คิดว่าวาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วนเป็น "สวิตช์หรี่อัจฉริยะ" ของระบบไฮดรอลิก เช่นเดียวกับสวิตช์หรี่ไฟที่ให้คุณควบคุมความสว่างของแสงได้ วาล์วเหล่านี้ช่วยให้คุณควบคุมความเร็วของน้ำมันไฮดรอลิกที่ไหลผ่านระบบของคุณได้ [ทำความเข้าใจก่อนวาล์วสัดส่วนคืออะไร-
เหตุใดจึงสำคัญ:
วาล์วไฮดรอลิกแบบดั้งเดิมจะเปิดสุดหรือปิดสุด - เหมือนสวิตช์ไฟทั่วไป วาล์วสัดส่วนช่วยให้คุณควบคุมได้อย่างราบรื่นและแม่นยำ เหมือนกับสวิตช์หรี่ไฟ การควบคุมที่ราบรื่นนี้หมายถึง:
- แรงกระแทกและการสั่นสะเทือนในเครื่องจักรของคุณน้อยลง
- การเคลื่อนที่ของกระบอกไฮดรอลิกและมอเตอร์แม่นยำยิ่งขึ้น
- ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้น
- การทำงานโดยรวมราบรื่นยิ่งขึ้น
แนวคิดพื้นฐาน
ต่อไปนี้เป็นวิธีการทำงานในรูปแบบง่ายๆ:
อินพุตไฟฟ้า
คุณส่งสัญญาณไฟฟ้า (ปกติ 4-20 mA หรือ 0-10V) ไปที่วาล์ว
การตอบสนองตามสัดส่วน
วาล์วจะเปิดตามสัดส่วนของสัญญาณนั้น
การควบคุมการไหล
สัญญาณมากขึ้น = การไหลมากขึ้น สัญญาณน้อยลง = การไหลน้อยลง
การทำงานที่ราบรื่น
การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ไม่ใช่กะทันหัน
ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนนี้เป็นสิ่งที่ทำให้วาล์วเหล่านี้มีคุณค่ามากในระบบไฮดรอลิกสมัยใหม่
เหตุใดจึงมีความสำคัญ: วิวัฒนาการจากการควบคุมแบบเรียบง่ายไปสู่การควบคุมอัจฉริยะ
วิธีเก่า: การควบคุม Bang-Bang
ในอดีต ระบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่ใช้วาล์วเปิด/ปิดแบบธรรมดา (เรียกว่าการควบคุมแบบ "ปัง-ปัง") วาล์วเหล่านี้มีการตั้งค่าสองแบบ:
- เปิดเต็มที่:การไหลสูงสุด
- ปิดสนิท:ไม่มีการไหล
ปัญหาเกี่ยวกับการควบคุมปังปัง:
- แรงดันพุ่งสูงขึ้นทันทีเมื่อวาล์วเปิดหรือปิดอย่างรวดเร็ว
- การสั่นสะเทือนและความเครียดทางกลบนอุปกรณ์
- ความยากลำบากในการบรรลุความเร็วหรือตำแหน่งที่แม่นยำ
- การสูญเสียพลังงานจากการทำงานแบบไหลเต็มอย่างต่อเนื่อง
วิธีใหม่: การควบคุมตามสัดส่วน
วาล์วสัดส่วนเปลี่ยนทุกอย่างโดยให้:
การเร่งความเร็วที่ราบรื่น
แทนที่จะกระตุกตั้งแต่เริ่ม-หยุด เครื่องจักรจะเคลื่อนที่อย่างราบรื่นจากหยุดนิ่งไปจนถึงความเร็วสูงสุด
การควบคุมความเร็วที่แม่นยำ
คุณสามารถตั้งค่าความเร็วที่แน่นอนสำหรับส่วนต่างๆ ของรอบการทำงานของเครื่องจักรได้
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ระบบจะใช้โฟลว์ที่ต้องการเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น
คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น
การเคลื่อนไหวที่ราบรื่นยิ่งขึ้นหมายถึงผลลัพธ์ที่ดีขึ้นในกระบวนการผลิต
การบำรุงรักษาลดลง
การกระแทกและการสั่นสะเทือนที่น้อยลงหมายถึงอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่ยาวนานขึ้น
ผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริง
พิจารณาเครื่องฉีดขึ้นรูปที่ผลิตชิ้นส่วนพลาสติก:
- ระบบเก่า:รางหัวฉีดเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดหรือหยุดสนิท ทำให้เกิดข้อบกพร่องและสิ้นเปลืองวัสดุ
