ทำความเข้าใจกับแผนภาพวาล์วตามสัดส่วน

เมื่อคุณทำงานกับระบบไฮดรอลิกหรือนิวแมติก การทำความเข้าใจไดอะแกรมวาล์วสัดส่วนกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบ การแก้ไขปัญหา และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติที่ทันสมัย แผนภาพวาล์วตามสัดส่วนแสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบที่มีความแม่นยำเหล่านี้ควบคุมการไหลของของไหลและความดันเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างไร ซึ่งเชื่อมช่องว่างระหว่างระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และการเคลื่อนที่ทางกล

ต่างจากวาล์วเปิด-ปิดทั่วไปที่สามารถเปิดได้สุดหรือปิดสุดเท่านั้น วาล์วสัดส่วนให้การควบคุมตัวแปรที่ใดก็ได้ระหว่าง 0% ถึง 100% เปิด ความสามารถในการปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องนี้ทำให้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการเร่งความเร็วที่ราบรื่น การวางตำแหน่งที่แม่นยำ และการใช้แรงที่ควบคุม แผนภาพที่เราใช้เพื่อแสดงวาล์วเหล่านี้เป็นไปตามสัญลักษณ์มาตรฐานที่กำหนดโดย ISO 1219-1 เป็นหลัก ซึ่งทำให้เกิดภาษาสากลที่วิศวกรทั่วโลกสามารถเข้าใจได้

อะไรทำให้ไดอะแกรมวาล์วตามสัดส่วนแตกต่าง

แผนภาพวาล์วสัดส่วนมีองค์ประกอบสัญลักษณ์เฉพาะที่ทำให้แตกต่างจากสัญลักษณ์วาล์วมาตรฐานทันที คุณลักษณะที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือสัญลักษณ์แอคชูเอเตอร์ตามสัดส่วนซึ่งประกอบด้วยขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในกล่องที่มีเส้นทแยงมุมขนานสองเส้นตัดผ่าน เส้นทแยงมุมเหล่านี้เป็นตัวระบุหลักที่บอกคุณว่าวาล์วนี้ให้การควบคุมตามสัดส่วนมากกว่าการสลับแบบธรรมดา

เมื่อคุณเห็นสามเหลี่ยมประเล็กๆ ใกล้กับสัญลักษณ์โซลินอยด์ตามสัดส่วน นั่นแสดงว่าวาล์วมีระบบอิเล็กทรอนิกส์ออนบอร์ด (OBE) ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบรวมเหล่านี้จัดการกับการประมวลผลสัญญาณ การขยาย และบ่อยครั้งจะทำหน้าที่ควบคุมการป้อนกลับโดยตรงภายในตัววาล์ว การผสานรวมนี้ทำให้การติดตั้งง่ายขึ้นโดยลดความจำเป็นในการใช้ตู้เครื่องขยายเสียงภายนอกและความซับซ้อนในการเดินสายที่เกี่ยวข้อง

การวินิจฉัยทางกลเกี่ยวข้องกับการทดสอบแรงดันที่ช่องวาล์ว แรงดันตกคร่อมวาล์วมาก (เกินข้อกำหนด) บ่งบอกถึงการอุดตันหรือการสึกหรอภายใน การวัดการไหลช่วยตรวจสอบว่าการไหลจริงตรงกับความต้องการของระบบที่สัญญาณควบคุมที่กำหนด การตรวจสอบอุณหภูมิจะระบุความร้อนสูงเกินไปจากการควบคุมปริมาณมากเกินไปหรือการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอ

ต้องใช้พื้นที่ตู้สำหรับเครื่องขยายเสียง

มาตรฐาน ISO 1219-1 กำหนดกรอบการทำงานสำหรับไดอะแกรมวงจรไฮดรอลิกและนิวแมติก สำหรับวาล์วสัดส่วน มาตรฐานนี้กำหนดวิธีการแสดงวาล์วประเภทต่างๆ และกลไกการควบคุม สัญลักษณ์วาล์วควบคุมทิศทางตามสัดส่วนประกอบด้วยตัววาล์วพื้นฐานที่มีรอยบากสูบจ่ายหรือสัญลักษณ์รูปสามเหลี่ยมภายในเส้นทางการไหล ซึ่งบ่งบอกถึงคุณสมบัติพิเศษที่ได้รับเครื่องจักรเป็นพิเศษซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมการไหลได้อย่างแม่นยำ

คุณสมบัติด้านเครื่องจักรเหล่านี้ ซึ่งมักมีรอยบากเป็นรูปสามเหลี่ยมที่ตัดเข้าไปในแกนวาล์ว มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้รับความไวในการไหลสูงและความเป็นเส้นตรงใกล้กับตำแหน่งศูนย์ หากไม่มีการปรับเปลี่ยนทางเรขาคณิตเหล่านี้ วาล์วจะแสดงคุณลักษณะการควบคุมที่ไม่ดีเมื่อทำการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยจากตำแหน่งปิด

