شیرهای پنیوماتیک
در پنیوماتیک هر ابزاری که بتواند یک یا چند مشخصه هوای فشرده را کنترل کند “شیر” نامیده میشود. عملکرد کنترل به سهگروه تقسیم می شود:
1 – راه دهنده : هدف این شیرها باز کردن بستن و تغییر مسیر یک جریان هوای فشرده (C/A) بدون تغییر دبی و مشخصه های فشار می باشد (شکل A-1 ) برای تغییر وضعیت پیستون در داخل سیلندر هوا باید متناوباً هر محفظه را پر کند، در حالی که همزمان هوا از محفظه مقابل باید خارج شود.
2 – کنترل فشار یا جریان: هدف این شیرها تغییر مشخصه های فیزیکی هوای فشرده میباشد در فصل ایجاد هوای فشرده در مورد شیری که فشار را کنترل میکند (رگولاتور فشار) توضیح داده شد. مشخصه دیگر یعنی دبی با استفاده از یک شیر کنترل جریان تنظیم میگردد. همان طوری که در شکل B-1 مشخص گردیده این شیر کنترل با کاهش جریان هوا از محفظه سیلندر باعث تنظیم سرعت سیلندر می شود.
3 – با مانع این شیرها راه عبور هوای فشرده را میبندند یا تغییر میدهند در شکل C-1 مشاهده میکنید که با مسدود کردن راه عبور شیر پخش کننده و باز کردن دهانه خروجی مجاور هوا سریعاً به بیرون میرود و در نتیجه حرکت سیلندر سریع تر می شود.
طبقه بندی شیرهای راه دهنده Directional Valve
بخش قبلی شیرها را بر اساس عملکرد متفاوت آنها در سیستم پنیوماتیک طبقه بندی کرد. یک سیستم پنیوماتیک چیست؟ یک سری شیرهای متصل به هم میباشد با هدف کنترل عبور هوای فشرده در سیلندرها در یک توالی از پیش تعیین شده. برای اینکه یک شیر راه دهنده بتواند عمل کند باید قادر به تغییر جهت جریان هوا در طول بدنه باشد. شکل A-2 یک سیلندر دوکاره را نشان میدهد با فشار وارده بر محفظه مثبت و تخلیه هوا از محفظه منفی توسط یک شیر.
زمانی که پیستون به حالت کشیدگی برسد و شیر به هیچ طریقی عمل نکند پیستون ثابت باقی می ماند. به منظور معکوس کردن جریان هوا به سیلندر قطعه در حال حرکت داخل شیر باید تغییر موضع بدهد (شکل B-2).
اولین طبقه بندی شیرهای راه دهنده تعداد مواضعی است که قطعه در حال حرکت داخل شیر می تواند در نظر بگیرد. در یک شیر معمولی تعداد مواضع دوتاست البته سه تا هم در بعضی شیرها ممکن است ولی یک موضع غیر ممکن است.
تعداد اتصالات شیر را در شکلهای B-2 و A-2 مشاهده می کنید.
- خروجی به محفظه مثبت.
- خروجی به محفظه منفی.
- ورودی هوا به شیر.
- دهانه خروجی از محفظه منفی.
- دهانه خروجی از محفظه مثبت.
این شیرها را “۵ دریچه ای ۲ موضعی” می نامند که به صورت 5/2 مشخص میشود با جایگزین کردن یک سیلندر یک کاره بجای سیلندر دوکاره مشاهده میشود که شیر 5/2 لازم نمی باشد (شکل C-2 ) زیرا فشار و مخزن خروجی همیشه مشابه است. در سیلندر یک کاره شیر “۳ دهانه ۲ موضع” برای ایجاد تغییر لازم در جهت جریان هوا کافی می باشد.
هر شیری یک نشانگر قراردادی دارد که به صورت زیر آن را تشریح می کند:
هر موضع با یک مربع مشخص می گردد. یک شیر دو موضعی دارای دو مربع متصل به هم می باشد. برای هر مربع، متناسب با موضع قطعه در حال حرکت راه های عبور جریان بین هر دهانه به داخل کشیده شده اند. فلش ها نشانگر جهت جریان می باشند، در حالی که خطوط افقی نشانگر دهانه های بسته هستند.
شیرهای نشستی
بخش قبلی اشاره ای داشت به نوع ساختار شیرهای کنترل جهتی این شیرها اغلب متناسب با نوع حرکت ابزار ا مورد بررسی قرار می گیرند.
موارد استفاده برای تغییر جهت هوا مورد بررسی در یک مدار پنوماتیکی امکان وجود چهار نوع مختلف از شیرهای راه دهنده وجود دارد:
- نشستی
- کشویی
- دیافراگمی
- دیسکی
این چهار نوع شیر اگر به طور مساوی طبقه بندی شوند (با تعداد دهانه ها و مجراهای مشابه) همه نشانه های ترسیمی مشابهی خواهند داشت. نوع ساختار بر روی نشانه شیر مشخص نگردیده، بلکه باید جداگانه ثبت شود. شیرهایی که در مدارهای پنوماتیکی استفاده میشوند در وحله اول از نوع نشستی و کشویی هستند توضیحات زیر ساختار و عملکرد این دو نوع شیر را توضیح می دهد.
عملکرد شیرهای نشستی با باز و بسته شدن دهانه های ورودی و خروجی صورت میگیرد. در شکل ۲ و ۱ – ۳، این عمل توسط حرکت دو دهانه ۴ و ۱ انجام میگیرد. تسلسل این دو عمل توسط یک سیستم فنری که مواضع آن متناسب با کارکرد تغییر می کند، مشخص می شود. در شکل ۲ و ۱ – ۳ مشاهده میشود که اگرچه شاخک در موضع مشابهی قرار دارد، اما قطعات داخلی به دهانه های مختلفی وصل میشوند در شیر NC (معمولاً بسته)، ورودی هوا بسته است در حالی که خروجی باز است. در شیر .NO (معمولاً باز) وضعیت بر عکس می باشد.
بسته شدن دهانه های ۳ و ۲ توسط درزگیری که روی دهانه سیلندر قرار دارد انجام میشود به این وسیله با یک حرکت کوچک درزگیر عبور جریان کامل هوا از دهانه امکان پذیر میشود (۲/۵mm) نیروی عمل کننده روی شاخک باید بر مقاومت فنرها و نیروی وارده توسط فشار هوا بر روی قسمت پایینی شیر نشستی غلبه کند.
برای جلوگیری از صدمه ناشی از فشردگی زیاد شاخک مکانیزم امکان یک حرکت اضافی ۲mm را ایجاد می کند. این حرکت اضافی دهانه ای را که هوا از آن عبور میکند افزایش نخواهد داد. اما اگر شاخک به اندازه کافی فشرده نشده باشد، عبور جریان هوا از شیر کاهش می یابد.
شیرهایی که در شکل های ۲ و ۱ – ۳ مشاهده می شود از نوع ۳ دهانه ۲ موضع میباشند (3/2). هر دهانه دارای یک منبع شناسایی است:
A = دهانه خروجی متصل به دستگاه
P = دهانه ورودی فشار
R = دهانه خروجی (تخلیه)
این حروف باید روی یکی از دو مربع معرف شیر مشخص گردند.
اتصال دهانه ها متفاوت است :
در شکل ۱ – ۳، A به R متصل است در حالی که P بسته باقی می ماند.
در شکل ۲-۳ P به A متصل است در حالی که R بسته باقی می ماند.
توضیح این تفاوت ها به شرح زیر است:
اولین شیر معمولاً بسته است. N.C
دومین شیر “معمولاً باز است. .N.O
كلمة “معمولاً Normally” عملکرد شیر را زمانی که کار نمی کند، تشریح می کند. بنابراین:
شیر زمانی .N.C است که A از داخل به R وصل باشد.
شیر زمانی .NO است که P از داخل به A وصل باشد.
یک شیر نشستی 5/2 معمولاً از ترکیب N.O و N.C. بر روی یک بدنه تشکیل شده و دارای یک ورودی مشترک P می باشد.
شکل ۳ – ۳ برای شناسایی دهانه های اضافی دو حرف دیگر بر روی نشانگر شیر 5/2 وجود دارد:
B معرف دهانه خروجی دوم است.
معرف دهانه تخلیه دوم است.
شیرهای 5/2 به صورت N.C. یا ..N.O طراحی نشده اند زیر ورودی P همیشه به یک خروجی وصل است. در شکل ۳-۳
زمانی که شیر کار نمیکند اتصال به B وصل است. (تعویض خط یا Change Over)
عملکرد شیر نشستی نرمال بسته 3/2 (N.C)
شکل ۴ قطعات داخلی یک شیر 3/2 را در سه موقعیت مختلف در طول کار نشان می دهد. تصاویر اول و سوم شیر را در حالت استراحت و کار نشان میدهد تصویر وسطی شیر را در نقطه تغییر بین دو موضع نشان می دهد.