- ระบบใหม่:ความเร็วของตัวกระทุ้งจะแปรผันอย่างราบรื่นตลอดวงจรการฉีด ทำให้ได้ชิ้นส่วนคุณภาพสูงสม่ำเสมอ
วิวัฒนาการจากการควบคุมแบบง่ายไปสู่การควบคุมอัจฉริยะทำให้วาล์วสัดส่วนมีความสำคัญในการผลิตสมัยใหม่
วิธีการทำงาน: ภายในเทคโนโลยี
การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของวาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วนช่วยให้คุณเลือกและใช้งานได้ดียิ่งขึ้น เรามาแยกส่วนประกอบสำคัญๆ กัน
[เรียนรู้ให้ครบถ้วนหลักการทำงานของวาล์วสัดส่วน]
1. โซลินอยด์ตามสัดส่วน: สมอง
โซลินอยด์ตามสัดส่วนเปรียบเสมือนสมองของวาล์ว ต่างจากโซลินอยด์ทั่วไปที่เปิดหรือปิดอยู่ โซลินอยด์แบบแบ่งสัดส่วนสามารถสร้างแรงที่แตกต่างกันตามสัญญาณไฟฟ้าที่ได้รับ
มันทำงานอย่างไร:
- รับสัญญาณไฟฟ้า (กระแส หรือ แรงดัน)
- สร้างแรงแม่เหล็กตามสัดส่วนของสัญญาณนั้น
- สัญญาณมากขึ้น = แรงแม่เหล็กมากขึ้น
- แรงนี้จะเคลื่อนชิ้นส่วนภายในของวาล์ว
คุณสมบัติที่สำคัญ:
- ใช้ไฟ DC เพื่อการทำงานที่ราบรื่น
- มักใช้สัญญาณ PWM (การปรับความกว้างพัลส์) ประมาณ 200 Hz
- อาจรวมถึง "dither" - การสั่นสะเทือนเล็กๆ ที่ช่วยลดแรงเสียดทาน
2. ตัวแกนสปูลและวาล์ว: ตัวควบคุมการไหล
ภายในตัววาล์วมีกระบอกสูบที่ผลิตด้วยเครื่องจักรอย่างแม่นยำเรียกว่าสปูล แกนม้วนนี้จะเลื่อนไปมาเพื่อควบคุมการไหล
คุณสมบัติการออกแบบสปูล
- รอยบากวัดแสง:รูปร่างพิเศษ (V, U หรือสี่เหลี่ยม) ตัดลงในแกนม้วนเพื่อควบคุมการเปลี่ยนแปลงของการไหลตามตำแหน่งของแกนม้วน
- ลักษณะที่ทับซ้อนกัน:การที่ขอบแกนสปูลสอดคล้องกับพอร์ตส่งผลต่อการตอบสนองของวาล์วอย่างไร
ลักษณะการไหล
- การไหลเชิงเส้น:การไหลเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนการเคลื่อนที่ของสปูล
- การไหลแบบก้าวหน้า:การไหลจะเพิ่มขึ้นมากขึ้นในช่องเปิดที่ใหญ่ขึ้น ทำให้สามารถควบคุมได้ละเอียดยิ่งขึ้นที่การไหลต่ำ
3. การชดเชยแรงดัน: การรักษาการไหลที่สม่ำเสมอ
หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดในวาล์วสัดส่วนคุณภาพคือการชดเชยแรงดัน ระบบนี้ช่วยให้แน่ใจว่าการไหลคงที่แม้ว่าแรงดันโหลดจะเปลี่ยนไปก็ตาม
ปัญหาที่ไม่มีการชดเชย:หากคุณกำลังยกของหนัก แรงดันต้านจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้การไหลลดลงแม้ว่าการเปิดวาล์วจะยังคงเท่าเดิมก็ตาม
วิธีแก้ปัญหา:เครื่องชดเชยแรงดันจะปรับแรงดันตกคร่อมแกนม้วนหลักโดยอัตโนมัติเพื่อให้แรงดันคงที่
ประโยชน์:
- การไหลขึ้นอยู่กับสัญญาณของวาล์วเท่านั้น ไม่ใช่ขึ้นอยู่กับโหลด
- พฤติกรรมของระบบที่คาดการณ์ได้
- การเขียนโปรแกรมและการควบคุมที่ง่ายขึ้น
4. ระบบตอบรับ: รับประกันความถูกต้อง
วาล์วสัดส่วนระดับไฮเอนด์มีระบบป้อนกลับที่ตรวจสอบตำแหน่งแกนม้วนจริงและเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่ต้องการ
| ประเภทวาล์ว | ข้อเสนอแนะ | ความแม่นยำ | ค่าใช้จ่าย | การใช้งาน |
|---|---|---|---|---|