วาล์วควบคุมแรงดันตามสัดส่วน เช่น วาล์วระบายตามสัดส่วนหรือวาล์วลด จะใช้รูปแบบสัญลักษณ์ที่คล้ายกัน ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่การเพิ่มแอคชูเอเตอร์โซลินอยด์ตามสัดส่วนและสัญลักษณ์สปริงควบคุมแรงดัน เมื่อคุณเห็นองค์ประกอบเหล่านี้รวมกับสามเหลี่ยมประที่บ่งชี้ OBE คุณจะรู้ว่าคุณกำลังดูอุปกรณ์ควบคุมแรงดันแบบวงปิดที่ซับซ้อน

โดยทั่วไปแล้ววาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วนจะมีสัญลักษณ์เป็นวาล์วสองตำแหน่ง สองทาง หรือช่องเปิดแบบแปรผัน ซึ่งจะมีเครื่องหมายควบคุมลักษณะเฉพาะตามสัดส่วนเสมอ วาล์วเหล่านี้ทำงานร่วมกับอากาศ แก๊ส น้ำ หรือน้ำมันไฮดรอลิก ทำให้เป็นส่วนประกอบอเนกประสงค์ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

วาล์วตามสัดส่วนทำงานอย่างไร: การแปลงไฟฟ้า-ไฮดรอลิก

หลักการพื้นฐานเบื้องหลังการทำงานของวาล์วตามสัดส่วนเกี่ยวข้องกับการแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นการเคลื่อนไหวทางกลที่แม่นยำ เมื่อคุณส่งสัญญาณควบคุม (โดยทั่วไปคือ 0-10V หรือ 4-20mA) ไปที่วาล์ว สัญญาณจะผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออนบอร์ดไปยังโซลินอยด์ตามสัดส่วน โซลินอยด์จะสร้างสนามแม่เหล็กตามสัดส่วนของกระแสอินพุต ซึ่งจะเคลื่อนเกราะหรือลูกสูบที่เชื่อมต่อกับแกนวาล์วหรือก้านวาล์ว

วาล์วสัดส่วนที่ทันสมัยจำนวนมากใช้การควบคุมการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ในระบบ PWM อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเป็นเปิดและปิดคอยล์โซลินอยด์อย่างรวดเร็ว ด้วยการปรับรอบการทำงาน (อัตราส่วนของเวลาตรงต่อรอบเวลาทั้งหมด) วาล์วจึงได้รับการควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำ ในขณะที่การสลับความถี่สูง (มักจะประมาณ 200 เฮิรตซ์) ช่วยเอาชนะแรงเสียดทานสถิตในชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

สัญญาณไดเทอร์แบบ PWM นี้ทำหน้าที่สำคัญนอกเหนือจากการควบคุมขั้นพื้นฐาน แรงเสียดทานสถิตระหว่างแกนวาล์วและรูอาจทำให้เกิดการเกาะติดและการตอบสนองที่ไม่ดีที่ระดับสัญญาณต่ำ การสั่นสะเทือนความถี่สูงอย่างต่อเนื่องจากไดเทอร์จะแปลงแรงเสียดทานสถิตให้เป็นแรงเสียดทานไดนามิกที่ต่ำลงอย่างมีประสิทธิภาพ ลดเดดแบนด์และปรับปรุงการตอบสนองได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วนี้สร้างแรงหน่วงที่มีความหนืดซึ่งจำเป็นต้องชดเชยการออกแบบอย่างระมัดระวังผ่านท่อตรวจจับแรงดันและรูปทรงภายในที่สมดุล

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่างวาล์วสัดส่วนและวาล์วเซอร์โวแคบลงอย่างมาก วาล์วสัดส่วนสมัยใหม่ที่มีการป้อนกลับ LVDT (Linear Variable Differential Transformer) ในตัวทำให้ฮิสเทรีซิสโดยทั่วไปต่ำกว่า 8% และมีความสามารถในการทำซ้ำได้ภายใน 2% ประสิทธิภาพระดับนี้ช่วยให้วาล์วสัดส่วนสามารถรองรับการใช้งานจำนวนมากที่ครั้งหนึ่งเคยต้องใช้เซอร์โววาล์วราคาแพง โดยมีค่าใช้จ่ายประมาณครึ่งหนึ่ง

การออกแบบที่ออกฤทธิ์โดยตรงเทียบกับแบบที่ดำเนินการโดยนักบิน

โดยทั่วไปแล้ววาล์วควบคุมการไหลตามสัดส่วนจะมีสัญลักษณ์เป็นวาล์วสองตำแหน่ง สองทาง หรือช่องเปิดแบบแปรผัน ซึ่งจะมีเครื่องหมายควบคุมลักษณะเฉพาะตามสัดส่วนเสมอ วาล์วเหล่านี้ทำงานร่วมกับอากาศ แก๊ส น้ำ หรือน้ำมันไฮดรอลิก ทำให้เป็นส่วนประกอบอเนกประสงค์ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ในวาล์วสัดส่วนที่ออกฤทธิ์โดยตรง กระดองแม่เหล็กไฟฟ้าจะเชื่อมต่อโดยตรงกับแกนวาล์วหรือก้านวาล์ว แรงโซลินอยด์จะเคลื่อนส่วนสูบจ่ายโดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือแบบไฮดรอลิก การเชื่อมต่อโดยตรงนี้ให้ความแม่นยำในการควบคุมที่ยอดเยี่ยมและเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว โดยทั่วไปแล้วจะมีเวลาตอบสนองเป็นขั้นตอนประมาณ 100 มิลลิวินาทีสำหรับขนาดอินเทอร์เฟซการติดตั้ง NG6 (CETOP 3) อย่างไรก็ตาม แรงที่จำกัดจากโซลินอยด์ตามสัดส่วนจะจำกัดการออกแบบที่ออกฤทธิ์โดยตรงเพื่อให้มีอัตราการไหลและความดันปานกลาง

Was ist ein hydraulisches 2-Wege-Wegeventil?