در تصویر اول شیر در وضعیت استراحت است و هوا از دهانه A به طرف دهانه تخلیه R بین قطعات ۲ و ۱ عبور می کند. فضای بین این قطعات توسط یک فنر مخروطی شکل که بر روی شاخک مکانیکی عمل میکند نگه داشته می شود. یک فنر سیلندری با عمل کردن بر روی دهانه ۲ سوراخ را درزگیری کرده و مانع عبور هوای فشرده از دهانه ورودی می شود. شکل وسطی کارکرد شیر را نشان می دهد.
- قسمت اول شاخک مکانیکی به پایین حرکت کرده تا سوراخ روی شیر نشستی را درزگیری کند، و قسمت دوم هنوز از محل قرار گرفتنش حرکت نکرده است زیرا شاخک هنوز به اندازه کافی دور نشده است. هوای فشرده هنوز نمی تواند در خروجی دهانه A جریان یابد.
- از آنجایی که تمام دهانه ها از هم مجزا هستند این وضعیت را میتوان “موضع وسط بسته” نامید.
- مقدار حرکت هر چه که باشد دهانه ورودی P هرگز راهی برای عبور جریان هوا به دهانه تخلیه R نخواهد داشت. در شکل سوم شاخک با ادامه حرکت خود درز را از روی سوراخ کنار زده و باعث عبور هوا از ورودی به دهانه A می شود. شاخک تا زمانی که وجود هوا در خروجی لازم است باید در این وضعیت باقی بماند.
زمانی که شاخک آزاد می شود:
- فتر سیلندری با فشار دادن بدنه نشستی قسمت دوم به طرف بالا سوراخ را با درزگیر مسدود می کند. در این نقطه، جریان هوا از ورودی متوقف میشود و شیر در موضع وسط بسته قرار می گیرد.
- فتر مخروطی شکل شاخک قسمت اول را از فضای باز قسمت دوم کنار زده و امکان تخلیه هوا را از دهانه خروجی A توسط دهانه R فراهم میکند. اکنون شیر به حالت استراحت خود برگشته و آماده برای عمل بعدی میباشد.
نکته:
(امکان رساندن هوای فشرده به دهانه R و استفاده از P به عنوان محل تخلیه وجود ندارد هوا با عبور در جهت عکس آنچه قبلاً ذکر گردید از دهانه A و همچنین دهانه P عبور میکند. این به خاطر فشاری است که بر نیروی فنر غلبه کرده و درزگیر را روی سوراخ نگه میدارد. فشار با عمل کردن بر روی سطح شاخک باعث افزایش نیروی مکانیکی لازم برای فشردن شاخک می شود و زمانی که نیرو برداشته میشود مانع آن میشود که فنر مخروطی شکل آن را برگرداند.)
عملکرد شیر نشستی نرمال باز N.O 3/2
شکل ۵ قطعات داخلی یک شیر N.O 3/2 را در سه موضع مختلف در طول کار نشان میدهد. تصاویر اول و سوم شیر را در حالت استراحت و کار نشان میدهد تصویر وسطی شیر را در نقطه تغییر بین دو موضع نشان می دهد. در تصویر اول، شیر در وضعیت استراحت است و هوا از دهانه P به طرف دهانه خروجی A بین قطعات ۲ و ۱ عبور می کند. فضای بین قطعات توسط یک فنر سیلندری که به روی شاخک قسمت اول عمل میکند نگه داشته میشود یک فنر بزرگتری روی قسمت دوم عمل کرده سوراخ را درزگیری میکند و راه عبور بین دهانه A و دهانه تخلیه دوم را مسدود می کند.
شکل وسطی کارکرد شیر را نشان می دهد.
- قسمت اول شاخک به پایین حرکت کرده و راه عبور از P به طرف A را درزگیری میکند در این نقطه فنر بزرگتر هنوز درزگیر را روی سوراخ نگه داشته است.
- هوای متراکم نه میتواند وارد شود و نه از خروجی A عبور کرده و از دهانه تخلیه R بگذرد.
- این وضعیت را می توان موضع وسط بسته نامید. در تصویر سوم شاخک با ادامه حرکت خود، درز را از روی سوراخ کنار زده و باعث عبور هوا از خروجی A به دهانه تخلیه R میشود. برای حفظ این موقعیت شاخک باید در وضعیت فشردگیش باقی بماند.
زمانی که شاخک آزاد می شود:
- فنر بزرگتر درزگیر را روی سوراخ میکشاند و باعث بسته شدن راه عبور A به P میشود (مرحله موضع وسط بسته).
- سپس فنر کوچک، شاخک را به حالت استراحت بر میگرداند و باعث باز شدن راه عبور P به A می شود. اکنون شیر به حالت استراحت خود برگشته است.
نکته :
(همان طور که در بخش قبلی گفته شد معکوس کردن اتصال P و همین طور R ممکن نمی باشد.)
عملکرد دستی شیرهای نشستی
محرک وسیله ای است که یک عمل دستی یا مکانیکی را به شیر نشستی منتقل میکند کنترل شیر یا دو حالت سکونه” یا یک حالت سکون میباشد که متناسب با کارکرد آن در درون مدار است.
به عنوان مثال، یک سوراخ گیر آب را در نظر بگیرید. وقتی آب لازم باشد، سوراخ گیر باز شده و آب جریان می یابد تا دوباره سوراخ گیر بسته شود. این عمل دو حالت سکونه است زیرا بدون کنترل مستمر سوراخ گیر، آب یا جریان دارد یا مسدود می شود.
شکل 6 تعدادی تحریک را که با دست عمل میکنند نشان می دهد.
خط یک تحریک کننده یک حالت سکونه دکمه ای
شاخک شیر نشستی با نیرویی که توسط فشار دکمه انتقال یافته فشرده میشود.عبور سیال اگر شیر N.C. باشد یا قطع مسیر اگر شیر NO باشد تا زمانی که دکمه فشار داده شود ادامه دارد.
رها کردن فشار روی دکمه باعث تغییر موضع شیر می شود.
شیر از نوع یک حالت سکونه است.
خط دو تحریک کننده یک حالت سکونه اهرمی
شیر توسط حرکت اهرم در طول منحنی حرکتی آن عمل می کند.
عمل کننده باید اهرم را برای مدت لازم در موضع عمل نگه دارد.
وقتی که اهرم آزاد شد شیر توسط یک فنر به موقعیت استراحت خود باز می گردد.
شیر از نوع یک حالت سکونه است.
خط سه تحریک کننده دو حالت سکونه اهرمی
وقتی که ابزار کنترل عمل کند،در همان وضعیتی که عمل کرده میماند،حتی زمانی که کار تحریک کننده بر روی اهرم متوقف گردد.تنها وقتی که اهرم به موضع اصلی خود برگردد،شیر به حالت استراحت باز میگردد.
شیر از نوع دو حالت سکونه است.
معرف ترسیمی هر شیر نمادهایی برای هر نوع تحریک کننده را نشان میدهد در شیر یک حالت سکونه دارای یک فنر می باشند، در حالی که شیر دو حالت سکونه فنر ندارد. خطوط داخل جعبه ها در تصویر نشان داده نشده اند، ولی همانند شیرهای N.C 3/2 , N.O 3/2 , یا 5/2 (که قبلاً توضیح داده شدند) می باشند.
عملکرد مکانیکی شیرهای نشستی
همان طوری که قبلا گفته شد، یک مدار پنوماتیکی متشکل است از تعدادی شیرهای متصل مدار زمانی کار می کند که هوای متراکم، با دنبال کردن یک برنامه از قبل تعیین شده از آن عبور کند عمل کننده فقط باید برنامه را شروع کند، یا در شرایط اضطراری آن خاموش کند. سیگنالهای اتوماتیک برای نگه داشتن حرکت اتوماتیک، ممکن است از شیرهای “مکانیکی” یا مجاورتی” به دست می آیند.
این شیرها با ابزار مکانیکی عمل میکنند و اغلب در انتهای طول کورس سیلندر میباشند (میکروسویچ یا لیمیت سویچها). کارکرد این شیرها، با وصل کردن یک بادامک به میله پیستون یا حرکت قطعات صورت می گیرد. در شیرهایی که به صورت مکانیکی کار می کنند، برگشت به حالت استراحت از طریق عکس العمل یک فنر به محض اینکه نیروی بازکننده از بین برود صورت میگیرد. بنابراین این شیرها یک حالت سکونه هستند.
رایج ترین ابزار کارکرد مکانیکی عبارتند از:
اهرم غلتکی:
زمانی استفاده میشود که ابزار طول کورس یا بادامک به صورت عمودی بر محور شیر حرکت می کند.
