางลัดไปยังถังโดยตรง แผนภาพแสดงการไหลของปั๊มแยกที่ที โดยมีเส้นทางหนึ่งผ่านวาล์วไปยังถัง และอีกเส้นทางหนึ่งป้อนเข้ากระบอกสูบ นี่คือการควบคุมการลบ - วาล์วจะเบี่ยงเบนการไหลที่ไม่ต้องการออกไป แทนที่จะจำกัดการจ่ายไฟของแอคชูเอเตอร์

การไหลของปั๊มแบ่งออกเป็นการไหลของกระบอกสูบบวกกับการไหลออก ($$Q_{pump} = Q_{กระบอกสูบ} + Q_{bleedoff}$$) การเปิดวาล์วไล่ลมจะระบายการไหลไปยังถังมากขึ้น ส่งผลให้กระบอกสูบช้าลง การปิดจะทำให้มีการไหลไปยังแอคชูเอเตอร์มากขึ้น และทำให้การเคลื่อนไหวเร็วขึ้น ข้อแตกต่างที่สำคัญจากการมิเตอร์เข้าและมิเตอร์ออกก็คือ ปั๊มไม่จำเป็นต้องสร้างแรงดันระบายเต็มที่ เว้นแต่ว่าโหลดจะต้องการ หากกระบอกสูบดันต่อแรงดันโหลดเพียง 5 MPa ปั๊มจะสร้างแรงดันได้เพียง 5 MPa (บวกส่วนต่างเล็กน้อยสำหรับการสูญเสียแนวท่อ) การไหลส่วนเกินจะไหลออกที่แรงดันใช้งานต่ำ ไม่ใช่ที่การตั้งค่าการผ่อนปรน 20 หรือ 30 MPa การสิ้นเปลืองพลังงานเท่ากับ $$P_{load} \\times Q_{excess}$$ ซึ่งน้อยกว่า $$(P_{relief} \\times Q_{excess})$$ ในระบบมิเตอร์เข้า/ออกอย่างมาก

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพนี้ทำให้การไล่ออกน่าสนใจสำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงพลังงาน เช่น อุปกรณ์การเกษตร สายพานลำเลียงขนถ่ายวัสดุ และอุปกรณ์เคลื่อนที่ที่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมีความสำคัญ ระบบทำงานเย็นกว่าและสิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่าความร้อน อย่างไรก็ตาม การไล่ออกทำให้ความเร็วคงที่ไม่ดี เนื่องจากการไหลของปั๊มเปลี่ยนแปลงไปตามความดัน (ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรจะลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น) และการไหลของวาล์วไล่ลมยังแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของความดันที่ขวางอยู่ เมื่อโหลดมีความผันผวน ความเร็วก็จะผันผวน วิธีนี้จะจำกัดการไล่ออกสำหรับการใช้งานที่ความแม่นยำของความเร็วสัมบูรณ์ไม่สำคัญ เช่น เครื่องกวนผสมหรือสายพานลำเลียงแบบไม่ต่อเนื่อง เช่นเดียวกับมิเตอร์อิน การไล่ออกไม่สามารถรับมือกับโหลดที่วิ่งเกินได้อย่างปลอดภัย เนื่องจากไม่สร้างแรงดันต้านเพื่อต้านทานการเคลื่อนที่ที่เกิดจากโหลด แอคทูเอเตอร์จะเร่งความเร็วภายใต้แรงโน้มถ่วงหรือความเฉื่อยโดยไม่คำนึงถึงการตั้งค่าวาล์วไล่ลม

การเปรียบเทียบการกำหนดค่าวงจรควบคุมการไหลของไฮดรอลิก
ลักษณะเฉพาะ	è l'area dell'orifizio,	มิเตอร์ออก	เลือดออก
ตำแหน่งวาล์ว	ระหว่างทางเข้าปั๊มและแอคชูเอเตอร์	ระหว่างทางออกของแอคชูเอเตอร์และถัง	ขนานกับแอคทูเอเตอร์กับแท็งก์
ประเภทโหลดที่เหมาะสม	ตัวต้านทานเท่านั้น	ต้านทานและโอเวอร์รัน	ตัวต้านทานเท่านั้น
ความดันของระบบ	ค่าคงที่ที่การตั้งค่าการผ่อนปรน	ค่าคงที่ที่การตั้งค่าการผ่อนปรน	แตกต่างกันไปตามโหลด
ความนุ่มนวลของการเคลื่อนไหว	ดี	캐비테이션이 발생하기 쉬운 서비스에는 표준 스로틀 밸브보다 특별한 고려가 필요합니다. 스로틀링 중에 액체 시스템 압력이 유체의 증기압 아래로 떨어지면 캐비테이션이 발생합니다. 즉, 액체가 증기 기포로 번쩍이고 이후 압력이 하류로 회복되면 파열되어 100,000psi를 초과하는 국부 압력으로 충격파와 마이크로젯을 생성합니다. 이러한 반복적인 충격으로 인해 금속 표면이 빠르게 침식되어 특징적인 거칠고 움푹 들어간 질감이 생성됩니다. 캐비테이션 지수(σ)는 민감도를 예측합니다.	ยุติธรรมถึงยากจน
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน	ต่ำ	ต่ำ	สูง
ความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศ	สูงโดยมีโหลดติดลบ	ต่ำ	สูงโดยมีโหลดติดลบ

