شیر برقی هیدرولیک یا شیر کنترل جهت چیست

در تمامی سیستم های هیدرولیک جهت حرکت مصرف کننده‌ها مانند یک سیلندر قطعه ای مورد نیاز است که سیال را از سمت پمپ به سمت مصرف کننده هدایت نماید، به عنوان مثال در نظر بگیرید یک سیلندر برای اینکه به سمت بالا و به سمت پایین حرکت کند نیاز به قطعه‌ای دارد که روغن ارسالی از پمپ را به طور مناسب، در جهت حرکت صحیح، به سمت سیلندر هدایت کند و نام آن قطعه مناسب شیر برقی هیدرولیک می‌باشد.

اجزای شیربرقی هیدرولیک چیست؟

شیر برقی هیدرولیک شامل دو عدد بین دو عدد سلونویید، یک تنه از جنس چدن و یک اسپول  از جنس فولاد آلیاژی سخت‌کاری شده، می‌باشد.اسپول داخل تنه‌ی  شیر قرار گرفته و سلونوییدها  بر روی دو طرف شیر برقی پیچ شده‌اند و بوبین نیز بر روی سلونوییدها  قرار دارد.

بدنه شیر برقی: بدنه شیر به عنوان محفظه اجزای شیر کنترل عمل می کند. معمولاً از فلز ساخته می شود و دارای درگاه ها، محفظه ها و گذرگاه های مختلفی است. اینها برای هدایت جریان سیال هیدرولیک مطابق با موقعیت اسپول طراحی شده اند.

اسپول: اسپول جزء مهمی از شیر کنترل است و وظیفه کنترل جهت جریان را بر عهده دارد. این قطعه استوانه ای یا لوله ای شکل است که درون بدنه شیر قرار می گیرد و دارای زمین ها یا شکاف هایی است که در آن ماشین کاری شده است. اسپول قادر به حرکت محوری است، به این معنی که می تواند در داخل بدنه سوپاپ به جلو و عقب بلغزد.

تعامل بین بوبین و اسپول چیزی است که کنترل جهت جریان را امکان پذیر می کند. اسپول معمولاً از مواد فرومغناطیسی مانند آهن یا فولاد ساخته می شود. هنگامی که بوبین با اعمال جریان الکتریکی انرژی می گیرد، میدان مغناطیسی ایجاد شده بسته به طراحی دریچه، اسپول را جذب یا دفع می کند.

بوبین: بوبین یک جزء الکترومغناطیسی است که اسپول را احاطه کرده است. این شامل یک سیم پیچ سیم است که به دور یک هسته فرومغناطیسی پیچیده شده است. هنگامی که جریان الکتریکی به سیم پیچ اعمال می شود، میدان مغناطیسی در اطراف هسته ایجاد می کند.

مسیرهای جریان (پورت): بدنه شیر شامل پورت های مختلفی است که به خطوط یا اجزای هیدرولیک مختلف متصل می شود. این پورت ها شامل یک پورت ورودی، پورت(های) خروجی و اغلب پورت های کاری یا پورت های مخزن هستند. اسپول دارای زمین ها و شکاف هایی است که در موقعیت های مختلف با این پورت ها هماهنگ هستند.

موقعیت خنثی (حالت عادی شیر و بدون برق): در حالت خنثی، اسپول تمام پورت ها را مسدود و یا باز می کند (بسته به نوع شیر برقی) و آنها را از یکدیگر جدا می کند. این مانع از جریان سیال هیدرولیک در شیر برقی می شود و محرک ثابت می ماند.

موقعیت دارای انرژی (وصل جریان برق): هنگامی که جریان الکتریکی به بوبین وارد می شود، میدان مغناطیسی ایجاد شده اسپول را جذب یا دفع می کند و باعث می شود که از موقعیت خنثی جابجا شود. همانطور که اسپول حرکت می کند، پورت های خاصی را باز می کند و آنها را به یکدیگر متصل می کند و به سیال هیدرولیک اجازه می دهد در جهت مورد نظر جریان یابد.