احتیاط :
شیر باید طوری وصل شود که غلتک در جهت مشابهی با حرکت بادامک بچرخد (شکل ۱ – ۷). اگر غلتک در جهت عکس بادامک حرکت کند بین غلتک و بادامک ساییدگی ایجاد میشود و نیروهایی به سوزن A وارد می شوند که باعث خمیدگی آن می گردند (شکل ۲-۷)
غلتک یک طرفه :
این وسیله زمانی شیر را به کار می اندازد که بادامک فقط در یک جهت حرکت کند (شکل ۳ – ۷). وقتی که به طرف عکس حرکت کند، اهرم به طرف پایین کشیده نمی شود. این وسیله برای کنترل حرکت قطعه ای استفاده می شود که فقط در یک جهت حرکت میکند و یا زمانی که برای عملکرد شیر محدودیت زمانی وجود داشته باشد.
شاخک :
این وسیله زمانی استفاده میشود که شیر به صورت خطی با محورش یا موازی با محور میله پیستون سوار شده باشد. شیر باید طوری سوار شده باشد که طول کورس میله باعث کشیدگی بیش از حد شیر نشستی نشود.
نشانه های شیر
یک فنر روی هر شیر دیده می شود چون همگی از نوع یک حالت سکونه هستند. شکل ۷ یک ترکیب کنترل را نشان می دهد که از دو وسیله بالا استفاده می کند.
الف – با قرار گرفتن سیلندر در وضعیت شروع بادامک روی اولین شیر عمل میکند در حالی که بقیه در حالت استراحت می باشند.
ب – بادامک در مرکز به شیر یک طرفه که برای مدت کوتاهی کار میکند میرسد. بدنه شیر کمی پایین تر از بقیه است، چون مکانیزم کارکرد آن دچار کشیدگی ارتفاع شده است.
ب – بادامک به مکانیزم غلتک شیر که در انتهای طول کورس مثبت قرار دارد ضربه میزند. شیر طوری نصب گردیده که اهرم در جهتی مخالف جهت شیر در شروع طول کورس قرار دارد. در حالی که سیلندر ثابت است، بادامک به عمل بر روی شیر ادامه می دهد.
احتیاط :
موضع شیر باید طوری باشد که بادامک نتواند مسافتی بیش از آن طی کند زیرا در تنظیم مجدد شیر امکان تغییر سیکل کاری وجود دارد و بادامک در جهت غلطی به اهرم غلتکی نزدیک خواهد شد.
الف – میله پیستون با حرکت در جهت منفی به غلتک ضربه میزند بدون آنکه روی شیر عمل کند.
ب – میله پستون در موضع منفی می ایستد. بادامک به دلائلی که در مورد ب ذکر گردید، باید به عمل بر روی اهرم غلتکی ادامه دهد.
شیرهای کشویی 3/2
از آنجایی که قطعه در حال حرکت به جلو و عقب می رود و راه عبور شیر را باز و بسته میکند، به این شیرها شاتل هم می گویند. وسیله حرکت که اسپول نامیده میشود با اتصال A به P یا A به R تغییر موضع ایجاد می کند.
در شکل ۸ که شیر را در دو حالت استراحت و کار نشان میدهد اسپول دهانه A را مسدود نمی کند، اما در وحله اول ورودی P را و سپس دهانه تخلیه R را می بندد.
برای اینکه مقدار هوایی که از دهانه A به دست میآید مساوی با مقدار هوایی باشد که از یک شیر نشستی هم اندازه آن به دست می آید اسپول باید فاصله بیشتری را طی کند. اسپول به اندازه 6mm حرکت میکند یعنی زمان لازم برای اینکه دهانه از حالت بسته به حالت کاملاً باز تغییر کند بیشتر از آن زمان در شیر نشستی میباشد. این زمان را زمان واکنش می گویند.
از مشخصه های ساختاری شیر کشویی عدم وجود فنرهای داخلی است. مزایای آن عبارتند از:
- اسپول اساساً “ثابت” می باشد.
- امکان وصل تعدادی تحریک کننده وجود دارد.
- دارای ساختار ساده به صرفه ای می باشد.
آب بندی داخلی بین قطعات ثابت و در حال حرکت توسط اورینگهای غلتکی مصنوعی که با نرده های مخصوصی در محل نگه داشته شده اند ایجاد میشود. ثبات طبیعی قرقره به خاطر عدم حضور فنرها و همچنین متعادل بودن آن میباشد. تقارن بخش بدنه کاهش یافته متضمن عدم مقاومت جریان هوا در مقابل حرکت اسپول میباشد زمانی که کنترل ورودی متوقف می شود بدنه سعی در ثابت نگه داشتن اسپول می کند.
این مشخصه شیر کشویی امکان انتخاب R یا R را به عنوان ورودی یا دهانه تخلیه به وجود می آورد (A همیشه به عنوان دهانه خروجی میباشد) بنابراین برای چنین شیری امکان عملکرد به دو صورت N.C یا N.O وجود دارد.
عملکرد N.C
هوای فشرده به دهانه P متصل است و شیر در حالت استراحت است.مجرای P به A بسته است.مجرا بین A و R باز است.
زملنی که شیر فعال میشود،اسپول حرکت کرده و اتصالی بین P و A ایجاد میکند، و دهانه R (تخلیه) بسته میشود.
عملکرد NO
هوای فشرده به دهانه R متصل است و شیر در حالت استراحت میباشد. یک مجرای باز از R به A ایجاد می شود، در حالی که مجرای P به A بسته است. زمانی که شیر فعال میشود اسپول مجرایی از A به P ایجاد میکند و دهانه R بسته می شود.
برای نشان دادن امکان استفاده مضاعف از شیر قوانین زیر باید در نظر گرفته شوند :
- محل حروف شناسایی نباید عوض شود زیرا متناسب با دهانه هایی هستند که روی شیر مشخص شده اند.
- اتصالات روی جعبه برچسب خورده اند.
- نشانه های جریان هوا برای هر عملکردی متفاوتند.
- اتصالات داخلی باید همیشه حالت استراحت شیر را در دو شرایط متفاوت در نظر بگیرند :
شیر معمولا بسته 3/2 جریان از A میباشد به .R فلش به طرف R است.
شیر معمولاً باز 3/2 جریان از R میباشد به A فلش به طرف A است.
در هر دو مورد P بسته است.
شیرهای کشویی 5/2
برای فراهم کردن یک شیر 5/2 افزودن یک دهانه خروجی دیگر و یک دهانه تخلیه ضروری است، که به ترتیب با حروف B و S مشخص میگردند. بدیهی است که افزایش دهانه ها مستلزم یک بدنه شیر و اسپول بلندتری میباشد.
در شیرهای 3/2 دهانه A همیشه یا به دهانه تأمین کننده P یا دهانه تخلیه R متصل است. در شیرهای 5/2 دهانه های A و B متناوباً به دهانه های P یا R و S وصل هستند.
در شکل ۹ مشاهده میشود که اسپول دارای دو بخش است با قطر کمتر که برای ایجاد مقدار جریان زیر لازم می باشند:
S بسته A با R P با B شیر در حالت استراحت
R بسته B با P S با A شیر در حالت کار
تفاوت بین شیرهای 3/2 و 5/2 این است که فشار همیشه به یکی از دهانه های خروجی در نوع 5/2 وصل است. بنابراین، وجه تمایز معمولاً بسته” یا “معمولاً باز به شیرهای 5/2 اتلاق نمی شود.
به دلیل مشخصه های اسپول متعادل از شیرهای 5/2 به شکلهای زیر استفاده می شود :
شکل ۱- ۹ : به دو محفظه یک سیلندر دوکاره فشار به طور مساوی وارد میشود طبق نشانه ها، دو جهت جریان مشخص می شوند :
برای طول کورس مثبت – (شیر در حال کار) مربع دست چپ نشان دهنده عبور جریان از P به A می باشد.
برای طول کورس منفی – (شیر در حالت استراحت) مربع دست راست نشان دهنده عبور جریان از P به B می باشد.
شکل ۲-۹ : فشار وارده بر محفظه های یک سیلندر دوکاره متفاوت است. دهانه های R و S در فشار متفاوت به منبع تغذیه وصل هستند و P به عنوان دهانه تخلیه مشترک برای هر دو خروجی عمل میکند. نشانه ها، جهت جریان هوا در شیر را با فلشهای معکوس شده ولی همان حروف قبلی نشان می دهند.
شکل ۳-۹ شیر 5/2 به جای یک شیر 3/2 استفاده شده است. یکی از خروجی ها توسط یک کورکننده بسته شده و دهانه تخلیه مربوطه را آزاد کرده است. با استفاده از P یا R به عنوان دهانه تغذیه امکان عملکرد معمولاً بسته 3/2 یا معمولا باز 3/2 ایجاد می شود.