ข้อเสียมาในเวลาตอบสนอง โดยทั่วไปแล้ววาล์วที่ควบคุมโดยไพล็อตจะตอบสนองช้ากว่าการออกแบบที่ออกฤทธิ์โดยตรง เนื่องจากสัญญาณไพล็อตจะต้องสร้างแรงกดดันก่อนที่แกนสปูลหลักจะเคลื่อนที่ สำหรับวาล์วที่ควบคุมโดยนำร่อง NG10 (CETOP 5) เวลาตอบสนองของขั้นตอนมักจะขยายเป็น 165 มิลลิวินาที เทียบกับ 100 มิลลิวินาทีสำหรับวาล์ว NG6 ที่ออกฤทธิ์โดยตรง

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการออกแบบแกนวาล์วและการวัดขอบ

หัวใจของการควบคุมตามสัดส่วนอยู่ที่การออกแบบแกนวาล์ว เมื่อคุณดูแผนภาพมุมมองตัดขวางของวาล์วสัดส่วน คุณจะสังเกตเห็นว่าแกนวาล์วมีคุณสมบัติทางเรขาคณิตพิเศษที่ทำให้แตกต่างจากแกนวาล์วสวิตชิ่งมาตรฐาน

แกนวาล์วควบคุมทิศทางตามสัดส่วนมักมีรอยบากรูปสามเหลี่ยมหรือร่องที่กลึงอย่างแม่นยำ รอยบากเหล่านี้ทำให้แน่ใจได้ว่าการไหลจะเริ่มค่อยๆ เมื่อแกนม้วนเคลื่อนจากตำแหน่งกึ่งกลาง ทำให้มีลักษณะการสูบจ่ายที่ละเอียดและปรับปรุงความเป็นเส้นตรงให้ใกล้ศูนย์ หากไม่มีคุณสมบัติเหล่านี้ หลอดที่มีขอบคมจะแสดงการเปลี่ยนแปลงการไหลอย่างกะทันหันและการควบคุมที่ไม่ดีเมื่อมีการกระจัดเล็กน้อย

การทับซ้อนของสปูลเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญอีกตัวหนึ่งที่มักระบุไว้ในไดอะแกรมทางเทคนิค โดยทั่วไปจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ เช่น 10% หรือ 20% การทับซ้อนหมายถึงจำนวนสปูลที่ปกคลุมช่องเปิดพอร์ตเมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลาง (เป็นกลาง) การทับซ้อนที่มีการควบคุมช่วยจัดการการรั่วไหลภายในและกำหนดแถบเดดแบนด์ของวาล์ว ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ D*FW ของ Parker ใช้สปูลประเภทต่างๆ โดยที่ B31 ให้การเหลื่อมกัน 10% ในขณะที่ประเภท E01/E02 ให้การเหลื่อมกัน 20%

เดดแบนด์แสดงถึงปริมาณสัญญาณควบคุมที่จำเป็นในการสร้างการเคลื่อนที่ของสปูลครั้งแรก วาล์วที่มีแถบเดดแบนด์ 20% ต้องการสัญญาณควบคุมทั้งหมด 20% ก่อนที่แกนม้วนจะเริ่มเคลื่อนที่ เดดแบนด์นี้จะต้องเอาชนะแรงเสียดทานสถิต (แท่ง) และเกี่ยวข้องโดยตรงกับการออกแบบการเหลื่อมของสปูล วาล์วสมัยใหม่ที่มี OBE มีการชดเชยแถบเดดแบนด์ที่ตั้งค่าจากโรงงาน เพื่อให้แน่ใจว่าแกนม้วนเริ่มเคลื่อนที่อย่างแม่นยำที่อินพุตไฟฟ้าขั้นต่ำ ปรับปรุงความเป็นเชิงเส้นใกล้ศูนย์

การเลือกวาล์วสัดส่วนที่เหมาะสม

วาล์วสัดส่วนประสิทธิภาพสูงรวมเซ็นเซอร์หม้อแปลงแปรผันเชิงเส้น (LVDT) สำหรับการป้อนกลับตำแหน่ง เมื่อคุณเห็นสัญลักษณ์ป้อนกลับ LVDT (มักแสดงเป็นโมดูลเซ็นเซอร์ S/U) ในแผนภาพวาล์วสัดส่วน คุณกำลังดูวาล์วแบบวงปิดที่มีความแม่นยำดีกว่าการออกแบบวงวนเปิดอย่างมาก

