Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

1/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

บทท 1 คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน

(Cartridge valves and application) จากการรวบรวมของปญหาตาง ๆ ทพบในระบบไฮดรอลก เชน การเดนทอไฮดรอลกทเยอะมกจะท าใหเกด

น ามนรวทขอตอตาง ๆ และกอใหเกดปญหาอน ๆ ตามมาอกมากมาย ความยงยากซบซอนของสาย ทอทางของระบบ ไฮดรอลก รวมถงการตรวจวเคราะหหาสาเหตและการซอมบ ารง ซงตอมากไดพฒนาโดยการใชแมนนโฟลดบลอก (Manifold Block) เพอลดจ านวนขอตอตางๆ ส าหรบใชแกปญหาการรวของน ามนจากขอตอตางๆ และลดคาใชจายจากการเดนทอไดวธหนงซง คารทรดจวาลว (Cartridge Valve) เปนวาลวไฮดรอลกชนดหนงโดยสอดเขาไปในหองมาตรฐานทเจาะไวในกอนแมนโฟลดบลอก

1.1 การเปรยบเทยบขอดระหวางคารทรดจวาลวและสปลวาลว(Compare advantage between cartridge and spool valve)

ภาพท 1 -1 แสดงภาพตวอยาง Manifold Block

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

2/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1. เปรยบเทยบอตราการไหลผานวาลวทขนาดวาลวเดยวกน(Size 16) สปลวาลว(Spool valve) คารทรดจวาลว(Cartridge valve)

ขอมล : Technical Information sheet จาก Rexroth , Vickers จะพบวาทขนาดโตในของรน ามน ส าหรบวาลว Sizเดยวกนอตราการไหลผานสงสดเมอเทยบระหวางสปลวาลว(Spool valve) และคารทรดจวาลว(Cartridge valve) จะไมเทากนโดยอตราการไหลผานทคารทรจดวาลวสงถง 400 l/min ซงเมอเทยบกบสปลวาลวทท าได 300 l/min ซงคารทรจวาลวสามารถท าไดมากกวา 100 l/min ดงนนคารทรดจวาลวจงเหมาะทใชในงานทตองการอตราการไหลสงๆและความเรวสง เชน เครองเพรส เครองฉดพลาดสตกขนาดใหญ หรอเครองจกรทมความเรวสง เปนตน

กราฟความดนแตกตาง(∆p) และอตราการไหล (Q)

กราฟความดนแตกตาง(∆p) และอตราการไหล (Q)

Rated flow point

16 mm.

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

3/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

2. เปรยบเทยบการรวภายในและการ Hold ความดน สปลวาลว(Spool valve) คารทรดจวาลว(Cartridge valve)

การรวภายในของสปลวาลวเกดจากชองวาง(Gap) ระหวางสปลและเสอวาลวเนองจากเปนการสวมคลอนเพอใหสปลสามารถเลอนไปมาและบงคบทศทางของน ามนได ดงนนหากน ามนไฮดรอลกมความหนดลดลงเนองจากอณหภม และความดนสงยงท าใหการรว ณ จดนสงขนกอใหเกดก าลงงานสณเสยและความรอนตามมา

สวนการรวของวาลวนงบา(poppet valve)ไมม ท าใหการรวของชองทางไหลน ามนจาก A ไป B เทากบศนย(Zero leak) จงเหมาะแกการน าไปใชในงานทตองการ Hold ความดนไวนานๆ เชน เครองเพรส เครน การบบอดโมลด เปนตน อยางไรกตามการรวจากชองทาง B ไป X กมเชนกน แตไมสงผลมาก เนองจากชองทาง X มความดนน ามนจากสญญาณควบคมมาเตมตลอดเวลาขณะ Hold ความดน

เสอวาลว

สปลวาลว

Poppet valve

ปลอก(sleeve)

ตารางท 1 –2 เปรยบเทยบการรวภายในระหวางสปลวาลวและคารทรดจวาลว

Leak

No leak

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

4/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

3. การออกแบบและการน าไปใชงานทยดหยนและคมคาราคา สปลวาลว(Spool valve) คารทรดจวาลว(Cartridge valve)

หาภาพใหม

เชอมตอวงจรดวยสายไฮดรอลก

เชอมตอวงจรภายใน manifold block การใชวาลวแบบเลอน,สปลวาลวหรอวาลวทตองใชแผนรอง(sub plate) นนการออกแบบวงจรคอนขางทจะถกจ ากดอนเนองมาจากราคา ขนาดของระบบ ความไมยดหยนในการออกแบบและใชงานทหลากหลายฟงกชนภายในกลมวาลวเดยวกน ซงถอเปนขอดอยเมอเทยบกบคารทรดจวาลว อกท งการสงถายก าลงงาน ไฮดรอลกยงตองอาศยทอ,ทอออน ซงราคาคอนขางสง

ดงนนทางออกในการออกแบบทยดหยนและใชงานไดหลากหลายฟกงชน ขนาดทกระทดรดกวา ไมจ าเปนตองใชทอหรอทอออนในการสงถายก าลงงานไฮดรอลก เนองจากใชชองทางทออกแบบและเจาะภายในกอนแมนโฟลด ซงสามารถลดคาใชจายเรองสายไฮดรอลกและคาบ ารงรกษาลงไดเปนอยางมาก

1.2 ตวอยางการน าคารทรดจวาลวไปใชงานในอตสาหกรรมตางๆ (Application)

เครองฉด(Injection Machine) เครองเพรส(Press Machine)

เนองจากคณสมบตขอดในเรองการใหอตราการไหลผานทสงและความสามารถในการ Hold ความดนไดนาน จงเหมาะทน ามาใชในเครองฉดตางๆ

เครองเพรสใชในการกดชนงานเพอปมขนรป ตด ในอตสาหกรรมยานยนต เซรามก โลหะ เปนตน ซงตองการแรงคอนขางสงโดยกระบอกแรม(Ram) ซงม ขนาดใหญ ซงอตราการไหลเขาส Ram

Check valve FCV

PCV DCV

ตารางท 1 –3 เปรยบเทยบการออกแบบและการใชงานรวมถงความคมคาราคาระหวางสปลวาลวและคารทรดจวาลว

PCV. function FCV. function

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

5/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

เ ชน เครองฉดพลาสตก การบบจบโมลด ซงตองการแรงในการบบจบคอนขางสง

ตองสงเพอตอบสนองตอความเรวของการเคลอนท ซงคารทรดจวาลวกมคณสมบตทดในเรองน

Mobile Hydraulic Industrial ประยกตใชเพอลดก าลงงานสญเสย (Apply for reduce power loss)

ใชในการเบรกของลอ ควบคมการลอกคางต าแหนงเครน การลอกคางต าแหนงลอขบเคลอน และใชใน winch. เปนตน

หากระบบไฮดรอลกใชปมทมขนาดใหญ และเมอความดนในระบบถงคาทตงไว ดงนนอตราการไหลสวนเกนในปรมาณมากจ าเปนตองระบายไดทน ซงคารทรจดวาลวกมคณสมบตในขอนดวย

1.3 ประเภทของคารทรดจวาลว(Type of cartridge valve)

คารทรดจวาลวสามารถแบงออกเปน 2 ประเภทตามลกษณะการตดตง ดงตอไปน 1.3.1 แบบสกรอน (Screw in cartridge valve) คารทรดจวาลวชนดนประกอบเขากบกอนแมนนโฟลด

(Manifold Block) โดยท าเกลยวทเสอวาลวคารทรดจ และขนเขาไปยงรคาวต(Cavity) ดงภาพท 1-4 ทกอนแมนนโฟลด(Manifold Block) โดยมโอรง (O-ring) กนรวภายในตววาลว และคาทรจดวาลวสามารถน าไปท าวาลวควบคมไดหลากหลายประเภท โดยต าแหนงวาลวอาจจะมหลายต าแหนงเชน 2 way, 3 way, 4 way

Load control Brake control

Holding control boom

Holding control wheel

Counter balance

ตารางท 1 –4 ตวอยางการประยกตใชคารทรดจวาลวในอตสาหกรรมตางๆ

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

6/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ภาพท 1- 4 แสดงคาวต(cavity) แบบตางๆ

ภาพท 1 -2 แสดงคาทรดจวาลวแบบ Screw in ทน าไปท าวาลวควบคมประเภทตางๆ

Solenoid operated Directional control valve

Pressure control valve Manual operated Directional and flow control valve

Pilot operated Directional control valve

Pilot operated Check valve

ภาพท 1 -3 แสดงคาทรดจวาลวแบบ Slip in ทประกอบเขากบกอนแมนโฟด ภาพท 2-9 ภาพแสดงฝาครอบวาลวมาตรฐาน

Solenoid

Cartridge valve

Cartridge valve

Cartridge valve

Screw adjust Knob adjust

Cartridge valve

Cartridge valve

Pressure port

Pressure port

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

7/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.3.2 แบบสลปอน(Slip in cartridge valve) โครงสรางของวาลวแบบนคลายคลงกบแบบสกรอน โดยตางกน

ทตวคารทรดจวาลวจะสวมลงในร(Cavity) ของแมนโฟลด(Manifold Block) และมฝาปดบน(Cover) และยดดวยสกรอยางนอย 4 ตวเพอยดคาทรจดวาลวไวกบกอนแมนนโฟลด โดยภายในคารทรดจประกอบดวย ปอปเปตวาลว(Poppet valve),สปรง(Spring)และมโอรงกนรวภายใน

1.4 สญลกษณของคารทรดจวาลว(Symbol of cartridge valve) สวนประกอบในสญลกษณ คอ ตววาลวจะมชองน ามน 3 ชองคอ ชอง A ,ชอง B และชองทางควบคมการเปด-ปด

ของคารทรดจวาลว (x,p) โดยในสญลกษณจะแสดงถงพนทรองรบความดนตามชองทางตางๆ เชน พนท AA คอพนทรองรบความดนชอง A เพอเปดใหน ามนผานไปยงชองทาง B ,พนท AB คอพนทรองรบความดนชอง B เพอใหน ามนผานจาก A ไป B,พนท AX , Ap คอพนทรองรบความดนชอง X เพอควบคมการเปด-ปดของคารทรดจวาลว ในขณะปรมาตรน ามนผานเขา - ออกทพอรต X ซงเรยกวา “Displacement”

ภาพท 1-6 แสดงภาพ Cartridge valve ภาพท 1-7 แสดงภาพ Cover plate

ภาพท 1-5 แสดงภาพตดคารทรดจวาลวแบบ Slip in

Spring

Sleeve Cover plate

Screw adjust

O-ring

Poppet

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

8/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

หากผใชตองการใชงานคารทรจดวาลวแบบควบคมการเปด-ปดดวย DCV. โซลนอยดวาลว(Solenoid Pilot operated cartridge valve) อยในชดเดยวกนผใชสามารถทจะเลอกซอตามความตองการ ดงภาพดานลางและมสญลกษณตอไปน

1.5 ฝาครอบมาตรฐาน (Standard cover)

เนองจากฟงกชนการใชงานคารทรจดวาลมหลายหลายหนาท ซงมฝาครอบทออกแบบแตกตางกนไปใหเหมาะสมกบการใชงาน จงมการก าหนดมาตรฐานเพอใหสะดวกตอการผลตและการเลอกใชงาน ดงรายละเอยดในตารางตอไปน

ภาพท 1-10 แสดงภาพคารทรดจวาลวแบบม Pilot operated valves

Pilot operated valve

Cover

ภาพท 1-8 สญลกษณในทางปฏบต (DIN 24342) ภาพท 1-9 สญลกษณในทางทฤษฎ (DIN ISO 1219)

X

B

A AA

AB

AX

Sleeve

Poppet Sleeve

B

Displacement

Cover

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

9/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ตารางท 1-5 แสดงตารางภาพ,สญลกษณและ รปแบบตาง ๆ ของ Standard cover(Eatons)

Cover plate

Pilot operate valve

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

10/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ตารางท 1-5 แสดงตารางภาพ,สญลกษณและ รปแบบตาง ๆ ของ Standard cover (Eatons)ตอ

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

11/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ฝาครอบของวาลวบงคบทศทางมหลายแบบ แตหลกการพนฐานพจารณาไดจากภาพท 1-11 ซงประกอบดวย

ชองไพลอต (Pilot) ทมคอคอด (orifice) ทสามารถเปลยนขนาดความโตได เพราะฉะนนอาการทปอบเปตวาลวจะเปดแบบกระแทกหรอชอกจงไมเกดขน หรอสามารถหลกเลยงไดเนองจากความดนน ามน ถกหนวงการไหลของน ามนเขาและออกจากหอง AX เปนผลใหการเปด-ปดมความนมนวลและยดอายการใชงานของ poppet ดงนนเวลาหนวงการเปดและปดของ ปอปเปตวาลวดไดจากตวอยางตอไปน

ภาพท 1-11 แสดงออรฟตทอยใน Cover plate

ตารางท 1-5 แสดงภาพ, สญลกษณและ รปแบบตาง ๆ ของ Standard cover(Eaton’s)

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

12/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ตวอยางการหาเวลาหนวง(Time delay) เปด – ปด ใน cartridge valve จากการใช Orifice ขนาดตางๆ การหาเวลาหนวงขนาด Orifice จ าเปนตองทราบคาตวแปรอย 2 ตว คอ ปรมาตรจ (Displacement)ใน

หองควบคมการเปด-ปด (AX), ขนาดความโตของ Orifice จากนนน าคาตวแปรนไปหาคาอตราการไหลผาน Orifice ดงกราฟท 1-1 และค านวณหาเวลาหนวง ตวอยาง ตองการทราบเวลาหนวงการเปด-ปด(Time delay) ของคารทรดจวาลวขนาด 25 mm. และเลอกความโตของ Orifice ขนาด 0.5 mm.

จากกราฟทราบความดนแตกตางและขนาด Orifice จะไดคาอตราการไหลผานเทากบ 1.4 l/min (1400 cm3/min) ดงนนสามารถค านวณหาคาเวลาหนวงไดดงสมการตอไปน

Time delay (sec) = min)/(

)60(sec/min m3)Displace(c3cmflowrate

= min/1400

minsec/6042.43

3

cm

cm = 0.189 sec

ระยะเวลาหนวงการเปดและปดของ Cartridge valve คอ = 0.189 วนาท

ตารางท 1 –6 ตวอยางการหาคา Displacement จากตาราง Technical data ของ Cartridge valve(Vickers)

กราฟท 1–1 ตวอยางการหาคาอตราการไหลผาน Orifice จากกราฟ

max3

2PP

1.4 L = 1400 Cm3

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

13/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.6 อตราสวนพนทของคารทรดจวาลว(Area ratio)

อตราสวนพนททมผลตอการเปด-ปดของคารทรดจวาลว จากภาพท 1-12 จะเหนวาคารทรดจวาลวนน จะมพนททส าคญอย 3 ชนด คอ AA, AB และ Ax พนท AA จะมผลตอชอง A พนท AB จะมผลตอชอง B สวนพนท Ax จะมผลตอชองสปรง และสวนมากแลวพนทของ Ax จะเทากบผลบวกของพนท AA และ AB อตราสวนทนยมเรยกกนจะเปนอตราสวนระหวาง AX ตอ AA อตราสวนของพนในคารทรจดวาลวทนยมใชมดงตอไปน

1. แบบ 1:1 คอพนท Ax เทากบพนท AA 2. แบบ 1:1.1 คอพนท Ax จะโตกวาพนท ของ AA อย 1.1 เทา 3. แบบ 1:2 คอพนท Ax จะโตกวาพนท ของ AA อย 2 เทา

แรงทมผลตอการท าให Poppet ในคารทรดจวาลวเคลอนตว เปดและปด

1. แรงทใชส าหรบปดวาลวจะท าใหเกดความดนทกระท าตอพนท AX บวกดวยแรงของสปรง นนคอ FClosing = pA . Ax + spring force

2. สวนแรงทเปดวาลวจะเกดจากความดนทกระท ากบพนททชอง A และชอง B FOpening = pA . AA + pB . AB

นนคอ ถาผลบวกของแรงทท าใหวาลวปด มมากกวา ผลบวกของแรงทท าใหวาลวเปด จะท าใหวาลวนอยใน

ลกษณะปดและ ในท านองเดยวกนถาผลบวกของแรงทท าใหวาลวเปด มมากกวา ผลบวกของแรงทท าใหวาลวปด วาลวจะอยในลกษณะเปด

AX

AA = พนทรองรบความดนชองทาง A

ภาพท 1-12 แสดงภาพพนทของแตละสวนของคารทรดจวาลว

AB = พนทรองรบความดนชองทาง B (พนทวงแหวน)

AX = พนทรองรบความดนชองทาง X (AA + AB)

FA FA

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

14/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ตวอยาง การใชงานคารทรดจวาลวเบองตน

จากตวอยางวงจรทใชพนท AA: AX = 1:2 และมแรงสปรง 100 N ในวงจรนตองการใหกานสบของกระบอกสบเลอนออกโดยใชคารทรดจวาลว จะสงเกตเหนวาพนท AX จะตอทอไปยงทอหนาปมน ามนโดยผานทาง 4/2 DCV. ฉะนนแรงทท าใหวาลวปดจงเกดจากแรงของสปรงบวกกบแรงทเกดจากความดน ถาก าหนดใหความดนทดนกระบอกสบเทากบ 30 bar กหมายความวามความดนทพนท AA เทากบ 30 bar และ ความดนทพนท AB เทากบ 50 bar และ ความดนทพนท AX เทากบความดนหนาปมบวกกบแรงของสปรง วาลวปดหรอเปดสามารถท าไดดงตอไปน

FX = Ncmcm

Nbar 10002

1050 2

2

FA = Ncmcm

Nbar 3001

1030 2

2

FB = Ncmcm

Nbar 5001

1050 2

2

แรงทท าใหวาลวปด (FC) = FX + S spring = 1000 + 100 = 1100 N แรงทท าใหวาลวเปด (FO) = FA + FB = 300 + 500 = 800 N

ภาพท 1-13 ตวอยางวงจรการน าคารทรดจวาลวไปใชงาน

m

50 bar

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

15/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

จะเหนวาแรงทท าใหวาลวปดมมากกวาแรงทท าใหวาลวเปด ดงนนวาลวจงปด 1.7 ฟงกชนและสญลกษณของอนเซอรท (Function and symbol of Insert)

ตารางท 1-7 แสดงฟงกชนและสญลกษณของ Insert

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

16/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.7 ฟงกชนและสญลกษณของอนเซอรท(Function and symbol of Insert) (ตอ)

ตารางท 1-7 แสดงฟงกชนและสญลกษณของ Insert (ตอ)

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

17/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.8 การประยกตใชคารทรดจวาลวเพอการควบคมทศทาง (Cartridge valve with Directional Control Function)

สาเหตทน าคารทรดจวาลวมาควบคมทศทางการไหลของน ามน เนองจากคารทรดจวาลวสามารถใหอตราการไหลผานตววาลวไดสง ดงนนหากอปกรณท างาน(Actuator) มขนาดทใหญและเคลอนทดวยความเรวสงจ าเปนตองการอตราการไหลทสง การน าวาลวควบคมทศทางทเปนลกษณะสปลวาลวมาใชงานจงไมเหมาะสม ซงหากจะใชเปนแบบสปลวาลวตองมขนาดทใหญและราคาแพง ดงนนคารทรดจวาลวจงเปนทางเลอกอกทางทสามารถท าได ตวอยางการท างานของวาลว เพอควบคมทศทางของน ามนในระบบไฮดรอลก

1.8.1 การท างานตามหลกการของเชควาลว(Check valve)

A. B.

จากภาพ (A) เมอใหอตราสวนพนทเทากบ 1:2 และใหมหลกการท างานแบบเชควาลว จะตองใหหอง AX ตอกบชอง B ถาจะใหวาลวเปดจะตองใหความดนทชอง A มากกวาความดนทชอง B บวกดวยคาของแรงสปรง

จากภาพ (B) จะใชหลกการของเชควาลวไดเชนเดยวกน โดยใหตอหอง AX กบชอง A ถาในลกษณะนจะท าใหการไหลของน ามนเปนอสระจากชอง B ไปยงชอง A แตท าใหน ามนบางสวน ไหลไปยงหอง AX ได จงนยมใชงานภาพ (A) มากกวา

ภาพท 1-14 แสดงการน าคารทรดจวาลวมาท าเปนเชควาลว

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

18/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.8.2 การท างานตามหลกการของวาลว 4 ทศทาง

การใหวาลว 4 ทศทางควบคมลกสบจะมจงหวะดงตอไปนคอ กานสบเลอนออก เลอนเขา และใหหยด

ภาพท 1-15 การใชคารทรดจวาลวท าหนาทแทนวาลวควบคมทศทางใหกานสบเลอนออก

ภาพท 1-16 การใชคารทรดจวาลวท าหนาทแทนวาลวควบคมทศทางใหกานสบเลอนเขา

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

19/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

จากภาพท 1-17 เปนการใชคารทรดจวาลว 4 ตวในการควบคม ทศทางการเคลอนทของกระบอกสบ โดยทคารทรดจวาลวถกควบคมโดยไพลอตวาลว ทมต าแหนงกลางแบบ P-A-B,T เมอวาลวอยต าแหนงกลางจะยงคงมสญญาณความดนน ามนไปทพอรต X ของคารทรดจวาลวทกตว ท าใหกระบอกสบหยดการเคลอนทและคางต าแหนง แตหากตองการใหกระบอกสบหยดคางต าแหนงๆ เปนเวลานาน หรอปองกนน าหนกของโหลดดนกานสบกลบควรตดตงเชควาลวดงรปท 1-18

ภาพท 1-17 แสดงวงจรทใชคารทรดจวาลวควบคมทศทางชนด 4 ทศทาง

ภาพท 1-18 แสดงวงจรทใชคารทรดจวาลวควบคมทศทางชนด 4 ทศทางมเชควาลว

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

20/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ตวอยางการประยกตใชงานคารทรดจวาลว

1.9 การควบคมคารทรดจวาลวดวยความดนน ามนจากพอรต A การควบคมการเปด-ปดของคารทรดจวาลวโดยอาศยความดนน ามนจากพอรต A นนสามารถแบงออกได 2 แบบคอ แบบใชสญญาณโดยตรงและแบบใชวาลวควบคททศทางในการบงคบทศทางสญญาณความดนน ามน

1.9.1 การควบคมโดยตรง (Direct control without pilot valve)

ภาพท 1-19 วงจรรเจนเนอเรทฟ (Regenerative)

S1 S2

AX

ภาพท 1-20 สญลกษณของคารทรดจวาลวแบบควบคมโดยตรงตามมาตรฐาน DIN ISO1219

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

21/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.9.2 การควบคมโดยใชวาลวควบคมทศทางความดนน ามน(Pilot control with pilot valve) เปนการน าวาลวควบคมทศทางมาควบคมทศทางของความดนน ามนทไปยงคารทรดจวาลว

1.10 การควบคมคารทรดจวาลวดวยความดนน ามนจากพอรต B

การควบคมการเปด-ปดของคารทรดจวาลวโดยอาศยความดนน ามนจากพอรต A นนสามารถแบงออกได 2 แบบคอแบบใชสญญาณโดยตรงและแบบใชวาลวควบคททศทางความดนน ามน

1.10.1 การควบคมโดยตรง(Direct control without pilot valve)

1.10.2 การควบคมโดยใชวาลวควบคมทศทางความดนน ามน(Pilot control with pilot valve) เปนการน าวาลวควบคมทศทางมาควบคมทศทางของความดนน ามนทไปยงคารทรดจวาลว

ภาพท 1-21 สญลกษณของคารทรดจวาลวแบบใชวาลวควบคมทศทาง ตามมาตรฐาน DIN ISO1219

AX

ภาพท 1-22 สญลกษณของคารทรดจวาลวแบบควบคมโดยตรงตามมาตรฐาน DIN ISO1219

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

22/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.11 การควบคมคารทรดจวาลวดวยความดนน ามนจากพอรต A และ B โดยใชชตเตลวาล (Shuttle valve)

การควบคมการท างานของคารทรดจวาลวประเภทนเปนการน าเอาการควบคมแบบท 1.9 และ 1.10 มารวมกนโดยมวาลวบงคบทศทางทเรยกวา “ชตเตลวาลว”(Shuttle valve) มาเปนอปกรณส าหรบเลอกใชความดนจากพอรต A หรอ B ขนกบวาความดนดานใดจะมากกวากน

ภาพท 1-23 สญลกษณของคารทรดจวาลวแบบใชวาลวควบคมทศทาง DIN ISO1219

ภาพท 1-24 สญลกษณของคารทรดจวาลวแบบใชวาลวควบคมจากพอรต A และ B ตาม DIN ISO1219

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

23/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.12 ฟงกชนของคารทรดจวาลวกบการควบคมความดน (Cartridge valve with Pressure Control Function)

ฟงกชนของคารทรดจวาลวในการควบคมความดนนนสามารถแบงออกเปน 2 ประเภทหลกๆ ดงตอไปน ฟงกชนวาลวระบายความดน ( Pressure relief valve) ฟงกชนวาลวลดความดน ( Pressure reducing valve)

1.12.1 วาลวจ ากดความดน (Pressure relief valve)

การท างานของวาลวจ ากดความดน

โดยทวไปจะใชคารทรดจวาลวทมสดสวนของพนท 1:1 โดยชอง A จะเชอมตอกบความดนของระบบ และชอง B จะเชอมตอกบถงน ามน สปรงทฝาครอบ Pilot จะก าหนดความดนของวาลว ความดนในพนท AP จะเทากบความดนของระบบทชอง A เพราะชองรบสญญาณไพลอต (Pilot Sensing Passages) เชอมตอชอง A กบพนท AP ดวยชอง X เนองจากพนท A เทากบพนท AP (สดสวน 1:1) และความดนในพนทเหลานมขนาดเทากน สปรงจะกดปอปเปตวาลวปด

เมอไดความดนของระบบตามระดบทตงไว กจะหยดความดนในพนท AP ไวทระดบน โดยความดนในระบบยงคงเพมตอไป น ามนจะไหลผานชอง X ไปสชอง Y ลงทอระบายน ามนท าใหความดนดาน AP ลดลงเมอความดนของระบบมมากกวาความดนทพนท AP บวกคาของสปรงหลกในคารทรดจวาลว คารทรดจวาลวจะเปดใหน ามนไหลจาก A ไป B ไปยงถงน ามนเพอจ ากดความดนของระบบ

ภาพท 1-25 สญลกษณและภาพภายใน Pressure relief valve

Area ratio AA : AX = 1:1 1

5 7

3

4 6

2

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

24/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.12.2 วาลวปรบลดความดน (Pressure reducing valve)

การท างานของวาลวปรบลดความดน ชอง B เปนทางเขาของความดนสง สวนชอง A เปนทางออกของความดนทถกลดระดบลง และความดนท

ต ากวาระดบทตงไวของปอปเปตของไพลอตวาลว ในฝาครอบถามความดนจาก B มากระท ากบพนท AP ท าใหสปรงยบตวและปอปเปตจะเลอนลงเปดชองน ามนให B ตอกบ A จะเปนต าแหนงเปดตามปกตของวาลวปรบลดความดน โดยทวไปหากคาความแตกตางของความดนระหวางชอง A กบ B ตางกนประมาณ 5 bar ขนไปจะท าใหปอปเปตเปด(ขนอยกบบางยหอ) เมอความดนชอง A ขนถงระดบทตงไวทปอปเปตของไพลอตวาลวตวปอปเปต จะเลอนขนปดไมใหชอง B ตอถงชอง A ถาความดนทชอง B ยงคงเพมขนตอไป น ามนจะไหลจากชอง B ผานชอง X และปอปเปตของไพลอตวาลวไปยงทอระบาย Y

1.13 คารทรดจวาลวควบคมอตราการไหล (Flow Control Function, Cartridge Valve)

วาลวควบคมอตราการไหลจะมอย 2 ชนดดวยกนคอ วาลวทมชดเชยความดน และวาลวชนดทไมมชดเชยความดนการใชวาลวชนดทไมมการชดเชยความดนมกใชกบความดนโหลดทคงทหรอทอตราการไหลต า

ภาพท 1-26 สญลกษณและภาพภายใน Pressure reducing valve.

Y

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

25/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.13.1 วาลวควบคมอตราการไหลชนดไมมการชดเชยความดน(Non pressure-compensated flow control valve)

คารทรดจวาลวทมฝาครอบสามารถปรบชวงชกได (Stroke Adjustment Cover) และมรองบากในปอปเปต (Notched Metering Puppet) ตามภาพ จะควบคมอตราการไหลของน ามนในอตราทใกลเคยงกบวาลวเขม (Needle Valve) แตคารทรดจวาลวมคณสมบตเพมเตมคอ สามารถเปดหรอปดวาลวไดโดยไมตองปรบเปลยนคาทตงไวโดยการระบายน ามนทหองสปรง

ฝาครอบทสามารถปรบชวงชกไดประกอบดวย แกนทโผลเขาไปในหองสปรง และท าหนาทจ ากดระยะหางของการเคลอนทของปอปเปตออกจากบาวาลว ตามสญลกษณในภาพท 1-27 จะเหนรปกานปรบซงแทนการท างานแบบแมนวล (Manual) และลกศรแสดงการปรบคาชวงชก