ابزار کار دستی یا مکانیکی برای شیرهای کشویی
به منظور حرکت دادن اسپول در شیرهای 5/2 یا 5/3 افزودن محرک به هر انتهای بدنه شیر لازم است. این ابزار بستگی به مکانیزم هایی دارند که ورودی را تأمین کنند و تشخیص بدهند که مدار به عملکرد یک حالت سکونه یا ۲ حالت سکون احتیاج دارد. نشانه هایی که در وسط شکل ۱۰ مشاهده میشوند محرکهای دستی یا مکانیکی هستند که نیروی لازم برای حرکت اسپول را ایجاد میکنند.
شکل ۱ – ۱۰: فنری را نشان می دهد که اگر وضعیت یک حالت سکونه لازم باشد برای بازگرداندن اسپول استفاده می شود.این وسیله برگشتی میتواند با هر یک از عمل کننده ها به کار رود.
شکل ۲ – ۱۰ نشان میدهد که انتهای بدنه دارای عمل کننده یا ابزار برگشت نمیباشد در این صورت، نشانه عمل کننده دستی در یک انتهای شیر دیده میشود که به معنی یک عملکرد دو حالت سکونه” می باشد. در ارتباط با شرایط مدار پنوماتیکی امکان ترکیب مورد بررسی قرار میگیرد.
یک حالت سکونه
نشان می دهد که انتهای برگشت شیر توسط صفحه بسته شده است. فنر توسط عملکرد ابزار فشرده می شود و اسپول حرکت می کند. در این وضعیت اسپول به همین طریق با اسپولک عمل میکند به طوری که وقتی نیروی فعال کننده برداشته شود. شیر به حالت استراحت بر میگردد. یک سوراخ کوچک بر روی صفحه مسدود کننده دیده میشود که مانع تراکم هوا بین اسپول و صفحه می گردد.
دو حالت سکونه
شکل ۳ – ۱۰ انتهای شیر را فقط با صفحه مسدود کننده نشان میدهد بدون فنر برای این وضعیت محرک مکانیکی حذف شده اند و فقط عمل کننده های دستی از نوع فشاری / کشیدنی و اهرمی استفاده می شوند. کنترل دستی فقط برای زمان کوتاه لازم است تا اسپول را حرکت داده و جریان را در طول شیر تغییر دهد. برای برگرداندن شیر به موقعیت اولیه اش محرک دستی باید در جهت عکس حرکت داده شود.
محرک پنوماتیکی برای شیرهای کشویی
محرک هایی که قبلاً به آنها اشاره شد ممکن است بر روی هر یک از انواع شیرهای کنترل جهتی سوار شوند (کشویی یا نشستی آنها ممکن است به عنوان محرک کنترل مستقیم در ارتباط با نیروی وارده در نظر گرفته شوند (چه دستی و چه مکانیکی و مستقیماً بر روی شیر عمل کنند. در مقابل کنترل مستقیم”، کنترل “غیر مستقیم” وجود دارد که توسط یک وسیله پنوماتیکی (پیلوت) سیگنال هوای فشرده را که از شیر دیگری منتقل شده دریافت می کند.
پیلوت از یک پیستون کم قطر تشکیل شده که قادر است رانش کافی برای حرکت اسپول را ایجاد کند و در مقابل مقاومت هرنوع محرک برگشتی ایستادگی کند.
شکل ۱۱، ترکیب های مختلف عمل کننده پیلوت و ابزار برگشتی را نشان میدهد نشانه هر ترکیب در رأس هر ستون دیده می شود.
عمل کننده پیلوت با فنر برگشت:
1 – بدون سیگنال پیلوت فنر اسپول را در حالت استراحت نگه می دارد.
2 – زمانی که سیگنال از شیر کنترل می رسد پیستون کوچک اسپول فشار را میدهد و در مقابل نیروی فنر مقاومت می کند. تا زمانی که سیگنال پیلوت وجود دارد شیر به کار ادامه می دهد.
3 – وقتی که سیگنال متوقف میشود و فشار تخلیه میگردد فنر عکس العمل نشان داده و اسپول را به وضعیت استراحت بر می گرداند.
عمل کننده پیلوت و برگشت پیلوت:
دو پیستون کوچک با مساحت سطح مساوی در هر انتهای اسپول قرار گرفته است.
1 – در نبود سیگنال پیلوت اسپول در وضعیتی که توسط آخرین سیگنال مشخص شده باقی میماند (در این مورد از سمت راست).
2 – با وارد آمدن فشار پیلوت پیستون کوچک در سمت چپ مسیر شیر را تغییر می دهد.
3 – وقتی که سیگنال برداشته شود شیر در وضعیت خود باقی می ماند.
4 – برای بازگرداندن اسپول فشار پیلوت باید به سمت راست وارد شود.
۵ – اگر دو سیگنال به طور همزمان به عمل کننده های پیلوت وارد شوند اسپول تغییر وضعیت نخواهد داد. زیرا دو نیروی وارده بر اسپول متعادل هستند. تداخل سیگنال)
در شکل های ۲ و ۱ – ۱۱، کاملاً مشخص است که اسپول در غیاب سیگنال کنترل دارای دو موقعیت مجزا می باشد.
وضعیت شیر دو حالت سکونه میباشد.
عمل کننده پیلوت و برگشت پیلوتی دیفرانسیل:
دو پیستونی که در انتهای اسپول قرار دارند دارای مساحت سطح مشابهی نمی باشند. از یک فشار پیلوت تأمین می شوند ولی رانش متفاوتی ایجاد میکنند تسلسل عملکرد از ۱ تا ۴ مشابه عملکرد مثال پیلوت / پیلوت میباشد. اما در شکل ۵-۱۲پیستون قسمت بزرگتر مشخص کننده موضع اسپول است. این شیر دو حالت سکونه است.
پیلوت برگشتی که در این مثال دیده میشود زمانی که به یک شیر ۱ حالت سکونه نیاز باشد می تواند با یک فنر جایگزین شود. اگر پیلوت کوچکتر مستمراً تغذیه شود مانند یک فنر پنوماتیکی عمل میکند و دارای مزیت تغییر وضعیت مثبت است که با فنر مکانیکی ایجاد نمی شود.
شیرهای برقی (قسمت اول)
در بخش های گذشته مشاهده شد که کنترل یک شیر راه دهنده با استفاده از سیگنالهای پنوماتیکی که در شیرهای دیگر به وجود آمده اند امکان پذیر است. سیگنالهای الکتریکی که توسط محرکهای دستی مکانیکی، یا الکترونیکی به وجود آمده اند، با استفاده از یک شیر برقی تبدیل به سیگنال پنوماتیکی میشوند. مهمترین قطعه یک شیر برقی الکترو مغناطیسیآهن ربای برقی است که در فصل فیزیک مورد بحث قرار گرفت.
الکترومغناطیس یک آهن ربای موقت است که توسط جریان الکتریکی در یک سیم پیچ ایجاد می شود. به عبارتی، یک میدان مغناطیسی را فقط برای مدتی که جریان وجود دارد ایجاد میکند. این عمل فقط با وارد کردن یک قطعه آهن در داخل سیم پیچ میسر می شود. قطعه آهن خاصیت آهن ربایی اش را تا زمانی حفظ میکند که سیم پیچ انرژی داشته باشد.
دو قسمت مهم الکترو مغناطیس عبارتند از:
سیم پیچ (شکل ۱ – ۱۲)
متشکل است از سیم پیچی A شامل سیمهای مسی پیچیده دور بویین B که توسط آرمیچر C محافظت می شود. این ترکیب در پوشینه ای از رزین پلاستیکی قرار دارد که دارای عایق بندی گرمایی و الکتریکی میباشد. اتصال الکتریکی توسط سه سوزن ایجاد می شود که از یک طرف بیرون زده اند. دو سوزن برای سیم پیچ و یکی برای ایجاد پایه زمینی.
ملاک عملکرد الکترو مغناطیس ها بستگی به پارامترهای سیم پیچ دارد:
میزان حرارت:سیم پیچ به واسطه چند عامل گرم می شود:
۱ – حرارت محیط
۲ – حرارت سیالی که از شیر عبور میکند.
گرمای ایجاد شده توسط عبور جریان از سیم پیچی.
با استمرار انرژی سیم پیچ مقدار حرارت محدودی بر اساس استانداردهای بین المللی مشخص شده است و متناسب با مواد پوشینه با کد مخصوصی شناسایی میشود. سیم پیچ های استاندارد برای شیرهای برقی اغلب از رده “Hs” می باشند که حداکثر حرارت تا ۱۸۰ را ایجاد می کند.
برای حصول اطمینان از اینکه سیم پیچ از مقدار حداکثرش فراتر نرود کنترل سه عاملی که بر حرارت نهایی سیم پیچ مؤثرند. ضروری میباشد. در بعضی موارد ممکن است که به تهویه هوا برای از بین بردن گرمای حاصل از سیم پیچ نیاز باشد.
