شیر پروپرشنال هیدرولیک ( شیر تناسبی )
شیر پروپرشنال هیدرولیکی از خانواده شیر هیدرولیک می باشد.کار اصلی این نوع شیرهای هیدرولیک کنترل کردن شرایط سیستم هیدرولیکی است و به راحتی می تواند دبی و یا روغن هیدرولیک را بررسی و کنترل نماید.
این نوع شیر های هیدرولیکی در یک سیستم هیدرولیکی میزان فشار روغن و میزان دبی و یا جهت سیال را هدایت و کنترل می کنند.
با توجه به این که در این گونه شیرها تغییر جریان سیال خروجی در اثر تغییر جریان الکتریکی ورودی دقیقاً خطی نمی باشد، به این گونه شیرها عنوان پروپرشنال یا تناسبی اطلاق گردیده است.
لازم به ذکر است که این شیر ها کنترل بسیار دقیقی از دبی یا فشار را دارند. شیر های پروپشنال از لحاظ نحوه تحریک مشابه شیر های برقی هستند چراکه هر شیر پروپرشنال هم مانند شیر برقی دارای مدار الکترونیکی است، البته با این تفاوت که شیر پروپشنال نمونه پیشرفته تری از شیر برقی است و به عنوان مثال قادر است مغزی شیر را در حالتی بین باز و بسته نگه داشته و کنترل بسیار دقیقی از دبی و فشار خروجی داشته باشد. سیستم و تکنولوژی به کار رفته در شیر پروپشنال بسیار پیشرفته است و همین عامل باعث شده تا این شیر ها نسبت به سایر شیر ها قیمت بالاتری داشته باشند اما سرعت و دقت بسیار بالا از مزیت این شیر ها می باشد.
به طور کلی شیر پروپرشنال را می توان در سه دسته تقسیم نمود:
1.کنترل جهت
2.کنترل جریان
3.کنترل فشار
در شیر پروپشنال کنترل جهت، متناسب با تغییر ولتاژ ورودی شیر علاوه بر کنترل جهت سیال، کنترل سرعت هم انجام می شود و به این ترتیب حرکت عملگرها تحت کنترل قرار می گیرد و شروع و پایان حرکت جک به آرامی رخ می دهد. در شیر پروپشنال کنترل فشار تنظیم فشار با دقتی بسیار بالاتر از شیر های هیدرولیک معمولی انجام می شود. در زمینه شیر پروپشنال کنترل جریان نیز می توان این نکته را بیان کرد که کنترل دبی خروجی با دقتی بسیار بالا انجام می شود.
نوع پیشرفته شیر پروپرشنال هیدرولیک همان شیرهای سروو می باشند.
سروو یعنی خود تنظیم و به مفهوم سیستم کنترلری می باشد که می تواند خطای خود را تشخیص و آن را اصلاح نماید. در خصوص شیرهای پروپرشنال این کار جزء وظایف مدار کنترلر می باشد، ولی در شیرهای سروو این اصلاح خط به شکل مکانیکی صورت می گیرد و مدار کنترلر بر آن نظارت می کند. در کل شیرهای سروو از نوع پروپرشنال خود سنجیده تر، پر شتاب تر، با حساسیت بیشتر و به مراتب پر هزینه تر هستند.
در حقیقت شیر پروپرشنال پلی است بین شیر دیجیتال و شیر سروو. می توان گفت شیر پروپرشنال ترکیب دو سیستم تغییرپذیری مداوم الکتریکی (سیستم سروو) و سیستم تغییرناپذیری الکتریکی (سیستم دیجیتال) می باشد.
شیرهای پروپرشنال با استفاده از سلونوئیدهای برقی تحریک می شوند.
همانطور که می دانیم یکی از روش های تحریک شیرهای هیدرولیکی ، استفاده از سلونوئیدهای برقی می باشد. در شیر های سلونوئیدی با برقرار شدن جریان برق شیر مربوطه تحریک می شود و با قطع برق ، شیر به حالت عادی بر می گردد. در واقع در شیرهای سلونوئیدی اسپول شیر در دو موقعیت 0 و 1 قرار می گیرد. در شیرهای پروپرشنال نیز از سلونوئیدهای برقی جهت تحریک شیر استفاده می شود ولی شیر به صورت الکترونیکی کنترل می شود. به همین دلیل این شیرها در بی نهایت وضعیت مختلف ، موقعیت دهی می شوند. سلونوئیدی که در شیرهای پروپرشنال استفاده می شود از نوع خاص باشد. در این سلونوئیدها هرچه جریان الکتریکی عبوری از سیم پیچ سلونوئید بیشتر باشد ، نیروی ایجاد شده در سلونوئید بیشتر خواهد بود در نتیجه با عبور جریان های الکتریکی مختلف ، اسپول شیر در موقعیت های مختلفی قرار می گیرد.