คุณสมบัติไดอะแกรมขั้นสูงสำหรับระบบที่ซับซ้อน

แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกในโลกแห่งความเป็นจริงมักจะรวมวาล์วหลายประเภทเข้าด้วยกัน และเพิ่มองค์ประกอบการตรวจจับเพื่อรองรับข้อกำหนดการควบคุมที่ซับซ้อน

วาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วนจะปรากฏบนแผนภาพโดยมีสัญลักษณ์กล่องเพิ่มเติมซึ่งแสดงถึงโซลินอยด์ตามสัดส่วน แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้านี้มาแทนที่ปุ่มปรับแบบแมนนวล กระแสที่ไหลผ่านขดลวดโซลินอยด์จะสร้างแรงแม่เหล็กตามสัดส่วนของกระแสไฟฟ้า ส่งผลให้แกนวาล์วอยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกัน สัญญาณ 200 mA อาจทำให้เกิดการเปิดวาล์ว 20 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ 1000 mA ให้การไหลเต็มที่ วาล์วสัดส่วนที่ทันสมัยประกอบด้วยหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแปรผันเชิงเส้น (เซ็นเซอร์ LVDT) ที่จะวัดตำแหน่งสปูลจริงและป้อนกลับไปยังแอมพลิฟายเออร์สำหรับการควบคุมวงปิด ซึ่งช่วยให้ทางลาดเร่งความเร็วที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ โปรไฟล์การลดความเร็ว และโปรแกรมความเร็วหลายจุดเป็นไปไม่ได้ด้วยวาล์วแบบแมนนวล

- [รูปภาพแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วน] -

แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกสำหรับเครื่องฉีดขึ้นรูปแสดงวาล์วสัดส่วนที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของสกรูฉีดผ่านเส้นโค้งความเร็วที่ซับซ้อน สกรูเริ่มต้นอย่างช้าๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการพ่น จากนั้นเร่งความเร็วขึ้นเพื่อการเติมช่องอย่างรวดเร็ว จากนั้นค่อยๆ ช้าลงอีกครั้งเมื่อเข้าใกล้เต็มเพื่อป้องกันการบรรจุมากเกินไปและกะพริบ โปรแกรมควบคุมอาจมีจุดกำหนดความเร็วที่แตกต่างกันแปดจุดตลอดจังหวะการฉีด โดยมีการเปลี่ยนระหว่างจุดเหล่านั้นอย่างราบรื่น แผนภาพประกอบด้วยเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (วาดเป็นกล่องเล็กๆ บนกระบอกสูบ) ที่จะบอกตัวควบคุมว่าสกรูอยู่ที่ไหน ช่วยให้ประสานความเร็วกับตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ

วาล์วจัดลำดับความสำคัญในการตรวจจับโหลดแสดงถึงวิวัฒนาการของวาล์วจัดลำดับความสำคัญพื้นฐาน แผนภาพแสดงเส้นสัญญาณเพิ่มเติม (โดยทั่วไปจะวาดเป็นเส้นประบางๆ) ที่วิ่งจากวาล์ววงพวงมาลัยกลับไปที่วาล์วลำดับความสำคัญ เส้นนี้ส่งสัญญาณแรงดันตามสัดส่วนความต้องการบังคับเลี้ยว เมื่อผู้ควบคุมหมุนล้อช้าๆ โดยไม่มีโหลด แรงดันสัญญาณจะต่ำ ประมาณ 2 ถึง 3 MPa ตัวชดเชยของวาล์วจัดลำดับจะเปิดพอร์ต CF เพียงบางส่วนเท่านั้น โดยส่งการไหลที่เพียงพอสำหรับอินพุตพวงมาลัยที่นุ่มนวลในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้การไหลส่วนใหญ่ไปยัง EF สำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงที่ทำงาน เมื่อผู้ปฏิบัติงานหมุนล้อไปรอบๆ ด้วยความเร็วสูงสุดหรือพบกับแรงต้านสูงในกระบอกบังคับเลี้ยว แรงดันสัญญาณจะกระโดดไปที่ 15 MPa หรือมากกว่า แรงดันนี้ส่งผลต่อแกนวาล์วหลักเทียบกับสปริง บังคับให้วาล์วเปิดจนสุดไปที่ CF และเกือบปิดกับ EF เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของปั๊มที่มีอยู่ทั้งหมดจะไปที่พวงมาลัย ผลลัพธ์ที่ได้คือการบังคับเลี้ยวที่ให้ความรู้สึกตอบสนองอยู่เสมอโดยไม่เปลืองกำลังปั๊มเมื่อความต้องการบังคับเลี้ยวเบา ระบบตรวจจับโหลดแบบไดนามิกนี้ช่วยปรับปรุงการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงเมื่อเปรียบเทียบกับระบบจัดลำดับความสำคัญการไหลคงที่แบบเก่า