مصرف نیرو
تکنولوژی مدرن با ایجاد میدان مغناطیسی متناسب که توسط نیروی کمتری ایجاد میگردد کارآیی سیم پیچ ها را بالاتر برده است.
سیم پیچ ها ممکن است با تغذیه D.C (جریان مستقیم) یا .A.C جریان (متغیر) سنجیده شوند.
در سیم پیچ های D.C مقدار جریان ثابت است زمانی که سیم پیچ ها به کار می افتند و در طول عملکرد نرمال مقدار جریان تغییر نمی کند.
نیروی مؤثر سیم پیچ (که متناسب با جریان مستقیم وارده میباشد) با وات (W) نشان داده می شود، و اغلب در رده 5W می باشد. سیم پیچ ها با مقدار مصرف نیروی کمتر (3W) ممکن است مستقیماً با ابزار الکترونیکی استفاده شوند. در سیم پیچ های .A.C، مقدار جریان جذب شده توسط سیم پیچ هنگام روشن شدن بیشتر از مقدار جریان در طول عملکرد نرمال می باشد.
مقدار نیرو با V.A (ولت آمپر) نشان داده می شود.
مقدار اولیه اغلب 8.5 VA میباشد و در طول عملکرد نرمال به 6.5 VA کاهش می یابد.
ولتاژ
مقدار ولتاژهای متفاوتی موجود میباشند و سیم پیچ در یک مقاومت ۱۰٪ از مقدار نرمال عمل می کند.
نوسان (فرکانس)
سیم پیچ ها اغلب طوری ساخته شده اند که وقتی فرکانس ولتاژ وارده در رده 50Hz باشد کار کنند. سیم پیچ های دوگانه هم در 50Hz و هم در 60Hz عمل می کنند در جایی که تغذیه فرکانس متفاوت است از سیم پیچهایی با مقدار صحیح باید استفاده کرد.
شیرهای برقی (قسمت دوم)
تصویر وسطی شکل ۱۳ یک شیر برقی کامل را نشان میدهد که متشکل است از الکترو مغناطیس و بدنه شیر. این ترکیب بندی معرف یک شیر مستقیم برقی 3/2 در موضع N.C می باشد.
دو دهانه از سه دهانه در بدنه شیر b میباشند و سومی در انتهای قطعه آهن محکم شده (شماره ۱) می باشد. دهانه سوم (R) فقط به دهانه های دیگر توسط سوراخ (۱) و زهوارها (۴) در طول قطعه آهن (۳) وصل می شود.
دو موضع شیر وقتی به دست می آیند که برق به سیم پیچ وصل باشد یا برق از سیم پیچ قطع باشد. قطعه حرکت کننده، متناوباً دو مدار تحریک را قطع میکند که یکی در بدنه شیر است و دیگری در انتهای قطعه آهن (۱).
با وجود اینکه این شیرها از نوع نشستی میباشند امکان عملکرد موضع .NO یا موضع .N.C برای شیری که باید در موضع .N.O کار کند وجود دارد تغذیه باید از “R” باشد و “P” به عنوان خروجی استفاده شود. همچنین برای اطمینان از اینکه درزگیر (۲) به طور مؤثر عمل میکند فنرها برای به دست آوردن مقدار صحیح عوض میشوند. قسمت های بزرگ شده شکل نشان میدهد که شیر برقی هم در موضع N.C و هم در موضع NO کار میکند. جهت جریان سیال، قبل و بعد از اینکه سیم پیچ به برق وصل شود مشخص می گردد.
عملکرد موضع .N.C: دهانه ها عبارتند از:
تخلیه = R خروجی = A تغذیه = P
جریان سیال برای دو وضعیت سیم پیچ و در ارتباط با هر سوراخ نشان داده شده است.
قطع برق سیم پیچ (قسمت بزرگ شده شکل (a – ۱۳)
قطعه در حال حرکت اسپولک (۳) توسط فنر (۵) در کف بدنه شیر نگه داشته میشود نیروی فنر بیشتر از نیروی ایجاد شده توسط فشار سیال متصل به “P” میباشد بنابراین این دهانه را بسته نگه میدارد. ممکن است سیال توسط دهانه “A” از زهوارها (۴) عبور کند و از طریق سوراخ وسط قطعه محکم شده (۱) تخلیه شود.
وصل برق به سیم پیچ قسمت بزرگ شده شکل (b-13)
میدان مغناطیسی، با ایجاد کشش باعث حرکت اسپولک (۳) به طرف قطعه آهن محکم شده می شود (۱). این عمل فنر (۵) را فشرده کرده و سوراخ روی بدنه شیر را باز میکند. درزگیر (۲) روی اسپولک توسط قطعه ،آهن، سوراخ را مسدود می کند. درزگیر و فنر پشتیبانی به اندازه کافی انعطاف پذیر هستند تا سطوح صاف قطعات آهن بتوانند با هم جفت شوند این عمل تأثیر ارتعاش بین دو قطعه را کاهش میدهد و از کشیده شدن جریان اضافی به تغذیه AC جلوگیری میکند.
اکنون سیال از “P” به “A” می رود.
عملکرد موضع .N.O دهانه ها عبارتند از:
خروجی = A تغذیه = R تخليه = P
جریان سیال برای دو وضعیت سیم پیچ و در ارتباط با هر سوراخ نشان داده شده است.
قطع برق سیم پیچ (قسمت بزرگ شده شکلa-13)
فتر (۵) دهانه تخلیه (P) را با هل دادن اسپولک (۳) بر روی سوراخ روی بدنه شیر مسدود می کند. این عمل R را به A وصل می کند و سیال از سوراخ روی قطعه محکم شده جریان می یابد و از زهوارهای (۴) روی اسپولک (۳) عبور می کند.
وصل برق به سیم پیچ (قسمت بزرگ شده b-13)
دو قطعه آهن توسط میدان مغناطیسی به طرف هم کشیده میشوند و اسپولک برای مسدود کردن سوراخ روی فنر فشرده (۵) حرکت میکند و به این ترتیب سوراخ روی بدنه شیر باز میشود. فنر پشتیبان درزگیر (۲)، باید نیروی کافی وارد کند تا در مقابل فشار وارده توسط سیال متصل به دهانه R مقاومت کند.
عبور جریان از خروجی A به دهانه تخلیه P می باشد.
این شیرهای برقی به تحریک کننده مستقیم معروفند، زیرا میدان مغناطیسی بر روی اسپولک که مستقیماً راه عبور جریان را باز و بسته میکند عمل مینماید شیر تغذیه فشار و قطرهای سوراخ بستگی به نیروی کشش ایجاد شده توسط سیم دارند. معمولاً مقدار 10bar برای فشار و 1/5 mm برای قطع سوراخ متداول است.
نیروی مصرف سیم پیچ و ابعاد استاندارد میباشند بنابراین شیرهایی با سوراخهای بزرگتر دارای حداکثر فشار کمتری هستند.
یکی از مهمترین مشخصه های این نوع شیرها فاصله کوتاهی است که اسپولک طی میکند بنابراین تعداد عملکردها در هر دقیقه می تواند در حدود ۱۲۰۰ باشد. البته این امر بستگی به سرعت سیگنال الکتریکی دستگاه دارد.
شیرهای برقی (قسمت سوم)
شیرهای راه دهنده، از نوع ۳ – دهانه یا ۵ – دهانه هرگز مستقیماً با بویین کار نمیکنند زیرا در آن صورت سیم پیچ، به منظور ایجاد نیروی لازم برای اندازه های مختلف شیر باید دارای ابعاد متفاوتی باشد بهترین استفاده از الکترومغناطیس، با تأمین یک سیگنال پیلوت برای به کاراندازی یک پیستون کوچک در باز و بسته کردن راه عبور هوا میباشد. در این صورت این امکان به وجود می آید که ابعاد سیم پیچ به همان میزان باقی بمانند در حالی که قطر پیستونی که بر روی اسپول عمل می کند متناسب بارانش مورد نیاز برای حرکت آن متفاوت است هوای لازم برای شیر برقی از طریق یک سوراخ عبور داخلی از دهانه “P” تأمین می شود. این سوراخ متقاطع در طول بدنه وجود دارد و از لوله کشی خارجی جلوگیری می کند.
ترکیب بندی کامل شیر کشویی راه دهنده و تحریک کنترل الکتریکی را شیرهای برقی پیلوت 3/2 یا 5/2 می نامند. در این نوع شیر، تغذیه فشار “P” باید به اندازه ای باشد تا در مقابل نیروی برگشت ابزار مقاومت کند.
شیر راه دهنده عملکرد بوبین بوبین برگشت (شکل ۱ – ۱۴) (حافظه)
بدنه میانی “F” از نوع اسپول استاندارد میباشد با سوراخ متقاطع داخلی.