LVDT เชื่อมต่อเชิงกลกับแกนวาล์วหรือชุดกระดอง เพื่อวัดตำแหน่งทางกายภาพจริงอย่างต่อเนื่อง สัญญาณตำแหน่งนี้จะป้อนกลับไปยังตัวควบคุมหรือเครื่องขยายสัญญาณในตัว ซึ่งจะเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่ได้รับคำสั่ง จากนั้น ตัวควบคุมจะปรับกระแสโซลินอยด์เพื่อรักษาตำแหน่งแกนม้วนที่ต้องการ โดยชดเชยแรงภายนอก แรงเสียดทานทางกล และผลกระทบจากฮิสเทรีซิส

ฮิสเทรีซีสในวาล์วสัดส่วนแสดงถึงความไม่เชิงเส้นโดยธรรมชาติซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากแม่เหล็กตกค้างและแรงเสียดทาน เมื่อคุณเพิ่มสัญญาณควบคุม วาล์วจะเปิดที่จุดที่แตกต่างเล็กน้อยจากเมื่อคุณลดสัญญาณ ทำให้เกิดลักษณะเฉพาะในเส้นโค้งการไหลเทียบกับกระแส ความกว้างของลูปฮิสเทรีซิสนี้ส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการควบคุม

Der Pilotbetrieb bringt jedoch inhärente Kompromisse mit sich. Die Reaktionszeit erhöht sich erheblich, typischerweise auf 100 Millisekunden oder länger. Das Ventil benötigt Zeit, damit sich der Steuerdruck aufbaut und dieser Druck das größere Hauptelement bewegt. Die Konstruktionskomplexität nimmt zu, da jetzt Pilotkanäle vorhanden sind, oft mit kleinen Öffnungen zur Druckregelung. Diese kleinen Durchgänge machen vorgesteuerte Ventile empfindlicher gegenüber Flüssigkeitsverunreinigungen. Ein Partikel, der harmlos durch ein direkt wirkendes Ventil dringen würde, kann eine Pilotöffnung blockieren und die Verschiebung des Hauptventils verhindern.

สถาปัตยกรรมการควบคุมแบบ Open-Loop และ Closed-Loop

แผนภาพวาล์วตามสัดส่วนมักจะปรากฏภายในแผนผังระบบขนาดใหญ่ซึ่งแสดงสถาปัตยกรรมการควบคุมที่สมบูรณ์ การทำความเข้าใจว่าระบบใช้การควบคุมแบบ open-loop หรือแบบปิดจะส่งผลต่อความคาดหวังด้านประสิทธิภาพและวิธีการแก้ไขปัญหา

ในระบบควบคุมการเคลื่อนที่แบบวงเปิด ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะส่งสัญญาณอ้างอิงไปยังตัวขับวาล์ว (เครื่องขยายเสียง) และวาล์วจะปรับพารามิเตอร์ไฮดรอลิกตามสัญญาณนั้นเพียงอย่างเดียว ไม่มีการวัดเอาท์พุตจริง (การไหล ตำแหน่ง หรือความดัน) ส่งคืนไปยังคอนโทรลเลอร์ สถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายนี้ทำงานได้เพียงพอสำหรับการใช้งานหลายประเภท แต่ยังคงมีความเสี่ยงต่อการเคลื่อนตัวของวาล์ว การเปลี่ยนแปลงโหลด ผลกระทบของอุณหภูมิ และฮิสเทรีซิส

ระบบควบคุมการเคลื่อนที่แบบวงปิดมีเซ็นเซอร์ป้อนกลับเพิ่มเติมที่วัดพารามิเตอร์เอาต์พุตจริง สำหรับการใช้งานการกำหนดตำแหน่ง นี่อาจเป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่งกระบอกสูบ (LVDT หรือเซ็นเซอร์แมกนีโตสตริกทีฟ) สำหรับการควบคุมแรงดัน ทรานสดิวเซอร์แรงดันจะส่งข้อมูลกลับ ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ โดยทั่วไปจะใช้การควบคุม PID (Proportional-Integral-Derivative) เปรียบเทียบค่าที่ตั้งไว้ที่ต้องการกับค่าป้อนกลับจริง และปรับสัญญาณคำสั่งวาล์วอย่างต่อเนื่องเพื่อลดข้อผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุด

ความแตกต่างระหว่างการตอบสนองระดับวาล์ว (LVDT บนสปูล) และการตอบสนองระดับระบบ (เซ็นเซอร์ตำแหน่งกระบอกสูบ) สมควรได้รับความสนใจ วาล์วสัดส่วนที่มีการป้อนกลับ LVDT ภายในจะควบคุมตำแหน่งของสปูลได้อย่างแม่นยำ แต่ไม่ได้วัดตำแหน่งหรือความดันของกระบอกสูบโดยตรง เพื่อความแม่นยำสูงสุด ระบบจะใช้ทั้งสองอย่าง: LVDT ช่วยให้มั่นใจได้ถึงตำแหน่งแกนวาล์วที่แม่นยำ ในขณะที่เซ็นเซอร์ภายนอกจะปิดลูปรอบๆ ตัวแปรกระบวนการจริง (ตำแหน่ง ความดัน หรือความเร็ว)