جهت جریان: مسیرهای خاص و جهت جریان به طراحی و پیکربندی شیر کنترل بستگی دارد. به عنوان مثال، یک شیر دو طرفه دارای یک پورت ورودی و یک درگاه خروجی است. هنگامی که اسپول برای اتصال درگاه ورودی به درگاه خروجی جابجا می شود، سیال هیدرولیک از ورودی به خروجی جریان می یابد و عملگر را قادر می سازد تا باز یا جمع شود.

فنرها یا مکانیسم های دیگر: شیرهای کنترل اغلب از فنرها یا سایر عناصر مکانیکی برای اطمینان از موقعیت مناسب اسپول استفاده می کنند. این مکانیسم ها به بازگشت اسپول به موقعیت خنثی هنگامی که بوبین خاموش می شود کمک می کند و در نتیجه جریان سیال هیدرولیک را مسدود می کند.

با کنترل جریان الکتریکی وارد شده به بوبین، اپراتورها می توانند موقعیت اسپول و در نتیجه جهت جریان سیال هیدرولیک را کنترل کنند. این کنترل بر جهت جریان برای کاربردهای مختلف که در آن حرکت محرک دقیق و انتخابی مورد نیاز است، بسیار مهم است.

نحوه عملکرد و طرز کار شیربرقی هیدرولیک چگونه است؟

در قسمت پایین تنه  شیر برقی هیدرولیک ۴ پورت وجود دارد که با نامهای P،T،A و B نامکذاری شده است، پورت P دهانه ورودی شیر از سمت پمپ قلمداد می‌شود، بدان معنا که سیال ارسال شده از پورت P شده و با توجه به حرکت اسپول در داخل تنه شیر برقی به سمت پورت A یا پورت B هدایت می‌شود و پورت T نیز همانطور که از نام آن مشخص است به مخزن سیستم هیدرولیک راه دارد؛ اسپول شیر برقی دارای ۴ پله (شیار) می‌باشد که هر پله (شیار) به یکی از ۴ پورت ذکر شده در تنه شیر برقی راه دارد.

همانطور که در قسمت اجزای شیر برقی ذکر شده است سلونویید شیر به تنه شیر وصل است و هر شیر برقی هیدرولیک با توجه به نوع آن دارای یک یا دو سلونویید می‌باشد؛ در داخل سلونویید، یک هسته شبیه یک استوانه شش پر وجود دارد و زمانی که به بوبین نصب شده برروی سلونوئید جریان برق متصل شود؛ میدان مغناطیسی در داخل سلونویید ایجاد میکند و هسته‌ای که داخل سلونوئید وجود دارد به سمت اسپول شیر حرکت می کند. در آن زمان اسپول شیر برقی داخل تنه شیحرکت کرده و4 پورت را با توجه به فرمانهای شیر برقی به همدیگر راه پیدا میکنند.

طرز کار شیر برقی هیدرولیک:

شیر برقی هیدرولیک با فرمان Closed Center را در نظر بگیرید که در حالت خنثی تمام ۴ پورت بسته بوده و روغن به هیچ کدام از چهار پورت وارد نمی‌شود، در زمانی که بوبین  شیر برقی در سمتی که فرمان شیر به صورت ضربدر می باشد، برق میگیرد و بوبین شیر برقی دارای برق می شود و میدان مغناطیسی ایجاد شده در سلونویید هسته داخل سلونوئید را به سمت اسپول پرتاب میکند.

اسپول در داخل تنه شیر برقی شروع به حرکت کرده و با توجه به شکل داخل تنه شیر برقی که مانند اسپول دارای پله است و هر یک از پورت های گفته شده دارای یک پله در داخل تنه شیر برقی می باشد، اگر اسپول در موقعیت صحیح خود قرار گیرد پورت P به پورت B و پورت A به پورت T راه پیدا می کند.