در شیرهای پروپرشنال می توانیم با تعبیه یک ترانسدیوسر در داخل شیر موقعیت دقیق اسپول شیر را تشخیص دهیم.
متداول ترین نوع ترانسدیوسرهای موقعیت سنج که در شیرهای پروپرشنال استفاده می شود از نوع LVDT می باشد. با استفاده از این ترانسدیوسر فقط می توانیم موقعیت اسپول شیر را تحت کنترل قرار دهیم و آنچه در مورد عملگر اتفاق می افتد ربطی به این ترانسدیوسر ندارد.
کاربرد شیر های پروپرشنال
شیرهای پروپرشنال از تکنولوژی بالایی برخوردار می باشند و به دلیل استفاده ای که در صنایع نظامی دارند مورد محدودیت های واردات واقع می شوند.
کاربرد نظامی : کنترل باله موشک، کنترل باله هواپیمای جنگنده، کنترل لوله توپ تانک وکشتی و….
پرس های هیدرولیک
خطوط نورد فلزات
خطوط ماشین کاری و …
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیر پروپرشنال
اسپول
قطعه‌ای فلزی و استوانه‌ای شکل است با قابلیت جابه‌جایی در داخل شیرهای هیدرولیکی است. قسمتی از بدنه‌ی این استوانه که تراشکاری شده برای قرار گرفتن در جایگاهی است که اجازه‌ی عبور روغن در سیلندر شیر را بدهد و قسمتی از بدنه‌ی اسپول که تراش نخورده مانع عبور روغن میشود.
این قطعه باید به گونه‌ای نصب شود که در راستای سیلندر شیر باشد تا از هرگونه خرابی و ازکارافتادگی شیر جلوگیری شود. شیارهای حلقه‌ای که روی قسمتهای تراش نخورده‌ی بدنه‌ی استوانه وجود دارند، با حلقه‌هایی پر می‌شوند که سیلندر اسپول را در راستای مورد نظر نگه می‌دارد.
سلونوئید
عضو مهم دیگر در شیر پروپشنال سلونوئید است. با عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ موجود در سلونوئید، میدان مغناطیسی در آن ایجاد می شود که این میدان منجر به حرکت خطی مغزی شیر شده و به این ترتیب سلونوئید می تواند مسیر عبور سیال را باز کند یا ببندد. در شکل زیر نمونه ای از سلونوئید یک شیر پروپشنال را مشاهده می کنیم.
لازم به ذکر است که سلونوئید مورد استفاده در شیر تناسبی از نوع خاصی است و متناسب با شدت جریان الکتریکی عبوری از این سلونوئید نیرویی در شیر پروپشنال ایجاد می شود. جریان های الکتریکی مختلف ایجاد شده در سلونوئید قادر است اسپول شیر را در موقعیت های مختلف قرار دهد؛ به این ترتیب که افزایش جریان الکتریکی باعث بیشتر شدن نیروی ایجاد شده در سلونوئید می شود و به این ترتیب فنر بیشتر جمع خواهد شد و اسپول در موقعیت مدنظر قرار می گیرد.
عملکرد شیرهای پروپرشنال
در شیرهای پروپرشنال با تعبیه‌ی یک ترانسدیوسر (trancducer ) در داخل شیر، می‌توانیم موقعیت دقیق اسپول شیر را تشخیص دهیم.
به طور اجمالی ترانسدیوسرها به سنسورهایی گفته میشود که می‌توانند انرژی را از نوعی به نوعی دیگر تبدیل کنند. مثلا یک ترانسدیوسر فشار، انرژی فشار یک سیال را گرفته و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
متداول ترین نوع این ترانسدیوسرهای موقعیت سنج که در شیرهای پروپرشنال استفاده می شود ، نوع LVDT می‌باشد که با استفاده از آن فقط می‌توانیم موقعیت اسپول را تحت کنترل بگیریم. این ترانسدیوسر از نوع ترانسفورمر متغیر اختلافی خطی است که یک عضو ثابت و یک عضو متحرک دارد. وقتی که عضو متحرک نسبت به وضعیت مبنا جابه‌جا شود، یک ولتاژ القایی ایجاد میشود که متناسب با مسافت جابه‌جایی است. عضو متحرک به مغزی شیر متصل است و بدین وسیله می‌توان موقعیت قرارگیری مغزی درون بدنه شیر را فهمید.
در شکل زیر عملکرد یک شیر پروپرشنال مجهز به LVDT (مقایسه‌گر-Linear Variable Differential Transformer ) نشان داده شده است.
C. ولتاژ فرمان DC
E. ولتاژ خطا
I. جریان الکتریکی ورودی به سلونوئید
S. نیروی خروجی سلونوئید
T. سیگنال ترانسدیوسر (ولتاژ AC)
F. سیگنال بازخورد (ولتاژ DC)
.
