صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي مُكوّن رئيسي في نظام التحكم المؤازر الكهروهيدروليكي، وهو نوع من صمامات التحكم الهيدروليكية التي تستقبل الإخراج التناظري وتضبط التدفق والضغط. يتميز صمام المؤازر الكهروهيدروليكي باستجابة ديناميكية سريعة، ودقة تحكم عالية، وعمر خدمة طويل. وقد استُخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم المؤازر الكهروهيدروليكي في مجالات الطيران، والفضاء، والسفن، والمعادن، والصناعات الكيميائية.
صمام المؤازرة الهيدروليكية هو المكون الأساسي لنظام التحكم في المؤازرة الهيدروليكية، وبالتالي فإن كتب نظام التحكم الهيدروليكي ستحتوي على محتويات صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي.
1. عملية التطوير
نشأت تقنية صمامات السيرفو الكهروهيدروليكية نتيجةً لتطور تقنية التحكم الهيدروليكي ونظامه. عشية الحرب العالمية الثانية، ومع تطور الاحتياجات الصناعية، شهدت تقنية التحكم الهيدروليكي تطورًا هائلاً، ونتج عن ذلك العديد من مبادئ وبراءات اختراع صمامات التحكم المبكرة. على سبيل المثال، اخترعت شركة Askania Regulator وشركة Askania-Werke مبدأ صمام النفث وطبقتاه. وبالمثل، حصلت شركة Foxboro على براءة اختراع مبدأ صمام حاجز الفوهة. أما شركة Siemens الألمانية، فقد اخترعت صمامًا ثنائي المدخل مزودًا بمحرك مغناطيسي دائم وجهاز استقبال ومدخل كهربائي، وهو ما يُعدّ إنجازًا رائدًا في مجال الفضاء الجوي.
في نهاية الحرب العالمية الثانية، كان صمام المؤازرة عبارة عن صمام تحكم حلقة مفتوحة أحادي المرحلة يحرك حركة البكرة مباشرة باستخدام ملف لولبي. ومع ذلك، ومع نضج نظرية التحكم واحتياجات التطبيقات العسكرية، حقق تطوير صمام المؤازرة إنجازات كبيرة. في عام 1946، فازت شركة Tinsiey البريطانية ببراءة اختراع صمام المؤازرة ثنائي المستوى؛ اخترعت شركة Raytheon and Bell صمام مؤازر ثنائي المرحلة بتغذية راجعة؛ استخدم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا محرك عزم الدوران بدلاً من الملف اللولبي لجعل استهلاك طاقة المحرك أصغر وأفضل خطيًا. في عام 1950، اخترعت شركة WCMogog لأول مرة صمام مؤازر ثنائي المرحلة بفوهة واحدة. من عام 1953 إلى عام 1955، اخترع THCarson صمام مؤازر ثنائي المرحلة بتغذية راجعة ميكانيكية؛ اخترعت شركة WCMoog صمام مؤازر ثنائي المرحلة بفوهتين؛ اخترع وولبين محرك عزم الدوران الجاف، متخلصًا من مشكلة تلوث الزيت السائل داخل محرك عزم الدوران. في عام ١٩٥٧، طوّر آر. أتشلي صمام سيرفو ثنائي المراحل بأنبوب نفاث، مستخدمًا مبدأ أنبوب نفث أسكانيا. وفي عام ١٩٥٩، طوّر صمام سيرفو كهربائي بثلاث مراحل. في ذلك الوقت، استُخدم صمام السيرفو بشكل رئيسي في المجال العسكري، ومع بزوغ عصر الفضاء، انتشر استخدام صمام السيرفو على نطاق واسع في مجال الطيران، وطوّر صمام سيرفو احتياطيًا عالي الموثوقية، بالإضافة إلى منتجات متطورة أخرى.