วงจรแบ่งการไหลสำหรับกระบอกสูบแบบซิงโครไนซ์จะแสดงเส้นทางป้อนกลับภายในบนแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลแบบไฮดรอลิกเป็นเส้นประตัดขวางที่เชื่อมต่อองค์ประกอบควบคุมปริมาณทั้งสอง สาขาหนึ่งอาจแสดงแรงกดดันในการโหลดที่สูงขึ้น ส่งผลให้องค์ประกอบปีกผีเสื้อเปิดออกเล็กน้อย ผ่านทางการปรับสมดุลความดัน สัญญาณความดันนี้จะไปถึงลูกสูบควบคุมของแขนงอื่น โดยบังคับให้คันเร่งต้องจำกัดตามสัดส่วน ทั้งสองฝ่ายจะปรับอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาอัตราส่วนการไหลที่ออกแบบไว้ โดยทั่วไปคือ 50-50 สำหรับกระบอกสูบเท่ากัน หรือ 60-40 หรืออัตราส่วนอื่นๆ สำหรับโหลดที่ไม่เท่ากัน แผนภาพแสดงความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างตัวแบ่งประเภทมอเตอร์ (แสดงด้วยสัญลักษณ์เฟืองสองตัวบนเพลาทั่วไป) และตัวแบ่งประเภทแกนหมุน (แสดงด้วยส่วนปีกผีเสื้อที่เชื่อมต่อถึงกัน) ตัวแบ่งประเภทมอเตอร์ให้การแบ่งส่วนที่แม่นยำมาก แต่มีราคาสูงกว่าและใช้พื้นที่มากกว่า ตัวแบ่งแบบสปูลนั้นเพียงพอสำหรับการใช้งาน เช่น การซิงโครไนซ์ประตูท้ายรถดัมพ์ โดยที่ความแม่นยำภายใน 5 เปอร์เซ็นต์ก็เพียงพอแล้ว

ขนานกับแอคทูเอเตอร์กับแท็งก์

เมื่อดูแผนภาพระบบทั้งหมดจะเผยให้เห็นว่าวิศวกรผสมผสานวาล์วควบคุมการไหลเพื่อแก้ปัญหาความท้าทายในการปฏิบัติงานจริงได้อย่างไร

วงจรการสวิงของรถขุดแสดงให้เห็นการใช้การควบคุมปริมาณมิเตอร์เอาท์อย่างซับซ้อน แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกสำหรับระบบขับเคลื่อนแบบสลูว์ของรถขุดขนาด 30 ตัน แสดงให้เห็นพอร์ตท่อระบายน้ำของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่ป้อนผ่านวาล์วตรวจสอบปีกผีเสื้อแบบมิเตอร์ออกก่อนที่จะถึงถัง เมื่อผู้ปฏิบัติงานเริ่มหมุน วาล์วเหล่านี้จะจำกัดการไหลออก สร้างแรงดันต้านที่ช่วยเร่งโครงสร้างด้านบนที่มีน้ำหนัก 8 ตันได้อย่างราบรื่นโดยไม่มีแรงกระแทก เมื่อวงสวิงเข้าใกล้ตำแหน่งเป้าหมาย ผู้ควบคุมจะคืนจอยสติ๊กไปทางเป็นกลาง และวาล์วควบคุมหลักจะเริ่มกำหนดเส้นทางการไหลกลับไปยังถัง แต่มวลที่หมุนอยู่นั้นมีความเฉื่อยอย่างมากและต้องการที่จะหมุนต่อไป ตอนนี้มอเตอร์ทำหน้าที่เป็นปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยความเฉื่อย โดยดันน้ำมันถอยหลังผ่านวงจร ข้อจำกัดมิเตอร์จะป้องกันการไหลย้อนกลับอย่างอิสระ ทำให้เกิดแรงต้านทานการเบรก หากไม่มีคุณสมบัตินี้ เครื่องจักรจะยิงเกินเป้าหมายไปหลายเมตร จากนั้นจึงแกว่งไปมาในขณะที่ผู้ปฏิบัติงานต่อสู้เพื่อหยุดมวลที่แกว่งไปมา แผนภาพยังแสดงวาล์วระบายที่เชื่อมต่อแบบไขว้ระหว่างพอร์ตมอเตอร์ วาล์วนิรภัยเหล่านี้จำกัดแรงดันการชะลอความเร็วสูงสุดไว้ที่ประมาณ 35 MPa เมื่อเกิดการเบรกฉุกเฉิน (จอยสติ๊กของผู้ปฏิบัติงานกระแทกจนเป็นกลาง) แรงเฉื่อยที่พุ่งสูงขึ้นอาจสร้างแรงกดดันเกิน 50 MPa ซึ่งจะทำให้ซีลมอเตอร์และแบริ่งเสียหาย