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ครบวงจรสมัยใหม่ (OBE) ทำให้การติดตั้งระบบง่ายขึ้นอย่างมาก วาล์วเหล่านี้ต้องการเพียงกำลังไฟมาตรฐาน 24 VDC และสัญญาณคำสั่งกำลังต่ำ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออนบอร์ดจัดการกับการปรับสัญญาณ การแปลงพลังงาน (มักจะสร้างแรงดันไฟฟ้าทำงาน ±9VDC จากแหล่งจ่ายไฟ 24VDC) การประมวลผลสัญญาณ LVDT และการควบคุม PID การสอบเทียบจากโรงงานช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในวาล์วหลายตัวโดยไม่ต้องปรับจูนฟิลด์ ลดเวลาในการติดตั้ง และกำจัดความแปรปรวนจากการปรับแอมพลิฟายเออร์ภายนอก

เส้นโค้งประสิทธิภาพและลักษณะไดนามิก

เอกสารข้อมูลทางเทคนิคสำหรับวาล์วสัดส่วนประกอบด้วยกราฟประสิทธิภาพหลายกราฟที่แสดงปริมาณพฤติกรรมไดนามิกและสภาวะคงตัว การทำความเข้าใจวิธีการอ่านกราฟเหล่านี้จะช่วยทั้งการเลือกวาล์วและการแก้ไขปัญหา

เส้นโค้งฮิสเทรีซิสจะพล็อตอัตราการไหลของกระแสควบคุม โดยแสดงวงรอบคุณลักษณะที่ก่อตัวเมื่อคุณเพิ่มกระแส (การเปิดวาล์ว) เทียบกับกระแสที่ลดลง (การปิดวาล์ว) ความกว้างของลูปนี้ ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของช่วงอินพุตทั้งหมด บ่งบอกถึงความสามารถในการทำซ้ำของวาล์ว วาล์วสัดส่วนคุณภาพบรรลุฮิสเทรีซิสต่ำกว่า 8% ซึ่งหมายความว่าความแตกต่างระหว่างเส้นทางเปิดและปิดครอบคลุมน้อยกว่า 8% ของช่วงสัญญาณควบคุมทั้งหมด

กราฟการตอบสนองของขั้นตอนจะแสดงความเร็วที่วาล์วตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสัญญาณคำสั่งอย่างกะทันหัน โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้จะแสดงเอาท์พุตของวาล์ว (ตำแหน่งการไหลหรือสปูล) ถึงเปอร์เซ็นต์ที่ระบุ (มักจะ 90%) ของคำสั่งแบบเต็มขั้นตอน สำหรับวาล์วทิศทางตามสัดส่วนที่ออกฤทธิ์โดยตรงของ NG6 เวลาตอบสนองของขั้นตอนทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 100 มิลลิวินาที ในขณะที่ NG10 ขนาดใหญ่กว่านั้นจะใช้เวลาประมาณ 165 มิลลิวินาที เวลาตอบสนองที่เร็วขึ้น (8-15 มิลลิวินาทีสำหรับการออกแบบบางรุ่น) บ่งบอกถึงประสิทธิภาพไดนามิกที่ดีขึ้น แต่มักจะมาพร้อมกับต้นทุนที่สูงกว่า

ลักษณะแถบเดดแบนด์จะปรากฏบนกราฟที่แสดงสัญญาณควบคุมขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างการเคลื่อนที่ของสปูลเริ่มต้น วาล์วที่มีแถบเดดแบนด์ 20% ต้องการสัญญาณหนึ่งในห้าก่อนที่การไหลจะเริ่มขึ้น เดดแบนด์นี้มีไว้เพื่อเอาชนะแรงเสียดทานสถิตและเกี่ยวข้องกับการออกแบบสปูลที่ทับซ้อนกัน หากไม่มีการชดเชยแถบเดดแบนด์ที่เหมาะสม วาล์วจะแสดงความละเอียดในการควบคุมต่ำใกล้จุดศูนย์กลาง ทำให้การวางตำแหน่งที่แม่นยำทำได้ยาก

การปนเปื้อนและการสึกหรอส่งผลโดยตรงต่อกราฟประสิทธิภาพเหล่านี้ในลักษณะที่คาดเดาได้ เมื่ออนุภาคสะสมระหว่างแกนม้วนและแกนเจาะ แรงเสียดทานสถิตจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะแสดงเป็นลูปฮิสเทรีซีสที่กว้างขึ้นและมีแถบที่ตายแล้วเพิ่มขึ้น ด้วยการวางแผนคุณลักษณะการไหลเทียบกับกระแสที่เกิดขึ้นจริงเป็นระยะๆ และเปรียบเทียบกับข้อกำหนดเฉพาะของโรงงาน ทีมบำรุงรักษาจึงสามารถตรวจพบการเสื่อมสภาพก่อนที่ระบบจะล้มเหลว เมื่อฮิสเทรีซีสเกินขีดจำกัดที่ระบุ 50% ขึ้นไป โดยทั่วไปวาล์วจำเป็นต้องทำความสะอาดหรือเปลี่ยนใหม่