في الوقت نفسه، ومع استمرار توسع تطبيقات صمامات المؤازرة الصناعية، طوّر بعض المصنّعين صمامات مؤازرة صناعية مُخصصة للتطبيقات الصناعية. ولاحقًا، ازداد استخدام صمامات المؤازرة للاستخدام الصناعي. وتتميز هذه الصمامات بالخصائص التالية: حجم أكبر لتسهيل التصنيع؛ جسم الصمام من الألومنيوم؛ مستوى أول مستقل لتسهيل التعديل والصيانة؛ تُستخدم بشكل رئيسي في ظروف الضغط المنخفض التي تقل عن 14 ميجا باسكال؛ سعيًا لتشكيل سلسلة من المنتجات القياسية. مع انتشار استخدام صمامات المؤازرة في التطبيقات الصناعية، طرحت الشركات صماماتها الخاصة المناسبة للتطبيقات الصناعية مع نسبة معينة. تتميز هذه الصمامات بتكلفة منخفضة، على الرغم من أن دقة التحكم فيها لا تُضاهي دقة صمام المؤازرة، إلا أنها تُعوّض عن ضعف أدائها وكفاءتها مقارنةً بصمام المؤازرة بفضل تقنية التحكم المتطورة والأجهزة الإلكترونية المتطورة. طورت شركة بوش صمامها النفاث الشهير ذي اللوحة المسطحة والطيار الكهربائي. طورت شركة فيكرز صمامًا تناسبيًا من نوع KG معوضًا للضغط. قام ريكسروث وبوش وآخرون بتطوير صمام تناسبي يتحكم في حركة البكرة في كلا الاتجاهين باستخدام ملفين.
2. توقعات السوق
شركات إنتاج صمامات المؤازرة هي: Dowty في المملكة المتحدة، Team في الولايات المتحدة، Parker في الولايات المتحدة، Eaton Vickers، Bosch في ألمانيا، Rexroth وما إلى ذلك.
يُقسّم صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي، وفقًا لنوع محرك عزم الدوران، إلى نوعين: ملف متحرك ومغناطيس دائم. معظم صمامات المؤازرة التقليدية التي تستخدم محرك عزم دوران مغناطيسي دائم، يمكن تقسيمها إلى نوعين: فوهة، ونفث. استحوذت شركة Abex United States، الشركة المصنعة الأصلية لصمامات المؤازرة ذات الأنبوب النفاث، على شركة Parker. ومع ذلك، وبفضل أداء صمام المؤازرة ذو الأنبوب النفاث الممتاز في مقاومة التلوث، والموثوقية العالية، والدقة العالية، وغيرها، فإن بعض الشركات المصنعة تُطوّر أو تُطلق منتجاتها الخاصة من صمامات الأنبوب النفاث.
هيدروليكي
صمام المؤازرة
تُستخدم هذه المنتجات بشكل رئيسي في مجالات الطيران والفضاء والسفن وغيرها. في الوقت نفسه، تواجه وحدات الإنتاج تحدياتٍ داخلية، كما أن ضعف التعاون وضعف القدرة على التوزيع لا يُسهمان في تطوير صمامات السيرفو، ولا يُمكّنانها من بناء ميزة تنافسية قوية مع المنتجات الأجنبية.
3. اتجاه التنمية
في الوقت الحاضر، يتجسد اتجاه تطوير تكنولوجيا صمامات السيرفو الكهروهيدروليكية الجديدة بشكل رئيسي في تصميم هياكل جديدة، واستخدام مواد جديدة، ودمج التقنيات الإلكترونية والرقمية والهيدروليكية. وقد ساهم تطوير تكنولوجيا صمامات السيرفو الكهروهيدروليكية بشكل كبير في تطوير تكنولوجيا التحكم الهيدروليكي.