در زمانی که برق از روی بوبین برداشته می‌شود، بطور طبیعی با توجه به حرکت اسپول، باید به موضع وسط یا خنثی خود باز گردد که این امر توسط فنری که در داخل سلونوئید و پشت اسپول تعبیه شده است، انجام می گیرد؛ در هر دو طرف شیر برقی هیدرولیک دو عدد فنر وجود دارد

وقتی که اسپول از حالت خنثی به حالت فرماندهی تغییر جهت می‌دهد، فنر سمت مخالف کاملاً فشرده می‌شود، و زمانی که برق از روی شیر برقی برداشته می شود، فنر فشرده شده اسپول را مجدداً به سمت حالت وسط یا خنثی  خود هدایت می کند.

در زمانی که برق از روی بوبین برداشته می‌شود، بطور طبیعی شیر با توجه به حرکت اسپول باید به موضع وسط یا خنثی خود باز گردد که این امر توسط فنری که در داخل سلونوئید و پشت اسپول تعبیه شده است، انجام می گیرد؛ در هر دو طرف دو عدد فنر وجود دارد، وقتی که اسپول از حالت خنثی به حالت فرماندهی تغییر جهت می‌دهد، فنر سمت مخالف کاملاً فشرده می‌شود، و زمانی که برق از روی بوبین برداشته می شود، فنر فشرده شده اسپول را مجدداً به سمت حالت وسط یا خنثی  خود هدایت می کند.

آب بندی شیر برقی هیدرولیک (Sealing)

نکته ای که بسیار مهم این است که اسپول در داخل تنه بدون وجود هیچ قطعه‌ای، سیلینگ (آب بندی) می شود و این امر توسط ماشین کاریهای بسیار دقیق صورت می پذیرد، با توجه به نکته ذکر شده بسیار مهم است که روغن هیدرولیک استفاده شده در سیستم دارای هیچگونه آلودگی ذرات معلق نباشد، چون این ذرات باعث می شود که آب بندی حاصل شده از ماشینکاری های دقیق بین پله اسپول و زایده پله مانند، بر روی تنه شیر برقی از بین رفته و دارای نشتی داخلی شود.

به طوری که برای مثال در زمانی که فرمان گرفته و باید روغن از پورت P به سمت پورت B حرکت کند با توجه به نشتی که از پورت P به پورت A بوجود آمده است، مقداری از روغن همزمان به پورت A نیز نشتی پیدا می‌کند و این امر باعث اختلال در عملکرد می‌شود؛ بنابراین با توجه به حساسیت عملکرد شیر برقی هیدرولیک و آب بندی های آن باید فیلتراسیون بسیار مناسبی در سیستم هیدرولیک وجود داشته باشد.

شیرهای برقی جهت دار هیدرولیک نقش مهمی در کنترل جهت جریان سیال هیدرولیک در یک سیستم هیدرولیک دارند. این شیرها معمولاً از یک محفظه یا بدنه، یک جزء متحرک (مانند یک اسپول یا پاپت) و آب بند هایی تشکیل می شوند که از نشت سیال جلوگیری می کنند.

آب بندی دینامیک: آب بندی دینامیک برای جلوگیری از نشت مایع در اطراف اجزای متحرک شیر برقی ضروری است. رایج ترین آب بند دینامیکی که در شیرهای هیدرولیک استفاده می شود، آب بندی پیستون است. معمولاً از مواد لاستیکی یا الاستومری با خواص خاصی مانند انعطاف پذیری، دوام و مقاومت در برابر سیالات هیدرولیک ساخته می شود.

آب بندی پیستون: یک آب بند محکم بین اسپول یا پاپت و بدنه شیر برقی ایجاد می کند و به قطعه اجازه می دهد تا به آرامی حرکت کند و در عین حال از دور زدن سیال از آب بند جلوگیری می کند. آب بند نیاز به حفظ یکپارچگی خود حتی زمانی که تحت فشارهای بالا، ارتعاشات و تغییرات دما در طول عملکرد شیر قرار می گیرد.

آب بندی استاتیک: همانطور که از نام آن پیداست، در مناطق ثابت شیر برقی استفاده می شود. این آب بند تضمین می کند که هیچ نشتی سیال در اتصالات و اتصالات داخل مجموعه شیر وجود ندارد. انواع متداول آب بند استاتیکی که در شیرهای برقی جهت دار هیدرولیک استفاده می شود شامل  O-ring، واشر و واشر آب بندی می باشد که دارای انواع مختلفی مانند NBR و VITON و… می‌باشند.