การรวมระบบและวงจรการใช้งาน

แผนภาพวาล์วตามสัดส่วนจะมีความหมายที่สมบูรณ์เมื่อดูภายในวงจรไฮดรอลิกที่สมบูรณ์ แผนภาพระบบกำหนดตำแหน่งไฮดรอลิกแบบวงปิดทั่วไปประกอบด้วยหน่วยกำลัง (ปั๊มและอ่างเก็บน้ำ) วาล์วควบคุมทิศทางตามสัดส่วน กระบอกไฮดรอลิกเป็นตัวกระตุ้น และเซ็นเซอร์ตำแหน่งที่ให้การตอบสนอง

แผนภาพวงจรแสดงแรงดันตกที่พอร์ตวาล์ว (มักมีป้ายกำกับว่า ΔP₁ และ ΔP₂) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการวัดการไหลควบคุมความสมดุลของแรงบนแอคชูเอเตอร์อย่างไร สำหรับกระบอกสูบที่มีอัตราส่วนพื้นที่ 2:1 (พื้นที่ลูกสูบและปลายก้านที่แตกต่างกัน) วาล์วจะต้องคำนึงถึงข้อกำหนดการไหลที่แตกต่างกันระหว่างการยืดและการหดตัว แผนภาพวาล์วสัดส่วนบ่งชี้ว่าการกำหนดค่าพอร์ตใดที่ทำให้มีการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นในทั้งสองทิศทาง

ในการใช้งานการฉีดขึ้นรูป วาล์วสัดส่วนไฮดรอลิกจะควบคุมแรงจับยึด ความเร็วการฉีด และโปรไฟล์แรงดันอย่างแม่นยำตลอดวงจรการขึ้นรูป การใช้งานเหล่านี้ต้องใช้วาล์วสัดส่วนหลายตัวที่ทำงานตามลำดับที่ประสานกัน ดังแสดงในแผนภาพวงจรที่ซับซ้อนซึ่งแสดงวาล์วควบคุมแรงดันสำหรับการหนีบ วาล์วควบคุมการไหลสำหรับความเร็วการฉีด และการควบคุมทิศทางสำหรับการเคลื่อนตัวของแม่พิมพ์

อุปกรณ์เคลื่อนที่ เช่น เครนและสะพานแบบเคลื่อนย้ายได้ใช้ระบบไฮดรอลิกแบบวงปิด โดยที่วาล์วสัดส่วนจะควบคุมเอาท์พุตของปั๊มดิสเพลสเมนต์แบบแปรผัน ด้วยการปรับการเคลื่อนที่ของปั๊มแทนที่จะกระจายพลังงานผ่านวาล์วควบคุมปริมาณ ระบบเหล่านี้จึงได้รับประสิทธิภาพที่สูงขึ้น โดยทั่วไปแผนภาพวงจรจะแสดงปั๊มชาร์จที่รักษาระดับไว้ที่ 100 ถึง 300 PSI ที่ขาแรงดันต่ำของวงจรหลัก โดยมีวาล์วสัดส่วนที่จัดการทิศทาง ความเร่ง การชะลอตัว ความเร็ว และแรงบิด โดยไม่มีองค์ประกอบความดันหรือการควบคุมการไหลแยกจากกัน

ข้อพิจารณาประสิทธิภาพการใช้พลังงานมีอิทธิพลอย่างมากต่อปรัชญาการออกแบบวงจร วาล์วควบคุมทิศทางตามสัดส่วนแบบดั้งเดิมสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมปริมาณ ซึ่งจะแปลงพลังงานไฮดรอลิกเป็นความร้อนทั่วทั้งช่องสูบจ่าย การควบคุมการกระจายนี้ให้ความแม่นยำในการควบคุมที่ดีเยี่ยม แต่ต้องมีความสามารถในการระบายความร้อนของของเหลวที่เพียงพอ ในทางตรงกันข้าม การควบคุมการเคลื่อนที่แบบแปรผันจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานโดยการปรับแหล่งกำเนิดแทนที่จะกระจายการไหลส่วนเกินผ่านวาล์วระบาย นักออกแบบจะต้องสร้างสมดุลระหว่างความเรียบง่ายของการควบคุมปริมาณกับประสิทธิภาพที่ได้รับจากแนวทางการเคลื่อนที่แบบแปรผัน

การแก้ไขปัญหาระบบวาล์วสัดส่วน

การลดประสิทธิภาพในวาล์วสัดส่วนมักจะแสดงออกมาเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเส้นโค้งลักษณะเฉพาะที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้ช่วยสร้างขั้นตอนการวินิจฉัยที่มีประสิทธิภาพ

การปนเปื้อนเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของปัญหาวาล์วสัดส่วน อนุภาคที่มีขนาดเล็กถึง 10 ไมโครเมตรสามารถรบกวนการเคลื่อนที่ของแกนม้วนสาย ทำให้เกิดการเกาะติด (แรงเสียดทานสถิตสูง) ซึ่งต้องใช้กระแสเริ่มต้นเพิ่มขึ้นจึงจะเอาชนะได้ สิ่งนี้ปรากฏเป็นแถบที่ตายแล้วที่เพิ่มขึ้นและลูปฮิสเทรีซีสที่กว้างขึ้น การรักษาความสะอาดของน้ำมันไฮดรอลิกตามมาตรฐานความสะอาด ISO 4406 (โดยทั่วไปคือ 19/17/57 หรือดีกว่าสำหรับวาล์วสัดส่วน) จะช่วยป้องกันความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการปนเปื้อนส่วนใหญ่