قسمت های انتهایی توسط صفحاتی که هر کدام با دو سوراخ از آنها میگذرند بسته شده اند. سوراخ “C” شیر برقی را تغذیه می کند در حالی که سوراخ دیگر عبور هوای پیلوت را به پیستون کوچک “E” ممکن می سازد.
یک شیر برقی 3/2 به هر انتهای صفحه پیچ شده و سطح میانی با استفاده از اورینگ درزگیری شده است.
عملکرد
در تصویر، سیم پیچ طرف راست به برق وصل شده است.
اسپولک “B” سوراخ را باز میکند و هوا از پیستون کوچک سمت راست عبور می کند.
برای اینکه شیر درست عمل کند سیم پیچ سمت چپ نباید به برق وصل شود.
در سمت چپ اسپولک ورودی هوا را درزگیری میکند و به این ترتیب هوای بالای پیستون تخلیه می گردد.
با قطع برق سیم پیچ ها شیر در آخرین وضعیت باقی می ماند.
بنابراین این نوع شیر راه دهنده ۲ حالت سکونه میباشد. فقط به سیگنالهای کوتاه مدت نیاز دارد تا عملکرد پنوماتیکی مورد نظر را به دست آورد.
شیر راه دهنده عملکرد ،بوبین فنر برگشت (شکل ۲ – ۱۴)
عملکرد بویین شیر مانند آنچه در بالا ذکر گردید می باشد.
مکانیزم برگشت یک فنر است که زمانی که کنترل سیگنال وجود ندارد اسپول را به سمت چپ می کشد. این فیزیک وسیله برگشت معمولی است که در شیرهایی که به صورت دستی ،مکانیکی و پنوماتیکی کار می کنند استفاده می شود. شیر از نوع یک حالت سکونه میباشد به این معنی که عملکرد پنوماتیکی مورد نظر فقط در طول سیگنال الکتریکی صورت می گیرد. شیرهای برقی با استفاده از یک محرک دستی (D) میتوانند به صورت دستی عمل کنند. وقتی این وسیله می چرخد اسپولک را بلند میکند. به این ترتیب هوا به پیستون منتقل شده و اسپول حرکت می کند.
شیر راه دهنده، عملکرد ،بوبین فنر برگشت هوا (شکل ۳ – (۱۴)
- مکانیزم برگشت شیر پیستونی است با بخش متقاطع کوچکتر از عمل کننده.
- هوا از طریق سوراخ متقاطع در صفحه انتهایی تأمین میشود و مستمراً روی پیستون عمل میکند. از آنجایی که نیروی ایجاد شده توسط پیستون کوچک کمتر از نیروی پیستون عمل کننده میباشد زمانی که سیگنال کنترل حضور داشته باشد شیر تغییر وضعیت میدهد زمانی که سیگنال کنترل نباشد هوای فشرده که بر روی پیستون کوچک عمل میکند اسپول را در حالت استراحت نگه می دارد.
بنابراین شیر ۱ حالت سکونه می باشد.
شیر راه دهنده عملکرد بوبین پیلوت برگشت
انتهای سمت راست صفحه دارای یک دهانه قلاویز شده برای وصل شدن به یک خط سیگنال می باشد. اگر یک سیگنال پنوماتیکی حضور داشته باشد و سیم پیچ به برق وصل نباشد اسپول از راست به چپ حرکت می کند. زمانی که سیم پیچ به برق وصل می شود فشار پیلوت باید تخلیه گردد تا اسپول بتواند از چپ به راست حرکت کند.
از آنجایی که شیر به دو سیگنال نیاز دارد بنابراین عملکرد ۲ حالت سکونه دارد.
نکته: کنترل الکتریکی یک شیر کشویی با همین روش به دست می آید اما عملکرد فقط یک حالت سکونه” می باشد. عملکرد دو حالت سکونه را با استفاده از سیستم کنترل باید به دست آورد.
شیرهای سه موضعی
در بعضی از مدارها استفاده از شیرهایی با ۵ دهانه و ۳ موضع مفید میباشد. این شیر به 5/2 معروف است و در مورد کاربرد آن در فصل آینده بحث خواهد شد.
موضع اضافی در وسط یک شیر کشویی و با تغییر بدنه اسپول ایجاد میگردد (شکل ۱۵).
بدنه اسپول با تعویض طول قسمت کاهش یافته تغییر میکند.
- با کوتاه کردن قسمت کاهش یافته امکان بستن راههای جریان بین A و B با ایجاد یک عملکرد “وسط بسته ایجاد می گردد.
- یا بلند کردن قسمت کاهش یافته اسپول دهانه P” را مسدود نگه می دارد در حالی که A و B را به ترتیب به دهانه های تخلیه R و S وصل میکند. این باعث ایجاد یک عملکرد وسط باز میشود دو عملکرد با جعبه وسطی که شرایط باز یا بسته بودن را نشان میدهد ترسیم شده اند. جعبه های انتهایی شیرها را در حال کار نشان می دهند. وقتی که شیر با استفاده از یک سیگنال الکتریکی با پنوماتیکی از راه دور کنترل شد اسپول با استفاده از یک پیستون کوچک حرکت می کند (شکل 4 – 15) اسپول به علت عدم حضور سیگنال کنترل و با عملکرد فنر به (موضع میانی) بر می گردد. این بدان معناست که شیر فقط یک موضع “سکون دارد (موضع میانی) به خاطر موضع سوم موضع میانی، شیر متفاوت از یک شیر مشابه 5/2 ساخته شده است.
- زمانی که یک سیگنال هوا در نقطه “a” حضور داشته باشد فشار با کشیدن اسپول به سمت راست باعث حرکت پیستون کوچک می شود. این عمل باعث ایجاد جریان هوای لازم در طول شیر میشود و همچنین فنر را فشرده میکند.
- زمانی که سیگنال برداشته شود فنر اسپول را به موضع میانی باز میگرداند.
- زمانی که سیگنال هوا در نقطه “b” حضور داشته باشد از سوراخ روی محور اسپول عبور می کند و بر روی قسمت دیگر پیستون عمل میکند. این کار باعث حرکت اسپول به سمت چپ میشود و در نتیجه جریان هوای لازم ایجاد می شود.
- زمانی که سیگنال نقطه b” تخلیه شود اسپول توسط فنر به موضع میانی باز میگردد. واضح است که دو موضع انتهایی تنها در مدت حضور سیگنال کنترل باقی میمانند شیر معمولاً از عمل کننده های پیلوت دوگانه یا بوبین / پیلوت ساخته شده است (شکل 15-3) زمانی که شیر به صورت دستی عمل میکند ممکن است دارای وضعیت فنر در وسط باشد. (شکل ۱ – (۱۵) یا ممکن است که عمل کننده اسپول را به هر یک از سه وضعیت حرکت دهد (شکل ۲ – ۱۵) در این صورت شیر دارای سه موضع سکون میباشد و فنر از ساختار حذف می گردد.
شیرهای تحلیل کننده سیگنال (قسمت اول)
شیرهای تحلیل کننده یا منطقی شیرهایی هستند که سیگنالهای پنوماتیکی را دریافت کرده، آنها را برای یک وضعیت از پیش تعیین شده آماده میکنند و خروجیهایی را ایجاد میکنند که اغلب برای عملکرد شیرهای راه دهنده به کار می روند. این شیرها اغلب دارای بدنه کوچکی میباشند با ورودیهایی به قطر ۲/۵mm از آنجایی که معمولاً در مدارها استفاده می شوند، اغلب به صورت گروهی میباشند و روش ترکیب بندی آنها واحدی یا چند تایی است.
شیرهای زیر به عنوان شیرهای سیگنال دهنده یا منطقی در نظر گرفته می شوند:
5/2 پیلوت / پیلوت (حافظه) – این شیرها ۲ حالت سکونه میباشند برای تعویض سیگنال ها به کار می روند، و اغلب از نوع کشویی می باشند.
3/2 پیلوت / فنر، معمولاً باز (تابع) نفی یا معمولاً بسته تابع آری این شیرها کلاً از نوع نشستی میباشند، و دارای یک نشانگر سیگنال خروجی هستند که میزان اشتباه را مشخص میکند.
عملکرد موضع N.O. در شکل ۱۷ مشخص شده است.
شکل ۱ – ۱۶
سیگنال کنترل که در نقطه “2” حضور دارد به محفظه بالای پیستون (۲) فشار می آورد و باعث عملکرد آن روی مکانیزم اسپولک میگردد (۳) دهانه تغذیه P بسته میشود و با ایجاد امکان تخلیه هوا از درزگیر (۴) مسیر جریان از “A” به “R” باز می شود. عملکرد ۱ حالت سکونه است و تا زمانی که سیگنالی در نقطه “Z” وجود داشته باشد در همان وضعیت باقی می ماند.