O-ring ها: آب بند های الاستومری دایره ای هستند که معمولاً از لاستیک یا مواد مصنوعی ساخته می‌شوند. آنها در شیارها یا فرورفتگی‌هایی در بدنه شیر یا روی اسپول قرار می‌گیرند تا بین سطوح دارای اصطکاک، آب بندی ایجاد کنند. اورینگ ها بین سطوح فشرده می شوند و یک آب بند محکم و قابل اعتماد در برابر نشت سیال ایجاد می کنند.

واشرها: واشرها عناصر آب بندی مسطح هستند که از موادی مانند لاستیک، چوب پنبه یا کاغذ ساخته شده اند. برای جلوگیری از نشت سیال بین دو سطح در تماس قرار می گیرند. واشرها معمولاً در اتصالات منیفولد (بلوک) یا بین بدنه سوپاپ و پوشش سوپاپ برای اطمینان از آب بندی قابل اعتماد استفاده می شوند.

با حفظ یکپارچگی اجزای آب بندی در شیرهای برقی هیدرولیک، می توانید از عملکرد قابل اعتماد و کارآمد شیر و سیستم هیدرولیک به طور کلی اطمینان حاصل کنید و نشت سیال را به حداقل برسانید و عملکرد سیستم را بهینه نمایید.

نقشه شیر برقی هیدرولیک:

شیرهای برقی هیدرولیک از لحاظ موقعیت (Position) به چند دسته تقسیم می شوند که ما در اینجا به دو دسته شیرهای برقی هیدرولیک 4-2 و شیرهای برقی هیدرولیک 3-4 با معرفی فرمان های متفاوت متداول آنها می پردازیم .

منظور از شیر برقی 2-4 این است که شیر برقی دارای ۴ پورت P و T و A و B می‌باشد و دارای دو SECTION، منظور از دو SECTION این است که شیر برقی دارای یک حالت خنثی یا نرمال است و یک حالت فرمان است (زمانی که جریان برق به بوبین وصل می‌شود). و شیرهای برقی هیدرولیکی 4-2 دارای یک بوبین می باشد و در اصطلاح به آنها شیرهای هیدرولیک تک بوبین نیز گفته می شود.

همچنین منظور از 3-4 این است که دارای ۴ پورت و سه SECTION می‌باشد که SECTION وسط، همان حالت خنثی و نرمال است و دو بوبین کناری حالتی است که در دو جهت فرمان برق میگیرد که با توجه به توضیحات گفته شده، مشخص است که شیرهای 3-4 دارای دو بوبین می باشند.

لازم به ذکر است که تنوع فرمانها (Symbol) بسیار متنوع بوده و در این مقاله سعی بر معرفی پرمصرف‌ترین و رایج‌ترین نوع فرمانهای آنها اشاره گردیده است.

برای خرید شیر برقی هیدرولیک به چه اطلاعاتی نیاز داریم؟

هنگام خرید شیر برقی هیدرولیک، باید اطلاعات زیر را در نظر بگیرید:

1. نوع شیر برقی: انواع مختلفی از شیرهای برقی هیدرولیک از جمله شیرهای کنترل جهت، شیرهای کنترل فشار، شیرهای کنترل جریان و غیره وجود دارد. شما باید نوع شیری را که مناسب مدار هیدرولیک شماست، تعیین کنید.
2. سایز شیر برقی: شیرهای برقی هیدرولیک در سایزهای مختلف هستند و اندازه شیر مورد نیاز شما به سرعت جریان و فشار مورد نیاز سیستم شما بستگی دارد.
3.  فشار کاری سیستم: برای اطمینان از اینکه شیر برقی می تواند آن را تحمل کند، باید فشار کاریسیستم خود را محاسبه کرده و همچنین فشار حدکثری لحظه ای را در نظر بگیرید.
4. میزان جریان (دبی): میزان جریان سیستم شما ظرفیت شیر برقی مورد نیاز برای خرید را تعیین می کند.
5. مشخصات الکتریکی: شیرهای برقی به صورت الکتریکی کنترل می شوند و برای اطمینان از اینکه شیر برقی می تواند به درستی کار کند، باید ولتاژ، فرکانس و توان مورد نیاز سیستم خود را بدانید.
6. شرایط محیطی: شما باید شرایط محیطی را در نظر بگیرید که شیر در آن کار می کند، مانند دما، رطوبت و قرار گرفتن در معرض مواد خورنده.
7. نوع اتصال: نوع اتصال شیر، رزوه ای، فلنجی یا بلوکی، به نیاز سیستم شما بستگی دارد.
8. نام تجاری: در نهایت، شما باید یک برند معتبر (مانند شیر برقی Duplomatic و رکسروت) را انتخاب کنید تا بتوانید شیر برقی با کیفیت و قابل اعتمادی را که مطابق با مشخصات شما باشد، در اختیار شما قرار دهد. (از برندهای بی کیفیت می توان به ترک هیدرولیک اشاره کرد.)
9. مصرف کننده: در اغلب موارد این نکته که مصرف کننده نهای مدار جک هیدرولیک است و یا هیدروموتور تاثیر زیادی در انتخاب نوع و برند شیر برقی دارد.

انواع شیر برقی هیدرولیک:

شیر هیدرولیک برقی 2-4 تک بوبین (ضربدر موازی)

شیر برقی هیدرولیک 4-2 تک بوبین همانطور که در قسمت تیتر گفته شده است، دارای دو حالت بوده و یک حالت نرمال ضربدر که پورت P به پورت B و پورت A به پورت B را می‌دهد و در حالتی که برق می گیرد، حالت موازی به وجود می‌آید که در این حالت پورت P به پورت A و پورت B به پورت T راه پیدا می‌کند.

شیر برقی هیدرولیک 2-4 تک بوبین (موازی ضربدر)

در این فرمان شیر برقی هیدرولیک 2-4 تک بین در حالت عادی به صورت موازی بوده، بطوری که پورت P به پورت A و پورت B به پورت T راه پیدا می‌کند و در زمانی که فرمان برق میگیرد به حالت ضربدر در آمده و در این حالت پورت P به پورت B و پورت A به پورت Tراه پیدا می‌کند.

شیر هیدرولیک برقی 3-4 CLOSED CENTER

شیر برقی هیدرولیک 3-4 CLOSED CENTER در بازار ایران با نام شیر وسط بسته شناخته می شود، این شیر در حالت نرمال و عادی تمام پورتهای آن بسته و به همدیگر راهی ندارند و در زمانی که هر یک از بوبین های شیر 3-4 وسط بسته برق می گیرند، یک بوبین وضعیت ضربدر را به وجود آورده و یک بوبین نیز وضعیت موازی را به وجود می‌آورد؛ فرمان وسط بسته مناسب سیلندرهای هیدرولیکی می باشد که در وضعیت افقی مشغول به کار هستند.

شیربرقی هیدرولیک 3-4 FLOOT CENTER (پی بسته)

شیر برقی هیدرولیکی 4-3  FLOAT CENTER نیز با نام P بسته در بازار شناخته می‌شود که این شیر در حالت نرمال و عادی پورت P بسته بوده و پورت A و B به پورت T راه دارد و در زمانی که هریک از بوبینها، برق می‌گیرند، یک بوبین در وضعیت ضربدر قرار گرفته و یک بوبین نیز در وضعیت موازی قرار می‌گیرد، شیرهای FLOAT CENTER مناسب سیلندرهایی است که در حالت عمودی قرار می‌گیرند

اما سوالی که اینجا پیش می آید این است که اگر در حالت نرمال پورت A وB به پورت Tراه دهد در سیلندرهایی که به صورت عمودی کار می‌کنند، به چه نحوی می توانیم از این شیر هیدرولیکی استفاده کنیم؟

 در اینجا ما برای آشنایی نحوه کارکرد این نوع شیر برقی هیدرولیک به این نکته اشاره می‌کنیم که باید در زمانی که از این نوع فرمان استفاده می‌کنیم از یک چک ولو پایلوت دار دو طرفه نیز استفاده شود. به نحوی که در حالت عادی و نرمال بخاطر وجود چک ولو پایلوت دار در دو مسیر A و B عملا در حالت عادی شیربرقی بسته می‌شود.