- [รูปภาพแผนภาพวงจรสวิงไฮดรอลิกของรถขุด] -

แผนภาพเครื่องฉีดพลาสติกแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนจากการควบคุมการไหลไปเป็นการควบคุมแรงดันในระหว่างรอบการขึ้นรูป กระบอกฉีดหลักทำงานผ่านหลายเฟสซึ่งมองเห็นได้บนแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิก ในระหว่างการเติมแม่พิมพ์ วาล์วไหลตามสัดส่วนขนาดใหญ่จะควบคุมความเร็วในขณะที่สกรูดันพลาสติกที่หลอมละลายเข้าไปในคาวิตี้ แผนภาพแสดงการไหลที่ไหลผ่านวาล์วไปยังปลายฝาสูบ ในขณะที่ปลายก้านระบายลงถังอย่างอิสระ การเติมอาจใช้เวลา 1 ถึง 3 วินาที ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นส่วน เมื่อแม่พิมพ์เต็ม 95 เปอร์เซ็นต์ ทรานสดิวเซอร์แรงดัน (แสดงเป็นสัญลักษณ์เพชรเล็กๆ) บนเส้นฝาครอบจะตรวจจับแรงดันที่เพิ่มขึ้น ตัวควบคุมจะสลับโหมด วาล์วไหลตามสัดส่วนจะลดลงเหลือช่องเปิดเล็กๆ (แสดงโดยสัญญาณกระแสที่ลดลง) ในขณะที่วาล์วแรงดันตามสัดส่วน (สัญลักษณ์ที่แตกต่างกัน ซึ่งแสดงด้วยไอคอนสปริงแรงดัน) เข้าควบคุม โดยคงความดันของบรรจุภัณฑ์ไว้ที่ 10 ถึง 15 MPa เป็นเวลา 5 ถึง 20 วินาทีในขณะที่พลาสติกเย็นตัวลง แรงกดนี้ช่วยป้องกันรอยจมเมื่อโพลีเมอร์หดตัว การเปลี่ยนโหมดต้องการให้วาล์วทั้งสองทำงานพร้อมกันในลักษณะที่ประสานกัน ซึ่งแผนภาพจะจับภาพด้วยเส้นควบคุม (ทางไฟฟ้า แสดงเป็นเส้นประ) ที่วิ่งจากวาล์วทั้งสองไปยังกล่องควบคุมส่วนกลาง

วงจรกำเนิดใหม่สำหรับการเคลื่อนที่เข้าหาอย่างรวดเร็วปรากฏบ่อยครั้งในไดอะแกรมเครื่องอัดและขึ้นรูป เพื่อเร่งความเร็วในการกด 500 ตันเข้าหาชิ้นงานก่อนที่จะใช้แรงในการขึ้นรูป วิศวกรจะเชื่อมต่อพอร์ตปลายก้านของกระบอกสูบเข้ากับพอร์ตปลายฝาปิดผ่านเช็ควาล์วที่ควบคุมโดยนำร่อง สิ่งนี้จะสร้างวงปิดโดยที่น้ำมันออกจากด้านก้าน (พื้นที่ A₁) ไหลเข้าสู่ด้านฝาครอบโดยตรง (พื้นที่ A₂ = A₁ - A_rod) แทนที่จะไปที่ถัง เนื่องจาก A₂ มีขนาดเล็กกว่า A₁ การคายประจุด้านแท่งจึงเกินความต้องการด้านฝาครอบ ปั๊มจ่ายส่วนที่ขาด (การไหลของพื้นที่ A_rod) แต่ที่ความเร็วที่กำหนดโดยการไหลของปั๊มหารด้วยพื้นที่ก้านเท่านั้น ซึ่งโดยทั่วไปจะเร็วกว่าความเร็วส่วนขยายปกติ 3 ถึง 5 เท่า เมื่อตัวกระทุ้งสัมผัสกับชิ้นงาน แรงดันโหลดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำหน้าที่กับเช็ควาล์วที่ควบคุมโดยนำร่องดังที่แสดงในแผนภาพ แรงดันที่เพิ่มขึ้นจะปิดเส้นทางการฟื้นฟู และวงจรจะเปลี่ยนไปสู่การขยายปกติด้วยความสามารถเต็มแรง แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกต้องแสดงวงจรการฟื้นฟูนี้อย่างชัดเจนพร้อมกับการวางแนววาล์วที่เหมาะสม เนื่องจากการติดตั้งเช็ควาล์วไปด้านหลังจะล็อคทั้งระบบ