ปัญหาการดริฟท์และการรั่วไหลเกิดจากการสึกหรอของซีลหรือการสึกหรอของวาล์วภายใน เมื่อซีลเสื่อมสภาพ การรั่วไหลภายในทำให้แอคทูเอเตอร์ดริฟท์ได้แม้ว่าวาล์วจะตั้งอยู่ตรงกลางก็ตาม อุณหภูมิส่งผลต่อประสิทธิภาพของซีลอย่างมาก อุณหภูมิสูงทำให้ของเหลวบางลงและทำให้วัสดุซีลเสื่อมสภาพ ในขณะที่อุณหภูมิต่ำจะเพิ่มความหนืดและลดความยืดหยุ่นของซีล ทั้งสองอย่างทำให้เกิดปัญหาในการควบคุม

ความเหนื่อยล้าในฤดูใบไม้ผลิจากการปั่นจักรยานอย่างต่อเนื่องและการสัมผัสกับความร้อนแสดงให้เห็นว่าการกลับสู่ตำแหน่งกึ่งกลางช้าหรือไม่สมบูรณ์ สปริงตรงกลางที่คืนแกนม้วนให้เป็นกลางจะค่อยๆ สูญเสียแรงไปหลายล้านรอบ ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนหรือตกแต่งวาล์วในที่สุด

ผังงานการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบมักจะเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบทางไฟฟ้า ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ (ปกติ 24 VDC ±10%) ระดับสัญญาณคำสั่ง และความสมบูรณ์ของสายไฟ วัดความต้านทานของโซลินอยด์เพื่อตรวจจับความล้มเหลวของคอยล์ สำหรับวาล์วที่มี OBE หลายรุ่นจะมีเอาต์พุตการวินิจฉัยซึ่งระบุถึงความผิดปกติภายใน

การวินิจฉัยทางกลเกี่ยวข้องกับการทดสอบแรงดันที่ช่องวาล์ว แรงดันตกคร่อมวาล์วมาก (เกินข้อกำหนด) บ่งบอกถึงการอุดตันหรือการสึกหรอภายใน การวัดการไหลช่วยตรวจสอบว่าการไหลจริงตรงกับความต้องการของระบบที่สัญญาณควบคุมที่กำหนด การตรวจสอบอุณหภูมิจะระบุความร้อนสูงเกินไปจากการควบคุมปริมาณมากเกินไปหรือการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอ

โปรแกรมการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ควรมีการตรวจสอบประสิทธิภาพเป็นระยะ ด้วยการวางแผนคุณลักษณะการไหลเทียบกับกระแสที่เกิดขึ้นจริงเป็นประจำทุกปี และเปรียบเทียบกับการวัดพื้นฐาน ทีมบำรุงรักษาสามารถติดตามการเสื่อมสภาพแบบค่อยเป็นค่อยไป เมื่อฮิสเทรีซิสที่วัดได้เพิ่มขึ้นสูงกว่าข้อกำหนดดั้งเดิม 50% ให้กำหนดเวลาการทำความสะอาดหรือเปลี่ยนวาล์วในระหว่างช่วงเวลาการบำรุงรักษาครั้งถัดไป แทนที่จะรอให้เกิดความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง

การเลือกวาล์วสัดส่วนที่เหมาะสม

เมื่อคุณออกแบบระบบหรือเปลี่ยนส่วนประกอบ การเลือกวาล์วตามสัดส่วนจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลพารามิเตอร์ทางเทคนิคหลายประการกับข้อจำกัดด้านต้นทุนและพื้นที่

