Yük tutma valfleri (karşı denge valfleri olarak da bilinir.) hidrolik sistemlerde büyük önem taşır ve temelde aşağıdaki fonksiyonları yerine getirmek için kullanılır:
- Yük tutma: Yön kontrol valfi orta konumda iken sistemdeki yükün kendini salmasını önlemek. Kapalı merkez bir valf kullanıldığında sürgü ile gövde arasındaki kaçakları tolere etmek
- Yük kontrolü: Sistemdeki yükün kontrolsüz bir şekilde hareketini ve aktüatörlerde (hidrolik motor ya da hidrolik silindirde) kavitasyonu engellemek
- Emniyet: Hidrolik sistemlerde hortum patlaması durumunda yükün kontrolsüz bir şekilde hareketini önlemek (Örneğin bomlu vinç uygulamalarında hortumun patlaması sonucu yükün kontrolsüz hareketi ciddi zararlar verebilir. Bu sebeple yük tutma valfleri büyük önem taşır.)
Bu valfler sistemde hayati önem taşıyan yerlerde kullanılır. Sistemi sürekli izleyerek basınç değişikliklerini algılar. Bu sebeple valfleri sistemin cankurtaranı olarak değerlendirebiliriz! Aslında yük tutma valflerini pilot uyarılı, içerisinde çek valf barındıran bir emniyet valfi gibi düşünebiliriz.
Yük tutma valfinin hidrolik sembolü
Valf tasarımı hat tipi ya da kartriç tipi olabilmektedir. Valfler küçük olabilir ancak uygulamalarda güvenlik ve yük kontrolü konusunda çok büyük role sahiptir.
Hat tipi tekli yük tutma valfi
Yük tuıtma valfleri, vinç uygulamalarında kullanılan hidrolik motorlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bazı modeller hidrolik motor üzerine doğrudan montajlanabilir. Bu tip bir uygulamada yük indirilirken, yük ve yerçekimi kuvveti aynı yöndedir. Bu durum yükün kontrolsüz bir şekilde hareketine sebep olabilir. Bu noktada yük tutma valfi devreye girer ve hidrolik motordan gelen akışı izleyerek yükün kontrollü bir şekilde hareketini sağlar. Pilot basınç ve yükten kaynaklı oluşan kuvvet, yay kuvvetini yendiğinde emniyet valfi açılır.
Yük tutma valfinin basınç ayarı ve pilot oranı seçimi (1:8, 1:4,5, 1:5.5 gibi farklı pilot oranları vardır) önem taşımaktadır. Yükün çok değişken olduğu ve ani şokların beklendiği uygulamalarda, yük tutma valfinin basınç ayarı, sistem basıncından % 20-30 daha fazla olabilir. Ancak yatay konumda çalışan silindirler için bu değer % 5-10 civarındadır. Valfi açmak için gereken pilot basınç, tahliye alanı ile pilot alanı arasındaki oran olan pilot oranına bağlı olacaktır. Pilot basıncı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Valf ayarı = Sistem basıncı + (pilot basıncı x pilot oranı)
Yük tutma valfleri sürekli olarak sistemi monitör eder. Yük kontrolsüz bir şekilde hareketlendiğinde, pilot hattındaki basınç düşer. Valf, silindirden ya da hidrolik motordan çıkan akışı kısıtlayarak yükün kontrolsüz hareketini önlemiş olur.
Genel olarak, daha yüksek pilot oranları stabil yükler için ve daha düşük pilot oranları değişken yükler için iyi sonuç verir. Aşağıdaki grafikte, daha düşük bir pilot oranlı valfin (2.5:1) sistem basıncındaki değişikliklere karşı daha hassas olduğunu görebilirsiniz. Yük basıncı aniden yükselirse, operatörün ek pilot basıncı uygulaması gerekecektir. Yüksek pilot oranlı valfler daha verimlidir ancak hassas yük kontrolü elde edilemez. Tipik bir örnek olarak düz bir bom silindirinin açılmasını düşünebiliriz.
3:1 pilot oranlı, 320 bar basınç ayarına sahip bir yük tutma valfinin, 250 bar yük basıncına sahip bir sistemde ne kadar pilot basınca ihtiyaç duyduğunu hesaplayalım. Bu durumda gerekli pilot basınç 23,33 bar olarak hesaplanır.
320 = 250 + (Pilot basıncı x 3)
Ancak gerçek sistemlerde, aktüatörün alan oranını dikkate almak gerekir. Çünkü aşağıdaki şekilde 3 numaralı pilot hattına uygulanan basınç, aktüatör girişine ve aktüatörün alan farkı yoluyla 1 numaralı hatta da uygulanır.
Valf ayarı = yük basıncı + [Pilot basıncı x (pilot oranı+1/alan oranı)]
320 = 250 + (Pilot basıncı x 3,66)
Pilot basıncı 19,12 bar olarak hesaplanır.
Yukarıdaki örnekte, yük tutma valfi silindirin piston tarafına bağlanmıştır.
Özetleyecek olursak yük tutma valfleri güvenlik ve yük kontrolü için oldukça önemli komponentlerdir. Kapalı merkez yön kontrol valfleri ile kullanılması tavsiye edilmez. Genellikle valf konumu yüzer konumludur. (A ve B hatları orta konumda tanka açıktır.) Bu, orta konumda pilot basıncını sıfırlayarak valfin düzgün bir şekilde kapanmasını sağlar. Ancak kapalı merkez yön kontrol valfleri ile kullanılabilen özel yük tutma valfleri de mevcuttur.
Resimler eğitim amaçlı kullanılmıştır.
Kaynaklar
- Design World, Overcenter Valves are Key to Hydraulic Control
- Eaton, How to select a counterbalance valve
- Fluidpower Pro, pilot ratio & pilot pressure of counterbalance valves