การแก้ไขปัญหาการวินิจฉัยโดยใช้ไดอะแกรม

เมื่อระบบไฮดรอลิกเกิดปัญหาในการควบคุมความเร็ว แผนภาพวงจรจะแสดงแผนงานการแก้ไขปัญหาโดยการเปิดเผยความสัมพันธ์ของแรงดันและจุดที่เกิดความล้มเหลว

การไหลที่เบี่ยงเบนไปตามเวลามักจะบ่งบอกถึงผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิหรือความล้มเหลวในการชดเชยแรงดัน หากระบบทำงานช้าลงหลังจากทำงานไป 20 นาที ขั้นตอนการวินิจฉัยขั้นแรกคือการยืนยันว่าวาล์วควบคุมการไหลมีคุณสมบัติการชดเชยอุณหภูมิหรือไม่ (สัญลักษณ์ปากที่มีขอบคมบนแผนภาพ) วาล์วเข็มมาตรฐานที่ไม่มีการชดเชยจะแสดงการไหลเพิ่มขึ้น 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ เมื่อระบบอุ่นจาก 30°C ถึง 60°C เนื่องจากความหนืดของน้ำมันลดลงแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ ภายใต้สภาวะการไหลแบบราบเรียบในช่องควบคุมปริมาณที่ยาว อัตราการไหลจะแปรผกผันกับความหนืดตามหลักการไหลของ Hagen-Poiseuille หากแผนภาพแสดงวาล์วชดเชยอุณหภูมิ (ระบุด้วยสัญลักษณ์จุดและเส้นหรือสัญลักษณ์ขอบคม) แต่ยังคงเกิดการเบี่ยงเบน ปัญหาน่าจะเกิดจากการปนเปื้อน สารเคลือบเงาจากน้ำมันที่ถูกออกซิไดซ์จะเคลือบแกนหมุนชดเชย ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่ป้องกันไม่ให้แกนหมุนติดตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันอย่างเหมาะสม ตัวชดเชยจะ "ติดอยู่" ในตำแหน่งเดียว โดยเปลี่ยนวาล์วชดเชยแรงดันราคาแพงให้เป็นวาล์วปีกผีเสื้อพื้นฐานที่มีการไหลขึ้นอยู่กับโหลด

การตรวจสอบแรงดันตกคร่อมวาล์วต้องสงสัยเป็นการยืนยันการวินิจฉัยนี้ ติดตั้งเกจวัดแรงดันที่พอร์ตทางเข้าและทางออกที่แสดงบนแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิก วัดแรงดันต่างภายใต้สภาวะไม่มีโหลดและเต็มโหลด ตัวชดเชยการทำงานจะรักษาค่าคงที่ ΔP (โดยทั่วไปคือ 0.5 ถึง 1.0 MPa) โดยไม่คำนึงถึงโหลด หาก ΔP ลดลงอย่างมากภายใต้ภาระ แสดงว่าตัวชดเชยทำงานล้มเหลว วิธีแก้ไขคือการถอดประกอบและทำความสะอาด หรือเปลี่ยนใหม่หากเกินขีดจำกัดการสึกหรอ รหัสความสะอาด ISO 4406 สำหรับน้ำมันควรเป็น 19/17/14 หรือดีกว่าสำหรับวาล์วที่มีความแม่นยำ ซึ่งหมายถึงอนุภาคไม่เกิน 2,500 อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 4 ไมครอนต่อของเหลว 100 มล.

ปัญหาความเร็วทิศทางถอยหลังกับวาล์วปีกผีเสื้อทิศทางเดียวชี้ไปที่ตรวจสอบความผิดปกติของวาล์วโดยตรง แผนภาพแสดงน้ำมันที่ไหลย้อนกลับผ่านวาล์ว ควรดันเช็คบอลเปิดและบายพาสปีกผีเสื้ออย่างง่ายดาย หากการเคลื่อนที่ย้อนกลับช้า เช็คบอลติดอยู่เนื่องจากการปนเปื้อน หรือเช็คสปริงหักและติดขัดบอลให้อยู่ในตำแหน่งตรงกลางที่กีดขวางการไหลบางส่วน ปืนวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดสแกนตัววาล์วมักจะเผยให้เห็นความล้มเหลวนี้ - พื้นที่รอบๆ เช็ควาล์วที่ติดอยู่จะร้อนมาก (อาจเป็น 80 ถึง 90°C) จากแรงดันตกคร่อมสูง ในขณะที่น้ำมันถูกบังคับผ่านช่องว่างควบคุมปริมาณเล็กๆ แทนที่จะเป็นพื้นที่บายพาสขนาดใหญ่ของเช็ควาล์ว อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเท่ากับระยะเวลาที่แรงดันตกคร่อมการไหลหารด้วยความจุความร้อนจำเพาะและอัตราการไหลของมวลของน้ำมัน และสามารถวัดได้อย่างง่ายดายด้วยเครื่องมือที่ไม่สัมผัส