شکل ۲ – ۱۶
به محض اینکه سیگنال “Z” برداشته شود پیستون کوچک (۲) توسط فنر (۱) به وضعیت استراحت بر می گردد. شاخک اسپولک (۳) هم توسط فترهایش بر میگردد. فشار دهانه “P” درزگیر دهانه “R” را بلند میکند و به دهانه “A” می رود، و به این شکل یک سیگنال خروجی ایجاد میشود و نشانگر فعال میگردد. این شیر دارای یک فنر برگشت تنظیم شده می باشد (۱) که امکان عملکرد پیستون کوچک را در فشار 0.2 bar ایجاد میکند. وضعیتی که در شکل ۲ – ۱۶ مشاهده می شود فقط در صورتی ایجاد میشود که سیگنال فشار کمتر از 0.2 bar باشد.
استفاده ویژه این شیر ایجاد سیگنال در انتهای طول کورسهای سیلندر میباشد که به آن عملکرد آستانه نیز می گویند. این تصویر موقعیت شیر را برای هر موضع سیلندر نشان میدهد. زمانی که محفظه منفی تحت فشار قرار گیرد، شیر با فشاری که روی سیگنال دهانه “Z” عمل میکند به کار می افتد. با تحت فشار قرار دادن محفظه مثبت و تخلیه محفظه منفی، فشار عمل کننده بر دهانه “Z” تأخیر میکند و زمانی که فشار به مقدار تقریبی 0.2 bar کاهش می یابد، مسیر جریان شیر تغییر می یابد. این عمل معمولاً زمانی رخ می دهد که سیلندر از حرکت ایستاده باشد.
عملکرد شیر با موضع N.C به صورتی است که سیگنال کوچک فشار راه اندازی میکند و خروجی را با مقدار خیلی بیشتری ایجاد می کند.
پیستون روی مکانیزم اسپولک عمل میکند و توسط یک فنر حساس (۱) مشابه فنری که در شیر .NO وجود داشت، به وضعیت استراحت بر میگردد. فشار خروجی همانی است که بر دهانه “P” تا مقدار 8 bar وارد می شود.
شیرهای تحلیل کننده سیگنال (قسمت دوم)
شیرهایی که در زیر تشریح میشوند دارای ویژگیهایی هستند که در شیرهای واسطه وجود دارند، ولی ممکن است به عنوان شیرهای منطقی یا تحلیل کننده در نظر گرفته شوند. علکرد آنها در ساختار مدارهای پنوماتیکی مهم می باشند. این شیر عبارتند از:
۱ – شیر گزینشی (تابع “یا” ) Shuttle Valve
حضور حداقل یک سیگنال ورودی برای ایجاد یک سیگنال خروجی لازم است.
۲ – شیر دو فشاره (تابع “و”) Two Pressure Valve
حضور دو سیگنال ورودی برای ایجاد یک سیگنال خروجی لازم است. عملکرد شیر گزینشی در قسمت بالایی شکل ۱۷ مشاهده می شود. تنها وسیله حرکت کننده در شیر درزگیر G میباشد که وضعیش توسط سیگنالهای ورودی در دو دهانه” مشخص میگردد. سیگنال ورودی ، اتصال سیگنال خروجی است.
شکل ۱ – ۱۷
با دریافت سیگنال از دهانه سمت چپ P” و بدون دریافت سیگنال از دهانه سمت راست درزگیر به طرف جایگاه مقابل کشیده می شود. اکنون هوا نمی تواند از دهانه سمت راست عبور کند اما یک سیگنال خروجی A” ایجاد میکند و فشار سنج را بکار می اندازد.
شکل ۲ – ۱۷
با دریافت سیگنال از دهانه سمت راست “P” و بدون دریافت سیگنال از دهانه سمت چپ درزگیر به طرف جایگاه مقابل کشیده می شود. اکنون هوا نمی تواند از دهانه سمت چپ عبور کند اما یک سیگنال خروجی ایجاد می کند و فشار سنج را بکار می اندازد.
شکل ۳ – ۱۷
وقتی که دیگر به سیگنال خروجی نیازی نباشد با تنظیم مجدد شیرهای تحلیلی هوا میتواند از شیر عبور کند و از طریق دهانه های تخلیه خارج گردد. تصاویر قسمت پایینی شکل ۱۷ عملکرد شیر در فشاره را نشان می دهد. وسیله حرکت یک اسپول “S” می باشد با درزگیری در هر انتها که قادر است یکی از دو جایگاه شیر را مسدود کند.
شکل ۱ – ۱۷
سیگنال سمت راستی دهانه “P” اسپول را به سمت چپ میکشد. این عمل باعث درزگیری جایگاهها می شود و از عبور سیگنال از شیر جلوگیری میکند.
شکل ۲ – ۱۷
با سیگنال هایی در دهانه های سمت راست و چپ اسپول یک موضع را انتخاب میکند و هوا می تواند از یکی از دو جایگاه عبور کند. این عمل یک سیگنال خروجی در نقطه “A” ایجاد میکند و فشار سنج را بکار می اندازد.
شکل ۳ – ۱۷
اگر یکی از سیگنالهای ورودی برداشته شود راه عبور شیر به “A” به روی فشار ورودی باقی مانده بسته می شود. هوا از طریق خط سیگنال خروجی از دهانه تخلیه خارج می شود.
ظرفیت ظاهری شیرهای راه دهنده
ابعاد صحیح لوله برای عبور هوای فشرده قبلاً مورد بررسی قرار گرفت ابعاد لوله باید به گونه ای باشد که امکان تأمین ملزومات دستگاه مورد استفاده میسر شود.
عوامل زیر را باید هنگام انتخاب قطعات در نظر گرفت:
- هر چقدر مقطع لوله عبور جریان بزرگتر باشد ظرفیت احتمالی یا جریان هوا بیشتر خواهد بود.
- هر نوع تقاضا برای هوا همیشه باعث ایجاد افت فشار می شود.
- زمانی که جریان هوای بیشتری از یک مقطع عبور کند افت فشار در همان مقطع افزایش می یابد. شیرها راه هایی را برای پخش هوا به وسایل نیرومند مثل سیلندرها و ابزار ایجاد میکنند. نکته مهم این است که بزرگترین مقطع ممکن راه عبور جریان در داخل شیر ایجاد میشود. به این ترتیب افت فشار کمتری در هر شیر وجود خواهد داشت که به علت موانع کمتری است که بر سر راه جریان هوا قرار میگیرند. این نوع افت فشار باعث هدر رفتن کمتر کارآیی می شود. تعدادی شیر در اندازه های مختلف وجود دارند که هر کدام توسط ابعاد قلاویز متصل شده شناخته می شوند. اینها معمولاً M5 1/8 G1/4, G3/8, G1/2 و غیره میباشند. اندازه قلاویز میزان ظرفیت یا جریان را در طول شیر مشخص نمی کند اما میزان ظرفیت با جریان متناسب با انواع آن و سازنده های آن متفاوت است.
به منظور مشخص کردن ظرفیت اسمی یک شیر کمیته اروپایی انتقال هیدرولیک و پنوماتیک، شیوه آزمایش زیر را توصیه کرده است. این روش عبور جریان را از یک شیر در یک دقیقه و تحت شرایط زیر تعیین کرده است:
bar 6 = فشار ورودی
20°c = دمای اطاق
1 bar = افت فشار در طول لوله
گزارش مقادیر در کاتالوگهای سازندگان باید توسط آزمایشاتی به دست آید که تحت شرایط بالا و با استفاده از نقشه هایی که در شکل های ۱۹ و ۱۸ مشاهده میشود انجام گرفته باشد.
دستگاه متشکل است از:
- یک رگولاتور تنظیم کننده برای ایجاد یک ورودی فشار 6 bar
- دو آلت سنجش فشار برای اندازه گیری فشار هوا قبل و بعد از آزمایش شیر.
- یک رگولاتور جریان هوا (دبی) به منظور همانند سازی تقاضا برای هوای تنظیم شده به طوری که افت فشار در طول شیر مقداری حدود 1 bar باشد.
- یک دبی سنج برای اندازه گیری دبی هوا در شیر.
با استفاده از وسائل آزمایش بالا میتوان میزان جریان را در افت فشارهای مختلف به دست آورد و منحنی ها را روی شکل ترسیم نمود شکلهای ۱۹ و ۱۸ قطر اسمی برای هر شیر از مشخصه هایی است که اغلب در کاتالوگ ها مشخص می شود. کوچکترین قسمت عبوری است که جریان هوا در هنگام گذر از شیر با آن روبرو می شود. مزایای این شیر هنگام انتخاب قطرهای اتصالات مشخص میشود. اگر شیر قرار باشد که جریان لازم را در افت فشار مشخصی از خود عبور دهد، قطر گذرگاه داخلی اتصالات نباید کوچکتر از قطر عبوری شیر باشد.