شیربرقی هیدرولیک 3-4 TANDEM CENTER (وسط باز)

شیر برقی هیدرولیک 4-3 TANDEM CENTER با نام شیر وسط باز در بازار شناخته می‌شود، در حالت نرمال و عادی پورت P به پورت T راه دارد و پورت A و B بسته هستند ودر زمانی که بوبین ها، برق می‌گیرند، یک بوبین حالت موازی و بوبین دیگر حالت ضربدر را به وجود می آورد.

شیر برقی 3-4 OPEN CENTER (وسط H)

شیر برقی هیدرولیک OPEN CENTER با نام شیر وسط H شناخته می‌شود، در حالت نرمال و عادی تمام پورت ها به همدیگر راه دارند و در زمانی که بوبین های این شیر، برق می گیرند، یک بوبین حالت ضربدر و بوبین  دیگر حالت موازی را به وجود می‌آورند.

نحوه انتخاب شیر برقی

از مهم‌ترین مواردی که باید در انتخاب شیر برقی هیدرولیک متناسب سیستم و یا پمپ هیدرولیک در نظر گرفت، نوع شیر برقی (فرمان در حالت عادی)، ولتاژ بوبین، میزان جریان عبوری سیال، دمای محیط و سیستم، انتخاب سایز مناسب بر اساس دبی، مد نظر قراردادن بازه فشار که در ادامه به توضیح آنها می‌پردازیم

سایزهای متداول شیر هیدرولیک برقی

یکی از مهم‌ترین موارد در انتخاب شیرهای برقی هیدرولیک ، مسئله سایز می‌باشد، بطوری که در کاتالوگ شیرها، هر سایزی متناسب با یک دبی (لیتراژ بر دقیقه) تعریف شده است.

مشخص شده است که ما متناسب با لیتراژ پمپ تغذیه کننده سیستم هیدرولیک خود، یکی از سایزهای مناسب شیرهای برقی را انتخاب می کنیم.

سایز شیربرقی

در استاندارد ISO1219 سایزهای شیربرقی هیدرولیک به شرح ذیل می‌باشد:

سایز ¼ اینچ	NG6	CETOP 06
سایز ⅜ اینچ	NG10	CETOP 05
سایز ½ اینچ	NG16	CETOP 07
سایز ¾ اینچ	NG25	CETOP 08
سایز ¼-1 اینچ	NG32	CETOP 10

مقدار ΔP (بازه فشار) شیر برقی هیدرولیک

ما در انتخاب شیر برقی هیدرولیک مورد نیاز سیستم خود باید به مقدار ΔP مشخص شده در جداول درج شده در کاتالوگ های برندهای سازنده بسیار دقت کنیم، منظور از ΔP، مقدار تفاوت فشار در ورودی و خروجی شیر برقی می باشد.

بطور مثال در یک کاتالوگ می‌بینیم که در یکی از فرمان ها، اگر مقدار لیتراژ عبور کننده از شیر برقی انتخاب شده، 100 لیتر بر دقیقه باشد، این اختلاف فشار ۱۰ بار می‌باشد؛ ولی اگر همین مقدار لیتراژ به ۶۰ لیتر کاهش پیدا کند، این اختلاف فشار ۵ بار می‌شود، بنابراین ما باید در انتخاب خود به مسئله ΔP به شدت توجه کنیم، چون اگر مقدار ΔP ما که بر اساس bar است، عدد بالایی باشد باعث بوجود آمدن گرما در سیستم می‌شود.

شیر برقی Duplomatic | پرشر سوئیچ دوپلوماتیک | فیلتر المنت | فشارشکن دوپلوماتیک | شیر پروپرشنال Duplomatic | کارت پروپرشنال Duplomatic