กระบอกสูบคืบคลาน (ดริฟท์ช้าๆ ภายใต้ภาระ) เมื่อวาล์วควบคุมทิศทางอยู่ในตำแหน่งที่เป็นกลาง บ่งชี้ว่ามีการรั่วไหลภายในผ่านสปูลหรือบ่าวาล์วควบคุมการไหล สิ่งนี้ไม่ได้แสดงบนแผนภาพโดยตรง แต่การทำความเข้าใจวงจรช่วยในการวินิจฉัย หากแผนภาพแสดงการควบคุมปริมาณมิเตอร์ออก กระบอกสูบจะถูกล็อคโดยน้ำมันที่ติดอยู่เมื่อวาล์วทิศทางปิด แรงดันที่ติดอยู่สูงที่ด้านก้านสร้างแรงดันที่แตกต่างกันทั่วทั้งวาล์วควบคุมการไหล แม้ว่าพอร์ตทั้งสองจะเชื่อมต่อกับห้องที่ถูกบล็อกก็ตาม การสึกหรอใดๆ บนแกนวาล์วหรือบ่าวาล์วทำให้เกิดการรั่วไหลระดับไมโครจากแรงดันสูงไปถึงแรงดันต่ำ และกระบอกสูบจะลอยอย่างช้าๆ วิธีแก้ปัญหาเพียงอย่างเดียวคือวาล์วปิดผนึกที่เข้มงวดมากขึ้น (การออกแบบก้านวาล์วที่ไม่มีการรั่วไหลแทนที่จะเป็นประเภทแกนม้วน) การเพิ่มเช็ควาล์วที่ควบคุมโดยนักบินแยกต่างหาก (วาล์วถ่วงดุล) เพื่อล็อคโหลดในทางบวก หรือยอมรับการเคลื่อนตัวเล็กน้อยหากไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงาน

ความแปรผันของความเร็วที่ซิงโครไนซ์กับการเปลี่ยนแปลงแรงดันของระบบส่งสัญญาณถึงความจำเป็นในการชดเชยแรงดันในกรณีที่ไม่มีอยู่ หากแผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกแสดงสัญลักษณ์ปีกผีเสื้อพื้นฐานโดยไม่มีลูกศรชดเชย อัตราการไหลของวาล์วจะติดตามรากที่สองของความแตกต่างของแรงดัน การตรวจสอบแผนภาพวงจรที่แสดงการตั้งค่าวาล์วระบายของระบบ กราฟการไหลของปั๊ม และโปรไฟล์โหลดแอคทูเอเตอร์ สามารถทำนายขนาดของการเปลี่ยนแปลงความเร็วได้ ด้วยแรงดันผ่อนปรน 10 MPa และแรงดันโหลด 5 MPa ค่า ΔP ที่มีอยู่ตลอดคันเร่งในหน่วยเมตรคือ 5 MPa หากแรงดันโหลดเพิ่มขึ้นเป็น 7 MPa ในระหว่างการตัดเฉือนหนัก ΔP ที่มีอยู่จะลดลงเหลือ 3 MPa และการไหลลดลงเป็น $$\\sqrt{3/5} = 0.77$$ หรือ 77 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วเดิม - การชะลอตัวลงอย่างเห็นได้ชัดถึง 23 เปอร์เซ็นต์ วิศวกรมองเห็นสิ่งนี้โดยการวิเคราะห์โซนแรงดันของแผนภาพ และแนะนำให้อัปเกรดเป็นวาล์วควบคุมการไหลแบบชดเชยแรงดัน (พร้อมสัญลักษณ์ลูกศรชดเชย)