نکته:
جریان یا ظرفیت شیر، یا به وسیله مقدار اسمی آن در مقیاس N۱/min و یا توسط ضریب جریان” در مقیاس Kv مشخص می شود. این مقدار، با جریان آب در طول شیر در هر دقیقه به لیتر با افت فشار 1 bar ، و دمای اطاق 20° در ارتباط است. در صورتی که مایعاتی با وزن مخصوص متفاوتی از آب میبایست میزان جریان را اندازه بگیرند، باید توسط نوموگرام هایی که در کاتالوگهای سازنده وجود دارند، مشخص شوند.
شیرهای یک طرفه (واسطه)
این شیرها راه عبور هوا را در جهتی ناخواسته مسدود میکنند. به خاطر پدیده گستردگی هوا همیشه از نقطه ای در فشار بالا به نقطه ای در فشار پایین جریان می یابد. وقتی دو لوله متصل باشند صرف نظر از مقدار حجم و فاصله شان، حجم هوا برابر است. اگر چیزی در میان دو لوله نباشد فشار به طور مساوی در هر یک از لوله ها همچنین در لوله اتصال وجود دارد. اگر دو لوله با یک شبکه پخش کننده هوای فشرده تعویض شوند بعلاوه یک قطعه پنوماتیکی، جریان به طور نرمال از شبکه به دستگاه جریان خواهد داشت.
یک افت فشار ناگهانی از طرف شبکه به هر دلیلی باعث میشود که مقدار فشار کمتر از فشار رگولاتور باشد. در این وضعیت فشار هوا در دستگاه بیشتر از فشار در شبکه خواهد بود و جریان هوای نرمال معکوس می شود. به این ترتیب ممکن است شرایط غیر قابل قبولی ایجاد گردد مانند جدا شدن یک قطعه از گیره در طول عمل سوراخ کردن.
با داخل کردن یک شیر یک طرفه به شاه لوله، مشکلاتی که به علت عدم رسیدن فشار لازم به دستگاه ایجاد می گردند از بین می روند یا به تأخیر می افتند.
شکل ۱ – ۲۰، یک شیر یک طرفه را نشان میدهد که متشکل است از یک بدنه یک پیستون و یک فنر، شیر باید طوری محکم گردد که فشار هوا از شبکه تغذیه بتواند روی پیستون عمل کند و راه عبور را در طول شیر باز نگه دارد. وقتی که فشار تغذیه بیافتد، فنر با عمل کردن روی پیستون آن را روی جایگاه فشار میدهد و راه عبور هوا را می بندد. هوا دیگر نمی تواند از دستگاه به شبکه جریان یابد.
تفاوت فشار بین منبع تغذیه و وسیله لازم برای باز کردن شیر معمولاً 0.2 bar می باشد.
نکته:
اگر یک قطعه پنوماتیک دارای حداقل فشار لازم باشد و از شبکه ای تغذیه شود که ممکن است در فشار متغیر باشد، یک شیر بدون برگشت و یک لوله ذخیره باید متصل گردند. حجم لوله ذخیره باید طوری محاسبه گردد که بتواند جریان هوای کافی و فشار لازم را در زمان مشخصی ایجاد کند.
شکل ۲-۲۰ نوع دیگری از شیر واسطه را نشان میدهد به نام شیر تخلیه سریع این شیر به طور اتوماتیک، جهت جریان هوایی که از محفظه سیلندر خارج میشود تغییر میدهد. این شیر با استفاده از اتصالات استاندارد، زمانی که سیلندر باید در سرعت بیشتری کار کند مورد استفاده قرار می گیرد.
عملکرد:
فشار هوا در “P” دیافراگم “G” را حرکت داده و دهانه تخلیه “R” را مسدود میکند و به این ترتیب امکان عبور هوا از “A” و سپس به محفظه سیلندر را فراهم می کند.
زمانی که جهت سیلندر معکوس میشود و محفظه باید تخلیه شود از آنجایی که شیر راه دهنده جریان هوا به سیلندر را معکوس کرده، فشار در نقطه “P” افت پیدا میکند. فشار هوای درون محفظه سیلندر قادر است که دیافراگم “G” را در جهت مخالف بکشد، و “P” را ببندد و “R” را باز کند. زمانی که اختلاف فشار حدود bar باشد، وضعیت دیافراگم تغییر می کند. همان طوری که قبلاً ذکر گردید، سیلندرهای دوکاره با استفاده از شیرهای راه دهنده 5/2 کنترل می شوند، که یک محفظه را تغذیه می کند در حالی که محفظه دیگر را تخلیه میکند. این رخداد همزمان جریان هوای معکوس، همان طوری که هوا از لوله و از دهانه تخلیه شیر خارج می گردد، همیشه باعث یک تأخیر در شروع کار پیستون و یک کاهش سرعت می شود. با نصب یک شیر تخلیه سریع به دهانه سیلندر هوا در محفظه متصل شده ممکن است که مستقیماً خارج شود. نمودار، نشان دهنده عملکرد فشار هوا برای دو محفظه سیلندر است؛ زمانی که با و بدون شیر تخلیه سریع کار میکنند. نمودار بالایی دارای یک نشانگر زمان “” میباشد که فاصله ای است بین رسیدن هوا و شروع حرکت پیستون علت بروز تأخیر این است که فشار باید از بالا به شیر برسد تا بر مقاومت مکانیکی و فشار معکوس که توسط هوا در محفظه مقابل به وجود آمده مقابله کند. در نمودار پایینی زمان لازم برای اینکه فشار هوا بر مقاومت مکانیکی مقابله کند یکسان است. اما زمانی که فشار معکوس
در محفظه مقابل به خاطر وجود شیر تخلیه سریع زودتر از بین میرود، زمان 1 کاهش می یابد. بنابراین پیستون زودتر شروع به حرکت میکند و در طول حرکت شتاب بیشتری را به دست می آورد. شیر ممکن است به یک یا دو محفظه وصل باشد و همیشه مستقیماً به دهانه سیلندر متصل است.
شیرهای کنترل جریان
هوا دارای دو مشخصه اصلی میباشد، فشار و جریان و دو شیر مختلف برای سازگار کردن این مشخصه ها در موقع کنترل ابزار پنوماتیکی به کار میروند. در فصل های گذشته رگولاتور هوا تشریح گردید. در زیر به توضیح در مورد شیر کنترل جریان می پردازیم.
شیر کنترل جریان با تنظیم قطر راه عبور که هوا از آن می گذرد، کار میکند. به عبارتی جریان هوا را در یک یا دو جهت تنظیم میکند. بنابراین شیر یا یک جهتی است یا دو جهتی.
شکل و ابعاد خارجی دو شیر از نظر اندازه قلاویز یکسان هستند. آنها فقط با نشانه هایی که روی سطح شیر نصب شده اند. قابل تشخیص میباشند. عملکرد هر شیر زمانی که زیر فشار قرار دارد به صورت زیر است:
یک جهتی (شکل ۱ – ۲۱):
تنظیم توسط سوزن مخروطی شکل A که عبور جریان هوا را از سوراخ C متغیر میکند به دست می آید. این عمل فقط در یک جهت رخ می دهد.
الف – وقتی که هوا از سمت چپ وارد میشود راه عبور بزرگتر توسط عمل فنر “B” بر روی سوراخ و عملکرد هوا روی درزگیر D مسدود میشود. هوا از زیر سوزن رد شده و با عبور از سوراخ به سطح موجود می رسد و بین دو قطعه باقی می ماند.
ب – وقتی که هوا از سمت راست وارد میشود فشار بر عکس العمل فنر غلبه میکند و سوراخ را به طرف بالا می کشد. این عمل باعث بسته شدن شکاف بین سوزن و سوراخ میشود اما در عین حال راهی را ایجاد می کند که از درزگیر عبور کند و باعث میشود که جریان کنترل نشده در این جهت حرکت کند.
- این مکانیزم مشابه شیر “بدون برگشت است و شامل قسمتی از نشانه یک شیر یک جهتی میباشد.”
- یک شیر یک جهتی برای کنترل جریان از هر دو جهت به کار می رود اما جهت صحیح آن باید دیده شود.
- زاویه ای که توسط جایگاه شیر بدون برگشت ایجاد شده جهتی را نشان میدهد که در آن جریان کنترل می شود.
ب – جریان از چپ به راست تنظیم می شود.
ج – جریان از راست به چپ تنظیم می شود.
دو جهتی (شکل ۲ – ۲۱)
فرق این شیر با شیر قبلی در این است که سوراخ “C” توسط حلقه “E” نگه داشته شده است.
- درزگیرهای پیاله ای شکل با یک درزگیر جامد مشترک “D” جایگزین شده اند که یک درزگیری دائمی را بین دو دهانه ایجاد کرده است.
- تنظیم جریان هوا در دو جهت انجام گرفته است و هوا همیشه از بین سوزن و سوراخ عبور می کند.
- شیر، بدون در نظر گرفتن جهت دهانه ها می تواند متصل شود.
[/fusion_text][/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]