• ความจุการไหลมาก่อนคำนวณความเร็วของแอคชูเอเตอร์ที่ต้องการและคูณด้วยพื้นที่ลูกสูบเพื่อกำหนดอัตราการไหล เพิ่มระยะขอบด้านความปลอดภัย (โดยทั่วไป 20-30%) และเลือกวาล์วที่มีอัตราการไหลเท่ากับหรือสูงกว่าข้อกำหนดนี้ โปรดจำไว้ว่าความสามารถในการไหลของวาล์วจะแตกต่างกันไปตามแรงดันตกคร่อมวาล์ว ตรวจสอบเส้นโค้งการไหลที่ส่วนต่างแรงดันใช้งานของคุณเสมอ
• ระดับแรงดันต้องเกินแรงดันสูงสุดของระบบโดยมีหลักประกันความปลอดภัยเพียงพอ วาล์วสัดส่วนทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่รองรับแรงดัน 315 บาร์ (4,500 PSI) บนพอร์ตหลัก ซึ่งเพียงพอสำหรับระบบไฮดรอลิกเคลื่อนที่ทั่วไปและไฮดรอลิกทางอุตสาหกรรม การใช้งานที่มีแรงดันสูงอาจต้องใช้เซอร์โววาล์วหรือการออกแบบตามสัดส่วนแบบพิเศษ
• ความเข้ากันได้ของสัญญาณควบคุมมีความสำคัญสำหรับการรวมระบบ วาล์วสมัยใหม่ส่วนใหญ่ยอมรับสัญญาณแรงดัน (±10V) หรือกระแส (4-20mA) สัญญาณแรงดันไฟฟ้าทำงานได้ดีกับการเดินสายสั้น ในขณะที่สัญญาณกระแสไฟต้านทานสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าในระยะทางที่ไกลกว่า ตรวจสอบเอาต์พุตของตัวควบคุมของคุณตรงกับข้อกำหนดอินพุตของวาล์ว หรือวางแผนสำหรับการแปลงสัญญาณที่เหมาะสม
• ข้อกำหนดด้านเวลาตอบสนองขึ้นอยู่กับไดนามิกของแอปพลิเคชันของคุณ สำหรับอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ช้า เช่น การกดหรือขั้นตอนการวางตำแหน่ง การตอบสนอง 100-150 มิลลิวินาทีก็เพียงพอแล้ว การใช้งานความเร็วสูง เช่น การฉีดขึ้นรูปหรือระบบกันสะเทือนแบบแอคทีฟอาจต้องใช้เซอร์โววาล์วที่มีการตอบสนองต่ำกว่า 20 มิลลิวินาทีแทน
• ข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมรวมถึงช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ความต้านทานการสั่นสะเทือน และการวางแนวการติดตั้ง วาล์วที่มี OBE มีความต้านทานการสั่นสะเทือนที่เหนือกว่า เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ติดตั้งเข้ากับตัววาล์วโดยตรง ช่วยลดการเชื่อมต่อสายเคเบิลระหว่างวาล์วและแอมพลิฟายเออร์ที่มีช่องโหว่ โดยทั่วไปอุณหภูมิในการทำงานจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ -20°C ถึง +70°C สำหรับการออกแบบมาตรฐาน โดยมีเวอร์ชันเฉพาะสำหรับสภาวะที่รุนแรง

อนาคตของเทคโนโลยีวาล์วสัดส่วน

เทคโนโลยีวาล์วตามสัดส่วนยังคงพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและการบูรณาการที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น การออกแบบสมัยใหม่ได้รวมเอาการวินิจฉัยขั้นสูงเข้าด้วยกันมากขึ้น ทำให้สามารถติดตามสุขภาพแบบเรียลไทม์และความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้ โปรโตคอลการสื่อสาร เช่น IO-Link ช่วยให้วาล์วสัดส่วนรายงานข้อมูลการทำงานโดยละเอียด รวมถึงจำนวนรอบ อุณหภูมิ ความดันภายใน และข้อผิดพลาดที่ตรวจพบ

การบรรจบกันระหว่างประสิทธิภาพของวาล์วตามสัดส่วนและเซอร์โววาล์วยังคงดำเนินต่อไป เนื่องจากผู้ผลิตวาล์วตามสัดส่วนปรับปรุงความแม่นยำในการตัดสปูลและใช้อัลกอริธึมการควบคุมขั้นสูงในระบบ OBE ช่องว่างด้านประสิทธิภาพจึงแคบลง สำหรับการใช้งานหลายอย่างที่ครั้งหนึ่งเคยควบคุมเซอร์โววาล์วราคาแพง ตอนนี้วาล์วสัดส่วนสมัยใหม่พร้อมการตอบสนองแบบ LVDT มอบความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำที่เพียงพอด้วยต้นทุนที่ต่ำลงอย่างมาก

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานขับเคลื่อนนวัตกรรมทั้งในการออกแบบส่วนประกอบและระบบ รูปทรงวาล์วใหม่ลดแรงดันตกในขณะที่ยังคงความแม่นยำในการควบคุม ลดการสร้างความร้อนและการใช้พลังงาน การปรับปรุงระดับระบบประกอบด้วยกลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะที่ประสานวาล์วสัดส่วนหลายตัวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวม แทนที่จะควบคุมแต่ละวาล์วอย่างอิสระ

การทำความเข้าใจไดอะแกรมวาล์วสัดส่วนเป็นรากฐานสำหรับการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพกับอุปกรณ์อัตโนมัติสมัยใหม่ ไม่ว่าคุณกำลังออกแบบระบบใหม่ แก้ไขปัญหาการติดตั้งที่มีอยู่ หรือเลือกส่วนประกอบสำหรับการอัพเกรด ความสามารถในการตีความสัญลักษณ์มาตรฐานเหล่านี้และความเกี่ยวข้องจะช่วยให้คุณมีข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับพฤติกรรมของระบบและคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ แผนภาพนี้ไม่เพียงแต่แสดงถึงสัญลักษณ์ส่วนประกอบคงที่เท่านั้น แต่ยังสรุปถึงการปรับปรุงทางวิศวกรรมในเทคโนโลยีการควบคุมไฟฟ้า-ไฮดรอลิกมานานหลายทศวรรษ