โหมดความล้มเหลวของวาล์วควบคุมการไหลทั่วไปและการวินิจฉัยตามไดอะแกรม
อาการ	เบาะแสไดอะแกรม	สาเหตุทางกายภาพ	วิธีทดสอบ
ความเร็วลดลงเมื่อน้ำมันอุ่นขึ้น	สัญลักษณ์ปีกผีเสื้อมาตรฐานไม่มีเครื่องหมายชดเชยอุณหภูมิ	ความหนืดลดลงในช่องไหลแบบราบเรียบ	เปรียบเทียบความเร็วที่อุณหภูมิน้ำมัน 30°C กับ 60°C
ความเร็วจะแปรผันตามโหลดแม้จะมีการชดเชยวาล์วก็ตาม	มีลูกศรชดเชย แต่การวัด ΔP ลดลงภายใต้ภาระ	หลอดชดเชยติดอยู่เนื่องจากการเคลือบเงา/การปนเปื้อน	วัดแรงดันก่อนและหลังคันเร่งขณะไม่มีโหลดและเต็มโหลด
ชะลอความเร็วถอยหลังด้วยคันเร่งทิศทางเดียว	สัญลักษณ์เช็ควาล์วขนานกับคันเร่ง	ตรวจสอบว่าลูกบอลติดอยู่หรือสปริงแตก	การสแกนอุณหภูมิ IR แสดงจุดร้อนที่ตำแหน่งเช็ควาล์ว
กระบอกสูบเคลื่อนช้าๆ ในตำแหน่งที่เป็นกลาง	การกำหนดค่ามิเตอร์เอาท์พร้อมวาล์วควบคุมทิศทางแบบปิด	การรั่วไหลภายในผ่านแกนม้วน/ที่นั่งควบคุมการไหลภายใต้แรงดันที่ติดอยู่สูง	วัดอัตราการดริฟท์ ตรวจสอบรอยรั่วภายนอกก่อน

การอ่านไดอะแกรมเพื่อการตัดสินใจในการออกแบบระบบ

วิศวกรใช้ไดอะแกรมวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกไม่เพียงแต่สำหรับการแก้ไขปัญหาเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือคาดการณ์ในระหว่างการออกแบบระบบเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาก่อนที่จะเกิดขึ้น

เมื่อเลือกโครงสร้างวงจร แผนภาพจะช่วยให้เห็นภาพการไหลของพลังงานและกลไกการสูญเสีย การวาดวงจรทั้งหมดโดยมีข้อจำกัดทั้งหมดที่แสดงไว้จะเผยให้เห็นว่าการสูญเสียการควบคุมปริมาณเกิดขึ้นที่ใด ในระบบมิเตอร์อิน พลังงานที่สูญเสียไปจะเท่ากับแรงดันของปั๊มคูณด้วยการไหลส่วนเกินที่ไหลผ่านวาล์วระบาย สำหรับปั๊ม 100 ลิตร/นาทีที่ทำงานที่แรงดันระบาย 20 MPa โดยมีเพียง 40 LPM ที่ไปยังแอคทูเอเตอร์ผ่านปีกผีเสื้อ การสร้างความร้อนจะเท่ากับ $$20 \\text{ MPa} \\times 60 \\text{ LPM} = 20 \\text{ kW}$$ ของของเสียจากความร้อนบริสุทธิ์ สิ่งนี้จำเป็นต้องมีตัวทำความเย็นน้ำมันขนาดใหญ่ และของเหลวจะมีอุณหภูมิประมาณ 65°C แม้ว่าจะระบายความร้อนแล้วก็ตาม การใช้งานเดียวกันที่ใช้โทโพโลยีแบบไล่ออกอาจทำงานที่แรงดันใช้งานเพียง 8 MPa (พิจารณาจากโหลด) ทำให้เสีย $$8 \\text{ MPa} \\times 60 \\text{ LPM} = 8 \\text{ kW}$$ ซึ่งน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของภาระความร้อน ระบบสามารถใช้เครื่องทำความเย็นที่มีขนาดเล็กลง น้ำมันจะคงอยู่ที่ 45°C อายุการใช้งานของปั๊มจะขยายออกไปหลายปี และการใช้พลังงานไฟฟ้าจะลดลงตามสัดส่วน

การคำนวณการเพิ่มแรงดันจะมาจากเรขาคณิตของแผนภาพโดยตรง เมื่อกระบอกสูบแสดงขนาดรูเจาะ 100 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางก้านสูบ 50 มม. พื้นที่ปลายฝาครอบจะเท่ากับ 7854 มม.² ในขณะที่พื้นที่ปลายก้านมีขนาดเพียง 5890 มม.² (พื้นที่วงแหวน = พื้นที่เต็มลบพื้นที่ก้านสูบ) อัตราส่วนพื้นที่ 1.33 หมายความว่าการควบคุมปริมาณมิเตอร์จะเพิ่มความกดดันอย่างน้อย 33 เปอร์เซ็นต์ หากปั๊มจ่าย 15 MPa ไปที่ปลายฝาครอบ แรงดันปลายก้านโดยไม่มีภาระภายนอกจะกลายเป็นอย่างน้อย 20 MPa เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตเพียงอย่างเดียว เพิ่มโหลดต้านทานโดยดันกลับด้วย 3 MPa และแรงดันปลายก้านสูบสูงถึง 23 MPa ท่อ ข้อต่อ และซีลทุกเส้นบนวงจรปลายก้านนั้นต้องมีระดับแรงดันสูงกว่า 25 MPa (โดยมีระยะขอบที่ปลอดภัย) มิฉะนั้นจะเกิดความล้มเหลว วิศวกรทำเครื่องหมายการคำนวณเหล่านี้โดยตรงบนแผนภาพพร้อมคำอธิบายประกอบเกี่ยวกับแรงกดซึ่งแสดงค่าสูงสุดที่คาดหวังในแต่ละตำแหน่ง

แผนภาพยังแนะนำขนาดวาล์วไหลอีกด้วย ค่าสัมประสิทธิ์การไหล Cv หรือ Kv ปรากฏในแค็ตตาล็อกวาล์ว ซึ่งระบุอัตราการไหลที่ความดันลดลง 1 บาร์ หากระบบต้องการ 60 LPM ผ่านวาล์วชดเชยแรงดันที่รักษา 0.5 MPa (5 bar) ΔP จากนั้นทำงานย้อนกลับ วาล์วจะต้องมี $$Cv = Q / \\sqrt{\\Delta P} = 60 / \\sqrt{5} = 27$$ แกลลอนต่อนาทีที่ 1 บาร์ ซึ่งจะกำหนดว่ารุ่นใดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตที่เหมาะกับการใช้งาน การเพิ่มขนาดมากเกินไปทำให้เสียเงินและสร้างการตอบสนองการควบคุมที่ช้า การลดขนาดลงทำให้เกิดแรงดันตก ความร้อน และการสึกกร่อนมากเกินไป

การทำความเข้าใจว่าวาล์วควบคุมการไหลหลายตัวโต้ตอบกันอย่างไรจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดในการออกแบบ ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการวางคันเร่งสองตัวต่ออนุกรมกันโดยไม่รู้ว่าพวกมันสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากัน หากวาล์ว A มีพื้นที่เปิด A₁ และวาล์ว B มีพื้นที่เปิด A₂ ทั้งสองแบบอนุกรม การไหลทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยช่องเปิดที่เล็กกว่าและผลรวมของความดันที่ลดลง วิศวกรไม่สามารถควบคุมความเร็วด้วยวาล์วทั้งสองได้อย่างอิสระ - การปรับวาล์ว A จะเปลี่ยนการกระจายแรงดัน และส่งผลต่อการไหลของวาล์ว B แม้ว่าการตั้งค่าของ B จะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกต้องแสดงข้อจำกัดซีรีส์เหล่านี้ และการออกแบบควรกำจัดข้อจำกัดที่ซ้ำซ้อนหรือจงใจใช้เพื่อควบคุมอัตราส่วนแรงดันตกอย่างแม่นยำ

บทสรุป

แผนภาพวาล์วควบคุมการไหลของไฮดรอลิกที่ใช้สัญลักษณ์ ISO 1219-1 ช่วยให้วิศวกรมีความเข้าใจอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับการควบคุมความเร็วของระบบ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และโหมดความล้มเหลวก่อนที่จะสร้างฮาร์ดแวร์ สัญลักษณ์ข้อจำกัดแบบโค้งจะบอกได้ว่าวาล์วทำงานเป็นคันเร่งพื้นฐาน อุปกรณ์ควบคุมการชดเชยแรงดัน หรือตัวแบ่งลำดับความสำคัญ สัญลักษณ์ลูกศรแสดงคุณสมบัติการปรับและการชดเชย การวางตำแหน่งวงจร - มิเตอร์เข้า มิเตอร์ออก หรือไล่ออก - กำหนดความสามารถและประสิทธิภาพของโหลด การอ่านไดอะแกรมเหล่านี้จำเป็นต้องเข้าใจทั้งมาตรฐานกราฟิกและหลักการกลศาสตร์ของไหลที่อยู่เบื้องหลังแต่ละสัญลักษณ์ ลูกศรแนวทแยงหมายถึงการปรับตัวของมนุษย์ ลูกศรแนวตั้งหมายถึงการชดเชยแรงดัน เช็ควาล์วแบบขนานหมายถึงการควบคุมทิศทางเดียวพร้อมการไหลย้อนกลับอย่างอิสระ

วิศวกรเลือกโครงสร้างวงจรโดยการวิเคราะห์ทิศทางของโหลด ความแข็งที่ต้องการ ประสิทธิภาพที่ยอมรับได้ และพิกัดแรงดัน พวกเขาวินิจฉัยความล้มเหลวโดยการเปรียบเทียบการทำนายไดอะแกรมกับความดันและอุณหภูมิที่วัดได้ โดยวัดขนาดส่วนประกอบโดยใช้สมการการไหลและการคำนวณแรงดันที่ได้จากเรขาคณิตของวงจร แผนภาพนี้ทำหน้าที่เป็นภาษากลางระหว่างนักออกแบบ ช่างเทคนิค และผู้แก้ไขปัญหา ช่วยให้ใครบางคนในชิคาโกสามารถวินิจฉัยเครื่องจักรที่ทำงานในสิงคโปร์ได้โดยการตรวจสอบแผนผังและขอการวัดแรงดันเฉพาะที่จุดทดสอบที่ทำเครื่องหมายไว้