| วาล์วแบบวงเปิด | ไม่มีข้อเสนอแนะ | ปานกลาง | ต่ำกว่า | การใช้งานขั้นพื้นฐาน |
| วาล์วแบบวงปิด | เซ็นเซอร์ LVDT | สูง | สูงกว่า | การใช้งานที่แม่นยำ |
ประเภทของวาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วน
วาล์วสัดส่วนมีหลายรูปแบบ การทำความเข้าใจประเภทเหล่านี้จะช่วยให้คุณเลือกประเภทที่เหมาะกับการใช้งานของคุณได้
โดยกลไกการขับเคลื่อน
วาล์วที่ออกฤทธิ์โดยตรง
โซลินอยด์จะเคลื่อนแกนสปูลโดยตรง
- การตอบสนองที่รวดเร็ว (5-10 มิลลิวินาที)
- ขนาดกะทัดรัด
- การออกแบบที่เรียบง่าย
ข้อจำกัด:จำกัดเฉพาะการไหลขนาดเล็ก (<50 ลิตร/นาที) และแรงดัน (<210 บาร์)
ดีที่สุดสำหรับ:ระบบขนาดเล็ก อุปกรณ์ทางการแพทย์ ระยะนำร่องสำหรับวาล์วขนาดใหญ่
วาล์วควบคุมด้วยไพล็อต (สอง สเตจ)
วาล์วนำร่องขนาดเล็กควบคุมการไหลของน้ำมันเพื่อเคลื่อนแกนแกนหลัก
- สามารถรองรับการไหลสูง (สูงถึง 1,600 ลิตร/นาที)
- แรงดันสูง (สูงถึง 350 บาร์)
ข้อจำกัด:การตอบสนองช้าลง (~ 100 ms)
ดีที่สุดสำหรับ:เครื่องจักรกลหนัก ระบบอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การใช้งานกำลังสูง
ตามฟังก์ชั่น
วาล์วควบคุมการไหล
- งานหลักคือการควบคุมอัตราการไหล
- โดยทั่วไปแล้วจะมีการกำหนดค่าแบบ 2 ทางหรือ 3 ทาง
- มักมีการชดเชยแรงดันด้วย
- ควบคุมความเร็วของแอคชูเอเตอร์
วาล์วควบคุมทิศทาง
- ควบคุมทั้งการไหลและทิศทาง
- โดยทั่วไปจะเป็นวาล์ว 4 ทิศทาง 3 ตำแหน่ง
- เปลี่ยนวาล์วธรรมดาหลายตัว
- ควบคุมทิศทางและความเร็วของกระบอกสูบหรือมอเตอร์
วาล์วควบคุมความดัน
- ควบคุมระบบแรงดันมากกว่าการไหล
- รวมถึงวาล์วระบายและวาล์วลดแรงดัน
- รักษาแรงกดดันในการทำงานอย่างปลอดภัย
สัดส่วนกับวาล์วประเภทอื่น
การทำความเข้าใจว่าวาล์วสัดส่วนเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ช่วยให้คุณตัดสินใจได้ดีขึ้นอย่างไร
วาล์วตามสัดส่วนเทียบกับเปิด/ปิด
| คุณสมบัติ | วาล์วเปิด/ปิด | วาล์วสัดส่วน |
|---|---|---|
| ประเภทการควบคุม | ไบนารี่ (เปิด/ปิด) | ต่อเนื่อง (ตัวแปร) |
| การควบคุมการไหล | ไหลเต็มหรือไม่มีไหล | การไหลใด ๆ ตั้งแต่ 0-100% |
| ระบบช็อก | สูง (การเปลี่ยนแปลงกะทันหัน) | ต่ำ (การเปลี่ยนภาพที่ราบรื่น) |
| การใช้พลังงาน | มักสิ้นเปลือง | มีประสิทธิภาพ (ตรงกับความต้องการ) |
| ความซับซ้อน | วงจรอย่างง่าย | อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากขึ้น |
| ค่าใช้จ่าย | ต้นทุนเริ่มต้นต่ำ | ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น |
สัดส่วนกับเซอร์โววาล์ว
| คุณสมบัติ | วาล์วสัดส่วน | เซอร์โววาล์ว |
|---|---|---|
| ความแม่นยำ | ดี (±2-5%) | ดีเยี่ยม (±0.5%) |
| ความเร็วในการตอบสนอง | ปานกลาง (2-50 เฮิรตซ์) | เร็วมาก (>100 เฮิรตซ์) |
| ค่าใช้จ่าย | ปานกลาง | สูง (มากกว่า 10-20 เท่า) |
| ความทนทานต่อการปนเปื้อน | สูง | ต่ำ (ต้องการน้ำมันที่สะอาดมาก) |
| ความซับซ้อน | ปานกลาง | สูง |
| การซ่อมบำรุง | มาตรฐาน | เชี่ยวชาญ |
เมื่อใดควรเลือกแต่ละประเภท
เลือกวาล์วเปิด/ปิดเมื่อ:
- คุณต้องการการควบคุมเปิด/ปิดอย่างง่ายเท่านั้น
- ต้นทุนเป็นข้อกังวลหลัก
- แอปพลิเคชันสามารถทนต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนได้
- ไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมที่แม่นยำ
เลือกวาล์วตามสัดส่วนเมื่อ:
- คุณต้องมีความเร็วหรือการควบคุมตำแหน่งที่เปลี่ยนแปลงได้
- การทำงานที่ราบรื่นเป็นสิ่งสำคัญ
- ประสิทธิภาพการใช้พลังงานมีความสำคัญ
- ความแม่นยำปานกลางก็เพียงพอแล้ว
- ทำงานในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมทั่วไป
สำหรับข้อมูลเฉพาะของไฮดรอลิก โปรดดูคู่มือวาล์วสัดส่วนไฮดรอลิก
เลือกเซอร์โววาล์วเมื่อ:
- ต้องใช้ความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
- จำเป็นต้องมีการตอบสนองที่รวดเร็วมาก
- ต้นทุนเป็นเรื่องรองจากประสิทธิภาพ
- คุณสามารถรักษาน้ำมันไฮดรอลิกให้สะอาดได้มาก
- แอปพลิเคชันต้องการมัน (การบินและอวกาศ การทดสอบ)
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักที่คุณต้องรู้
เมื่อเลือกวาล์วสัดส่วน ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลายตัวจะกำหนดว่าวาล์วจะทำงานได้ดีเพียงใดในการใช้งานของคุณ
อัตราการไหลและความดัน
อัตราการไหลสูงสุด
- โดยปกติจะระบุที่แรงดันตกมาตรฐาน (เช่น 5 บาร์หรือ 70 psi)
- ช่วงทั่วไป: 7-1000 ลิตร/นาที (2-260 GPM)
- เลือกตามความต้องการความเร็วของแอคชูเอเตอร์ของคุณ
แรงดันสูงสุด
- ขีดจำกัดแรงดันในการทำงานที่ปลอดภัย
- ช่วงทั่วไป: 280-400 บาร์ (4000-5800 psi)
- ต้องเกินแรงดันสูงสุดของระบบของคุณ
แรงดันตก
- แรงดันที่สูญเสียไปทั่วทั้งวาล์วที่อัตราการไหลที่กำหนด
- ต่ำกว่าจะดีกว่าสำหรับประสิทธิภาพ
- โดยทั่วไป: 5-35 บาร์ (70-500 psi) ที่อัตราการไหลที่กำหนด
ความแม่นยำและการทำซ้ำ
ฮิสเทรีซีส
ผลต่างของเอาต์พุตเมื่อเข้าใกล้จุดเดียวกันจากทิศทางที่ต่างกัน
- โดยทั่วไป: 2-5% ของขนาดเต็ม
- ต่ำกว่าจะดีกว่าสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำ
ความเป็นเชิงเส้น
การไหลของวาล์วจะไหลตามสัญญาณอินพุตมากน้อยเพียงใด
- โดยทั่วไป: ±2% ของขนาดเต็ม
- วาล์วเชิงเส้นตรงควบคุมได้ง่ายกว่า
การทำซ้ำ
ความสม่ำเสมอเมื่อกลับสู่สัญญาณอินพุตเดียวกัน
- โดยทั่วไป: ±1-3% ของขนาดเต็ม
- สำคัญสำหรับการผลิตที่สม่ำเสมอ
เดดแบนด์
ช่วงของสัญญาณอินพุตที่ไม่มีเอาต์พุต
- โดยทั่วไป: 2-5% ของช่วงสัญญาณเต็ม
- เกิดจากการทับซ้อนของสปูล จำเป็นสำหรับการซีล
ตารางเปรียบเทียบประสิทธิภาพ
| ประเภทวาล์ว | ช่วงการไหล | ความดัน | เวลาตอบสนอง | ฮิสเทรีซีส | ความทนทานต่อการปนเปื้อน | ต้นทุนสัมพัทธ์ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| สัดส่วนขั้นพื้นฐาน | 7-100 ลิตร/นาที | สูงถึง 280 บาร์ | 20-100 มิลลิวินาที | 3-5% | สูง | 2-4x |
| สัดส่วนวงปิด | 7-1000 ลิตร/นาที | สูงถึง 350 บาร์ | 10-50 มิลลิวินาที | 1-2% | สูง | 4-8x |
| เซอร์โว-สัดส่วน | 10-500 ลิตร/นาที | สูงถึง 350 บาร์ | 5-20 มิลลิวินาที | <1% | ปานกลาง | 8-15x |