4. تصميم الهيكل الجديد
في التسعينيات، كان تطوير صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي المباشر إنجازًا كبيرًا. طورت شركة باركر تقنية محرك الملف الصوتي (VCD)، وصمامات التحكم DFplus التي تم تطويرها على هذا الأساس. تشبه تقنية محرك الملف الصوتي ما يسمى بمكبر صوت جهاز القيادة، حيث يتم ضبط الهيكل الأساسي في مغناطيس دائم أسطواني ثابت على الملف المتحرك، وعندما يكون ملف إدخال تيار الإشارة، ودور التأثير الكهرومغناطيسي، ينتج الملف وتيار الإشارة المقابل للقوة المحورية، ويتصل المحرك مباشرة بملف حركة البكرة، وتكون قوة الدفع كبيرة جدًا. يحتوي الملف على مستشعر ردود الفعل الإزاحية المدمج، وبالتالي، فإن استخدام صمام DFplus الذي يعمل بنظام VCD هو في الأساس تحكم في الحلقة المغلقة، وتكون الخطية جيدة جدًا. الدعم الكامل لصمام DFplus هو سطح التزاوج بين البكرة وجسم الصمام، مما يقلل بشكل كبير من تأثير الاحتكاك على جودة التحكم. بفضل دمج الخصائص التقنية المذكورة أعلاه، ووحدة التحكم الرقمية المدمجة، يتميز صمام DFplus بأداء تحكم ممتاز، خاصةً في استجابة التردد، حتى 400 هرتز. في ظل اتجاه التطوير، حل صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي المباشر الجديد محل صمام المؤازرة التقليدي في بعض الصناعات، وخاصةً صمام المؤازرة المزود بحاجز فوهة، إلا أن مشكلته الرئيسية تكمن في حجمه الكبير ووزنه الثقيل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في المواقع الصناعية ذات التحكم المؤازر المنخفض. كما أن تقليل وزنه وحجمه، في صناعات الطيران والفضاء والصناعات العسكرية الأخرى، له إمكانات تطوير كبيرة.
بالإضافة إلى ذلك، في السنوات الأخيرة، بالإضافة إلى الدفع المباشر لمحرك عزم الدوران، ظهر نوع جديد من محركات صمامات السيرفو، وظهر أيضًا استخدام محركات متدرجة، ومحرك سيرفو، ومغناطيس كهربائي جديد، وهياكل دفع أخرى، وهيكل تحويل مباشر للضوء إلى سائل لصمام السيرفو. لم يُحسّن تطبيق هذه التقنيات الجديدة أداء صمام السيرفو فحسب، بل ساهم أيضًا في تطوير أفكار صمامات السيرفو، ومنح تقنية صمامات السيرفو الكهروهيدروليكية حيوية جديدة.
5. استخدام المواد الجديدة
يُستخدم حاليًا في مجال تطوير صمامات السيرفو الكهروهيدروليكية مواد جديدة، تعتمد بشكل رئيسي على المكونات الكهرضغطية، والمواد المغناطيسية العملاقة، وسبائك الذاكرة الشكلية، وذلك بناءً على أبحاث وتطوير المحولات. ولكل منها خصائصها المتميزة.
5.1 المكونات الكهرضغطية
يتميز العنصر الكهروضغطي بـ"التأثير الكهروضغطي": في مجال كهربائي معين، يُحدث التأثير تغيرات في الحجم، وفي نطاق معين، يكون التشوه وقوة المجال الكهربائي متناسبين. المكونات الكهروضغطية من المواد الرئيسية للسيراميك الكهروضغطي (PZT)، والمواد الكهروستاتيكية (PMN)، وغيرها. المواد الخزفية الكهروضغطية النموذجية هي السيراميك التلسكوبي الكهروضغطي المكدس من شركة TOKIN اليابانية. مبدأ صمام سيرفو PZT ذو التأثير المباشر هو: يتم توصيل طرفي البكرة عبر كرة بمكونين كهروضغطيين متعددي الطبقات. من خلال التأثير الكهروضغطي للمادة الكهروضغطية، يتم توليد حركة بكرة تلسكوبية. لتحقيق تحويل كهربائي-ميكانيكي. صمام سيرفو حاجز فوهة PMN مُثبّت في الفوهة بمكدس كهرضغطي متصل بالحاجز، وبامتداد المكدس الكهرضغطي، يزداد الانكماش بين الحاجز والفجوة بين الفوهة وينقص، مما يُمكّن طرفي البكرة من تحريك البكرة بفرق الضغط. في الوقت الحالي، يُعدّ تطوير المحولات الكهروميكانيكية الكهرضغطية ناضجًا نسبيًا ويُستخدم على نطاق واسع. يتميز باستجابة تردد سريعة، ويمكن أن يصل عرض نطاق صمام المؤازرة إلى آلاف الهيرتز، إلا أنه يُعاني من التباطؤ والانجراف السهل، مما يُعيق استخدام المكونات الكهرضغطية في صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي في تطبيقات أخرى.