ภาพท 1-27 แสดงวาลวควบคมอตราการไหลชนดไมมชดเชยความดน

Stroke Adjustment

Standard cartridge valve

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

26/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

ภาพท 1-28 แสดงใหเหนการใชฝาครอบทสามารถปรบชวงชกได (Stroke Adjustment Cover) ทมปอปเปตมรองบาก (Metering Poppet) ทบากรองตว V (ซงเปนวาลวแบบไมมชดเชยความดนแบบมเตอร-อน (Meter-in) ซงควบคมความเรวของกานสบโดยการควบคมอตราการไหลของน ามนเขาไปในกระบอกสบดานลกสบ (คารทรดจ หมายเลข 2)

ภาพท 1-28 วงจรมเตอรอน (Meter-in) ไมมชดเชยความดน

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

27/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.13.2 วาลวควบคมอตราการไหลมชดเชยความดนแบบบายพาส

(Pressure-compensated, Bypass-type Flow Control)

วาลวควบคมอตราการไหลแบบบายพาสจะควบคมอตราการไหลของน ามนใหคงท ดวยการควบคมความดนทคารทรดจวาลว อตราสวน 1:1 ของปอปเปตกบฝาครอบแบบมาตรฐานดงภาพท 1-29 โดยจะท าใหเกดการชดเชยความดนในระบบคารทรดจวาลวควบคมอตราการไหลแบบบายพาส (Cartridge Bypass Flow Control) น ามนทไหลผานในคารทรดจวาลวทมฝาครอบแบบปรบชวงชกได อตราสวน 1:2 จะท าใหเกดความดนลดลงทชอง A และ X เมอความดนลดลงมคาเทากบความดนของสปรงหลก ปอปเปตกจะเปดออกใหน ามนสวนเกนไหลไปสถงน ามน การเพมขนของโหลดทกระบอกสบจะท าใหความดนทชอง X เพมขนและท าใหระดบความดนทชอง A เพมขนทปรมาณเทากนดวย ท าใหความดนตกครอมทวาลวหรมคาคงท มผลใหน ามนไหลผานคารทรดจวาลวควบคมอตราการไหลในอตราทคงท

ภาพท 1-29 วาลวควบคมอตราการไหลมชดเชยความดนแบบบายพาส

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

28/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

จากภาพท 1-30 แสดงใหเหนวาการจ ากดความดนสงสดสามารถเกดขนไดในวาลวควบคมอตราการไหลชนดชดเชยความดน ดวยการใสฝาครอบของคารทรดจวาลวควบคมความดนดวยไพลอตรลฟวาลว โดยจ ากดความดนของบรเวณ พนท Ap ความดนสงสดของระบบจะถกจ ากดใหอยภายในความดนนบวกดวยความดนของสปรงชดเชยความดน (Compensatory spring)

ภาพท 1-30 วาลวควบคมอตราการไหลชนดบายพาสมชดเชยความดนและปรบคาความดนสงสดได

Module Unit code : 21-HYD-11-01 Module name : ระบบควบคมไฮดรอลกขนสง Unit name : คารทรดจวาลวและการประยกตใชงาน (Cartridge valves and application)

Information Sheet Rev. : 00

FM-COM-14 Rev.00 MASTER COPY FOR DISTRIBUTION

29/ 29

Thai-German Instituteสถาบนไทย-เยอรมน

1.13.3 วาลวควบคมอตราการไหลมชดเชยความดนแบบจ ากดการไหล (2-way Flow Control valve)

วาลวปรบลดความดน (Reducing Valve Insert) พรอมกบฝาครอบมาตรฐาน จะท าหนาทเปนเหมอนวาลวชดเชยความดนโดยจะตอเขาเปนชดกบ คารทรดจวาลวทมอตราสวนพนทแตกตาง 1:2 (Metering insert) ดงภาพท 1-32 การควบคมการไหลของน ามนอาจตอเปนวงจรแบบมเตอร-อน (Meter-in) หรอมเตอร-เอาท (Meter-out) หรอ บรด-ออฟ (Bleed-off) กได

ภาพท 1- 31 วาลวควบคมอตราการไหลชนดชดเชยความดนแบบจ ากดการไหล

ภาพท 1-32 ตวอยางวาลวควบคมอตราการไหลชนดชดเชยความดน