5.2 مادة مغناطيسية عملاقة
تُنتج المادة المغناطيسية العملاقة (GMM) تغيرات في الطول أو الحجم أكبر بكثير تحت تأثير المجال المغناطيسي مقارنةً بالمواد المغناطيسية التقليدية. طُوّر مُحوّل GMM باستخدام مُحوّل GMM. يتصل مُحوّل GMM بالبكرة. من خلال التحكم في تيار ملف التشغيل، يتم تشغيل GMM وتمديده لدفع إزاحة البكرة للتحكم في تدفق خرج صمام المؤازرة. بالمقارنة مع صمام المؤازرة التقليدي، لا يتميز الصمام بخصائص استجابة التردد العالي فحسب، بل يتميز أيضًا بالدقة العالية والهيكل المدمج. بناءً على الوضع الحالي، تُقارن مواد GMM والمواد الكهروضغطية والمواد المغناطيسية التقليدية بإجهاد كبير، وكثافة طاقة عالية، واستجابة سريعة، وقوة خرج، وما إلى ذلك. تُعدّ أبحاث مُحوّلات GMM الكهربائية والميكانيكية والتكنولوجيا ذات الصلة بالغة الأهمية في جميع أنحاء العالم، ويحتاج المستقبل إلى معالجة التشوه الحراري لـ GMM، وتباين الخواص المغناطيسية البلورية، وتآكل المواد وعمليات التصنيع، ومطابقة المعلمات، وغيرها من جوانب هذه المشكلة لتسهيل التكنولوجيا الفائقة. يُستخدم هذا المجال على نطاق واسع.
5.3 ذاكرة الشكل سلوي
تتميز سبيكة الذاكرة الشكلية (SMA) بتأثير ذاكرة الشكل. بعد تشكيلها عند درجة حرارة عالية، تُبرّد إلى درجة حرارة منخفضة، وتُطبّق عليها قوة خارجية. بعد التشوه الدائم، يستعيد المعدن العادي شكله المرن عند تسخينه إلى درجة حرارة أعلى من ذلك. صُمّم صمام المؤازرة بخصائصه المميزة، وهو مُشغّل SMA، يُلفّ عند طرفي البكرة بواسطة سبيكة ذاكرة الشكل، لتشغيله عن طريق التسخين والتبريد، مما يُطيل سبيكة ذاكرة الشكل عند طرفي البكرة أو يُقلّصها، مما يُحرّك حركة البكرة، مع إضافة تغذية راجعة للموضع لتحسين أداء التحكم في صمام المؤازرة. من ناحية أخرى، يُشوّه الصمام SMA، لكن سرعة استجابته بطيئة، والتشوه ليس مستمرًا، مما يحدّ من نطاق تطبيقه.
بالمقارنة مع صمامات المؤازرة التقليدية، وباستخدام مواد جديدة، طورت المحولات الكهربائية الميكانيكية صمامات المؤازرة، وتتميز عمومًا باستجابة تردد عالية ودقة عالية وهيكل مدمج. يُستخدم صمام المؤازرة الكهروهيدروليكي على نطاق واسع في وضعية الكهروهيدروليك، والسرعة، والتسارع، ونظام المؤازرة للقوة، ومولد اهتزاز المؤازرة. يتميز بحجمه الصغير، وبنيته المدمجة، ومعامل تضخيم الطاقة العالي، ودقة التحكم العالية، والخطية الجيدة، والمنطقة الميتة الصغيرة، والحساسية العالية، والأداء الديناميكي الجيد، والاستجابة السريعة. تمكنت تقنية التحكم الهيدروليكية المؤازرة الحالية من التحكم تلقائيًا في التكنولوجيا، والتكنولوجيا الهيدروليكية، والتركيب العضوي للإلكترونيات الدقيقة، لتشكيل جيل جديد من منتجات صمامات المؤازرة. مع المعدات الإلكترونية، واستراتيجيات التحكم، والبرمجيات، والمواد، وجوانب أخرى من التطوير والتقدم، ستدخل تقنية التحكم الكهروهيدروليكي ومنتجات صمامات المؤازرة في الآلة، وسيحقق تكامل الكهرباء والسوائل تقدمًا كبيرًا.
قد تعجبك أيضًا هذه المقالات: