เครื่องจักรกลงานก่อสร้างประเภทต่างๆ

ภาพการ์ตูนนี้แปลมาจากโปสเตอร์ของสมาคมอุตสาหกรรมเครื่องจักรกลงานก่อสร้างญี่ปุ่น รวบรวมประเภทต่างๆของ ยานยนต์ขนถ่ายวัสดุ, รถกระเช้า, และเครื่องจักรกลงานก่อสร้างที่ใช้กันทั่วไป เกือบทั้งหมดจะใช้ระบบไฮดรอลิกในการทำงานหรือในการขับเคลื่อน.

poster eqtha

Advertisements

ส่วนประกอบของรถขุดแบ็คโฮ

cat p1

รถแบ็คโฮ (backhoe) เป็นรถขุดดิน (excavator) ชนิดหนึ่ง ซึ่งรถขุดทั้งหมดนั้นมีอยู่หลายแบบ เช่น

1.รถขุดลาก (dragline excavator) ขุดโดยใช้เครื่องกว้านลากถังตักดินด้วยสายสลิงใช้ในงานก่อสร้างขนาดใหญ่ เช่นการชลประทาน

dragline1

รูปที่ 1 dragline excavator

2.รถขุดแบบล้อตัก (bucket wheel excavator) หรือ trencher สำหรับงานขนาดใหญ่มากขึ้นไปอีก เป็นแบบที่เก่าแก่ที่สุด ทั้งสองแบบแรกมีขนาดใหญ่ไม่สะดวกในการเคลื่อนย้ายสำหรับการก่อสร้างในเขตเมือง

trencher2_smd

รูปที่ 2 bucketwheel excavator

3.รถขุดแบบอื่นๆ เช่นรถขุดแบบตักหน้า (power shovel) รวมทั้งรถแบ็คโฮ ซึ่งชนิดที่มีความนิยมมากที่สุดในงานก่อสร้างทั่วไป ใช้การขุดแบบตักหลังเหมือนกับจอบ (hoe) ตักมาด้านหลังโดยใช้กระบอกสูบไฮดรอลิก บางครั้งจึงเรียกว่า hydraulic shovel หรือพลั่วไฮดรอลิก รถแบ็คโฮมีทั้งแบบล้อยาง ตามรูปที่ 3 ซึ่งมีความคล่องตัวสูง และมักจะมีแขนขุดแบ็คโฮอยู่ด้านหนึ่ง และอาจจะติดตั้งชุดตักดิน (loader) อยู่อีกด้านหนึ่งไปด้วย ในประเทศไทย รถแบ็คโฮ มักจะถูกเรียกอย่างผิดๆว่า แมคโค ที่ไม่ได้มีความเกี่ยวข้องอะไรกันเลย ในญี่ปุ่น บางคนเรียกว่ารถ”ยุมโบ” ตามชื่อรุ่นรถแบคโฮของมิตซูบิชิ “yumbo” ที่ขายดีมาก ซึ่งมีที่มาจากบริษัทฝรั่งเศส SICAM ที่มิตซูบิชิได้รับอนุญาตให้นำสิทธิบัตรมาผลิต ส่วนประเทศอื่นก็เรียกต่างกันไป

backhoe-wheel-loader-

รูปที่ 3 รถขุดตักแบบล้อยาง (backhoe wheel loader)

ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะส่วนประกอบของรถขุดแบบตีนตะขาบ (crawler excavator) ซึ่งสามารถรับโหลดได้มากกว่าแบบล้อยาง และเป็นแบบที่มีการใช้งานมากที่สุด มีทั้งแบบที่ตีนตะขาบ (track) เป็นเหล็ก และแบบที่เป็นแทรคยางสำหรับรถขนาดเล็ก ส่วนประกอบต่างๆ ของรถแบ็คโฮแบบตีนตะขาบขนาดที่ใช้กันทั่วไปมีชื่อเรียกตามรูปที่ 4

shovel02_thรูปที่ 4 ส่วนประกอบของรถแบ็คโฮแบบตีนตะขาบ

รถแบ็คโฮแบบที่นิยมในปัจจุบัน จะมีองค์ประกอบหลักสามส่วนได้แก่

  • โครงสร้างส่วนบน (upper structure, revolving unit) หรือส่วนเอวที่หมุนหรือสวิงได้รอบ เป็นโครงสร้างที่ติดตั้งเครื่องยนต์,ระบบไฮดรอลิก,ห้องควบคุม และชุดแขนขุดสำหรับการทำงาน

excavator inside

รูปที่ 5 อุปกรณ์ระบบไฮดรอลิกบางส่วนของรถแบ็คโฮใน revolving unit

  • ชุดแขนขุด (backhoe) ติดตั้งอยู่บนส่วนลำตัวโครงสร้างส่วนบน ประกอบด้วย บูม (boom) ซึ่งยึดเข้ากับส่วนลำตัว และขับเคลื่อนด้วยกระบอกสูบไฮดรอลิกสองข้าง, อาร์ม (arm) หรือเรียกว่า dip stick ซึ่งอยู่ถัดจากบูมและยึดด้วยสลักให้หมุนได้กับคอบูม ถูกขับเคลื่อนด้วยกระบอกสูบที่อยู่บนบูม, และบุ้งกี๋ หรือจอบขุด (bucket) ซึ่งด้านล่างยึดเข้ากับอาร์มด้วยสลัก และด้านบนยึดเข้ากับก้านต่อของกลไก four bar linkage ซึ่งทำหน้าที่ขับเคลื่อนบุ้งกี๋ด้วยกระบอกสูบหนึ่งตัวที่อยู่บนอาร์ม. กลไก four bar linkage นี้ประกอบด้วยก้านต่อ 4 ส่วน ได้แก่ ตัวอาร์ม, ตัวบุ้งกี๋, ก้านต่อบุ้งกี๋ (bucket link) หรือโตงเตง, และก้านต่อตะเกียบสองข้าง หรือขาตั๊กแตน (idler link). ที่ปลายบุ้งกี๋จะมีฟันขุด (teeth) หรือบางทีเรียกว่าเล็บขุด ที่สามารถถอดเปลี่ยนได้

g02330813 dwg

รูปที่ 6 กลไกก้านต่อสำหรับบุ้งกี๋

ในรถบางรุ่น สามารถเปลี่ยนตัวบุ้งกี๋ เป็นรูปทรงอื่นๆ นอกจากงานขุดได้ เช่น งานเจาะ,งานตอก หรือบุ้งกี๋แบบก้ามปู  และอาจมีกระบอกสูบอาร์มเพิ่มขึ้นได้.

  • ช่วงล่างแบบตีนตะขาบ (undercarriage, crawler traveling unit) เป็นสายพานเหล็กเพื่อรองรับน้ำหนักรถและเคลื่อนที่ในแนวนอน ขับด้วยมอเตอร์ไฮดรอลิกข้างละหนึ่งตัวผ่านทางเฟืองโซ่ (sprocket) สายพานตีนตะขาบจะประกอบด้วยใบแทรค (shoe) จำนวนมากที่แยกออกจากกันได้ ติดตั้งอยู่บนโซ่แทรค (link) ที่ถอดแยกได้เช่นกัน น้ำหนักรถจะถ่ายทอดผ่านลูกกลิ้งล่างหรือโรลเลอร์ (roller) ไปยังใบแทรค. ลูกกลิ้งตัวบน ที่เรียกว่าแคเรียร์ (carrier) ทำหน้าที่รับน้ำหนักสายพานตีนตะขาบไม่ให้หย่อน.การบังคับเลี้ยวกระทำโดยความเร็วที่แตกต่างกันของตีนตะขาบแต่ละข้าง.

เนื่องจากชุดช่วงล่างต้องการน้ำมันไฮดรอลิกในการขับมอเตอร์ให้เคลื่อนที่ไปพร้อมกับการสวิงได้รอบ และปัมป์น้ำมันนั้นติดตั้งอยู่ในลำตัวของส่วนหมุนด้านบน จึงต้องมีอุปกรณ์ข้อต่อหมุน (rotary union/swivel joint) ตั้งอยู่บริเวณจุดศูนย์กลางของสวิงแบริงรูปวงกลม เพื่อการเชื่อมต่อช่องทางการไหลของน้ำมันจากส่วนบนไปยังส่วนล่างได้ในขณะที่หมุน ดังรูปที่  7 และ 8

rotary swivel

รูปที่ 7 ตำแหน่งของ rotary union ใน undercarriage

ส่วนแกนกลางของข้อต่อหมุนจะยึดกับส่วนเอวหมุนด้านบน และมีช่องทางน้ำมันตรงกลางต่อไปยังปัมป์ไฮดรอลิกและถังพัก แต่ละช่องน้ำมันจะทะลุไปยังผิวด้านนอกที่มีร่องตามแนวเส้นรอบวงที่ตำแหน่งตามแนวแกนต่างๆกัน ถูกแยกจากกันด้วยซีลกันน้ำมัน. ส่วนเปลือกด้านนอกของข้อต่อหมุนจะยึดเข้ากับช่วงล่าง (undercarriage) ซึ่งอยู่กับที่ บริเวณจุดศูนย์กลางของแบริงสวิง (turntable) พอดี โดยมีช่องทางน้ำมันที่ตำแหน่งตามแนวแกนแตกต่างกันนั้นเชื่อมต่อไปยังมอเตอร์ขับตีนตะขาบแต่ละตัว. เมื่อส่วนเอวด้านบนหมุนไป ช่องทางน้ำมันของแกนใน(ซึ่งหมุนไปกับส่วนบน) จะเชื่อมต่อกับช่องทางน้ำมันของเปลือกนอก (ซึ่งอยู่กับที่ติดกับช่วงล่าง) ได้ตลอดเวลา ทำให้รถแบ็คโฮหมุนได้รอบพร้อมกับการขับเคลื่อนชุดตีนตะขาบด้วยระบบไฮดรอลิกไปด้วย.

13921rotatingjo_00000006785 swivel

รูปที่ 8 ส่วนประกอบภายในของ rotary union หรือ swivel joint (เอียงจากตำแหน่งจริง 90 องศา)

วิดีโอแสดงการทำงานของข้อต่อหมุน

rotary joint

kobelco excavator(shovel)

http://www.hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/FittingsCouplin/Article/False/6421/TechZone-FittingsCouplin

http://www.nationalihcollectors.com/PDF/Yumbo_Hydraulic_Excavator.pdf

สรรัตน์ หงส์ประภัศร ระบบไฮดรอลิกส์ในเครื่องจักรกล

 

วงจรหนีบชิ้นงานที่มีการควบคุมความดัน (controlled pressure clamping circuit)

ในการขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่องอัดไฮดรอลิก (hydraulic press) หรือเครื่องฉีดพลาสติก (injection moulding machine) มักจะต้องการจับยึดชิ้นงานให้แน่นหนาระหว่างการเจาะ,การฉีด, การพับหรือตัดด้วยกระบอกสูบไฮดรอลิก วงจรไฮดรอลิกเพื่อการหนีบชิ้นงานที่มีการควบคุมความดัน จะทำหน้าที่ดังกล่าว ในลักษณะของวงจรจัดลำดับการทำงาน (sequencing circuit) รูปแบบหนึ่ง โดยการควบคุมกระบอกสูบสองชุดให้ทำงานสัมพันธ์กัน ได้แก่ กระบอกสูบหนีบชิ้นงาน (clamping cylinder) ซึ่งทำหน้าที่หนีบชิ้นงานเข้ากับแท่นเครื่องให้แน่น และกระบอกสูบทำงาน (work cylinder) ซึ่งทำหน้าที่ขึ้นรูปชิ้นงาน เช่นการเจาะ การพับ หรือการตัด วงจรนี้จะควบคุมความดันของกระบอกสูบหนีบชิ้นงาน ให้เพียงพอตลอดการขึ้นรูป เมื่อกระบอกสูบทำงาน ถอยกลับแล้วจึงค่อยทำการปลดความดัน

conclamp 1

รูปที่ 1 วงจรไฮดรอลิกของการหนีบชิ้นงานแบบควบคุมความดัน

conclamp 2

รูปที่ 2 แผนภาพเชิงเส้นของวงจรไฮดรอลิก ในรูปที่ 1

ขั้นตอนการทำงานตามแผนภาพวงจรในรูปเป็นดังนี้

วงจรในรูปแสดงสถานะที่กระบอกสูบหนีบชิ้นงาน (clamp cylinder) และกระบอกสูบทำงาน (work cylinder) J,K ทั้งสองตัวถอยกลับสุด เมื่อโซลินอยด์ b ของวาล์วควบคุมทิศทาง G และH ทำงาน จะดันแกนวาล์วควบคุมไปฝั่งที่เปิดช่องทางน้ำมันให้ความดันจากปัมป์ ไหลผ่านรีลีฟวาล์ว D, วาล์วควบคุมความดัน E,F และวาล์วควบคุม ไปด้านท้ายกระบอกดันให้ลูกสูบ J ของกระบอกสูบหนีบชิ้นงานเคลื่อนที่ออกก่อน ส่วนกระบอกสูบทำงาน K ยังไม่มีความดันน้ำมันมากระทำเนื่องจากวาล์ว Eยังปิดอยู่

เมื่อชิ้นงานถูกหนีบไว้ด้วยกระบอกสูบ แล้ว ความดันจะเพิ่มสูงขึ้นจนถึงค่าที่ตั้งไว้ที่สปริงของซีเควนซ์วาล์ว E น้ำมันจะไหลผ่านวาล์ว ไปยังวาล์วควบคุม ที่อยู่ในตำแหน่งพร้อม (หรือด้วยการทำงานของลิมิตสวิทช์ที่ไม่ได้แสดงในรูป) ส่งน้ำมันไปยังด้านท้ายกระบอก ของกระบอกสูบทำงาน ให้ยืดออก

ซีเควนซ์วาล์ว ทำหน้าที่รักษาระดับความดันในการหนีบของ ไว้ไม่ให้ต่ำกว่าระดับที่กำหนด ในระหว่างการทำงานของกระบอกสูบ K ส่วนวาล์วลดความดัน F จะทำหน้าที่จำกัดไม่ให้ความดันของ สูงเกินไป ดังนั้น ความดันในการหนีบชิ้นงานจึงถูกควบคุมไว้ระหว่างค่าที่ตั้งไว้ของวาล์ว และวาล์ว F

ในจังหวะถอยกลับของ K ที่วาล์วควบคุม โซลินอยด์ bจะตัดการทำงานและโซลินอยด์ aจะถูกกระตุ้นแทน (โดยการควบคุมแบบแมนวลหรือด้วยการทำงานของลิมิตสวิทช์ที่ไม่ได้แสดงให้เห็น) น้ำมันจากปัมป์จึงไหลผ่านวาล์ว E และ ไปยังด้านปลายแกนของ K ดันให้ลูกสูบถอยกลับ ในระหว่างนี้วาล์ว E และF จะรักษาระดับแรงดันการหนีบที่กระบอกสูบ ไว้เช่นเดียวกับจังหวะเลื่อนออก ทำให้ความดันการหนีบมีค่าสม่ำเสมอตลอดการทำงาน เมื่อกระบอกสูบ ถอยกลับจนสุดแล้ว จึงจะกระตุ้นโซลินอยด์ของวาล์วควบคุม G (แบบแมนวลหรือด้วยลิมิตสวิทช์) ให้น้ำมันจากปัมป์ไหลผ่านวาล์ว E,F,Gไปยังด้านปลายแกนของ Jเพื่อปลดการหนีบชิ้นงานของกระบอกสูบ J ให้ถอยกลับสู่ตำแหน่งเดิม

วาล์วควบคุมความดันที่แสดงภาพไว้ในวงจร ได้แก่ เป็นวาล์ว E เป็นวาล์วจัดลำดับ (sequence valve) แบบเดียวกับวาล์วระบายความดันปกติปิด และวาล์ว เป็นวาล์วลดความดัน (pressure reducing valve) หรือวาล์วควบคุมความดันปลายทาง (pressure regulator) แบบปกติเปิด มีโครงสร้างภายในตามรูปที่ 3 และ 4

rsequence

รูปที่ 3 วาล์วจัดลำดับ (sequence valve) แบบ “R”

วาล์ว E เป็นวาล์วจัดลำดับ (sequence valve) หรือที่บริษัท Vickers/Eatonเรียกว่า R-type pressure control valve มีการทำงานเหมือนกับรีลิฟวาล์วคือช่องทางออกไปยังอุปกรณ์ปลายทาง (secondary) อยู่ในตำแหน่งปกติปิด เมื่อความดันต้นทาง (primary) ที่มีช่องทางผ่านไปยังด้านล่างของแกนวาล์วเพิ่มสูงขึ้นจนเท่ากับแรงต้านสปริงที่ส่วนบนสุด แกนวาล์วจะยกตัวขึ้น เปิดช่องทางออกให้ความดันน้ำมันตามค่าที่ตั้งไว้ระบายออกไปยังด้านปลายทางได้ เพื่อควบคุมความดันต้นทางไม่ให้เกินค่าที่ตั้งไว้ด้วยสปริง วาล์วแบบR” นี้เป็นวาล์วที่สามารถแยกส่วนประกอบได้ เพื่อจัดรูปแบบการทำงานได้หลากหลายรูปแบบ และยังมีช่องทางน้ำมันในตัวที่ไหลผ่านวาล์วไปยังวาล์วอื่นปลายทางได้ (ในที่นี้คือวาล์ว F) ทำให้ประหยัดการใช้ข้อต่อสามทางลงได้

preducing

รูปที่ 4 วาล์วลดความดันแบบไพลอท (pilot-operated pressure reducing valve)

สำหรับวาล์ว เป็นวาล์วลดความดันแบบไพลอท (pilot-operated pressure reducing valve) หรือวาล์วควบคุมความดันปลายทาง (pressure regulator) แบบปกติเปิด เมื่อความดันด้านปลายทาง (outlet) ต่ำกว่าค่าที่กำหนด น้ำมันความดันสูงจากต้นทางจะไหลผ่านด้านนอกของแกนวาล์วไปเติมด้านปลายทางได้ทำให้ความดันด้านปลายทางสูงขึ้น แรงดันน้ำมันด้านทางออกจะมีช่องทางเชื่อมต่อกับด้านล่างของแกนวาล์ว และผ่านศูนย์กลางของแกนวาล์วไปถึงไพลอทวาล์วด้านบน โดยมีสปริงอ่อน (ประมาณ 1 บาร์)โน้มแกนวาล์วไว้ภายใน จนเมื่อความดันด้านทางออก (control pressure) ถึงค่าที่ตั้งไว้ด้วยสปริงตัวบน ไพลอทวาล์วจะเปิดออกระบายความดันน้ำมันลงถัง และความดันด้านบนที่กดแกนวาล์วลดลง เมื่อแกนวาล์วยกตัวสูงขึ้นจะไปปิดช่องทางน้ำมันไหลออก ส่งผลให้น้ำมันไหลไปเติมด้านปลายทาง และความดันปลายทางลดลง วาล์วลดความดันนี้จึงเป็นการควบคุมความดัน ปลายทาง ด้วยการปิดการไหลเมื่อความดันสูง ซึ่งตรงกันข้ามกับ วาล์วซีเควนซ์ที่เป็นการควบคุมความดัน ต้นทาง โดยการเปิดการไหลเมื่อความดันสูง การใช้ไพลอทวาล์วในวาล์วลดความดันนี้ ทำให้สามารถควบคุมความดันทางออก (ที่ด้านล่างของแกนวาล์ว) ได้โดยตรง โดยไม่ขึ้นอยู่กับความดันด้านทางเข้าซึ่งไม่มีผลต่อผลรวมของแรงในแนวตั้งของแกนวาล์วในรูปนี้เลย

Sperry Vickers, "Industrial Hydraulics Manual".

สรรัตน์ หงส์ประภัศร, ระบบไฮดรอลิกส์ในเครื่องจักรกล.

 

 

การอุปมัยทางไฮดรอลิกส์-ไฟฟ้า ระหว่างมอเตอร์ไฮดรอลิกและมอเตอร์กระแสตรง

ระบบทางไฮดรอลิกส์มีการอุปมัย (analogy) เปรียบได้กับระบบวงจรไฟฟ้าที่สมมูลกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ต่อแบบอนุกรมกับมอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดันจะพบว่ามีคุณสมบัติที่คล้ายกันอย่างเห็นได้ชัดหลายประการ การอุปมัยนี้จะช่วยให้นำความเข้าใจระบบไฟฟ้ามาใช้ในการจำลองระบบไฮดรอลิกส์เพื่อวิเคราะห์การทำงานได้

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ต่อแบบอนุกรม และมอเตอร์ไฮดรอลิกแบบปรับปริมาตรได้ที่มีการชดเชยความดันซึ่งมีขนาดแรงบิดและความเร็วรอบเท่ากันจะมีเส้นโค้งคุณลักษณะระหว่างแรงบิดกับความเร็วรอบเหมือนกันมาก โดยทั่วไปจะมีรูปแบบตามรูปที่ 1

0517HP_MotCtrl_Fig1รูปที่ 1 มอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรมและมอเตอร์ไฮดรอลิกมีกราฟแรงบิดต่อความเร็วใกล้เคียงกันมาก

การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม

มอเตอร์กระแสตรงที่ต่อแบบอนุกรม ซึ่งหมายถึงขดลวดของสเตเตอร์ต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์ (armature) ในโรเตอร์ ตามรูปที่ 2 จะมีความสัมพันธ์ระหว่างฟลักส์แม่เหล็กของขดลวดสเตเตอร์ และความเร็วของโรเตอร์ในลักษณะที่มอเตอร์(โรเตอร์) จะเร่งความเร็วขึ้นพร้อมกับเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จนกระทั่งแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (counter/back emf) นั้นหักล้าง หรือเกือบมีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าจ่ายเข้ามอเตอร์ ซึ่งได้แก่ความต่างศักย์ของแบตเตอรีในภาพ กระแสไฟฟ้าก็จะเป็นศูนย์ เมื่อเริ่มจ่ายไฟฟ้าเข้าขณะที่มอเตอร์หยุดนิ่ง เพลาไม่หมุนและไม่เกิด back emf กระแสไฟฟ้าจะพุ่งไปสู่ค่าสูงสุดทำให้เกิดแรงบิดเริ่มต้นที่มีค่ามากด้วย ทำให้มอเตอร์เร่งความเร็วขึ้น พร้อมกับผลิต back emfต่อต้านแรงดันจ่ายเข้ามอเตอร์ กระแสไฟฟ้าในอาร์เมเจอร์ ลดลง (ซึ่งเท่ากับกระแสฟิลด์) ฟลักส์สนามและแรงบิดจึงลดลงตามไปด้วย จนกระทั่งแรงบิดของมอเตอร์สมดุลกับแรงบิดของโหลดภายนอก มอเตอร์ก็จะหมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ ณ ค่ากระแสในอาร์เมเจอร์ที่สภาวะสมดุล

มอเตอร์ชนิดนี้มีคุณลักษณะการทำงานที่อุปมัยได้เหมือนกันทุกอย่างกับมอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดัน (pressure compensated hydraulic motor) ซึ่งเพิ่มปริมาตรจุได้ตามความดันในระบบ ทำให้มอเตอร์ชนิดนี้หมุนด้วยความเร็วรอบสูงเมื่อความดันหรือโหลดต่ำและความเร็วต่ำเมื่อความดันหรือโหลดสูง เช่นเดียวกันกับมอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรมนั่นเอง0517HP_MotCtrl_Fig2รูปที่ 2 ในมอเตอร์แบบอนุกรม กระแสอาร์เมเจอร์จะไหลผ่านขดลวดสนาม (stator field coil) ของสเตเตอร์ด้วย

ดังจะเห็นจากเส้นโค้งคุณลักษณะในรูปที่ 1 ซึ่งแรงบิดแปรผันตรงข้ามกับความเร็วรอบสำหรับมอเตอร์ทั้งสองชนิด เส้นโค้งในรูปนี้มักจะถูกเรียกอย่างไม่ค่อยถูกต้องว่าเส้นโค้งกำลังงานขาออกคงที่เนื่องจากกำลังงานเท่ากับแรงบิดคูณด้วยความเร็วรอบ แต่สิ่งนี้เป็นเพียงประมาณการที่ใกล้เคียงโดยบังเอิญเท่านั้น กำลังงานมิได้คงที่พอดีโดยเฉพาะสำหรับมอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรม ซึ่งคุณสมบัติการปรับเปลี่ยนแรงบิดนี้ทำให้การทำงานไม่สะดุด

มอเตอร์แบบอนุกรมนี้ ยังสามารถใช้กับแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับได้ด้วย หรือที่เรียกว่ามอเตอร์ยูนิเวอร์แซล (universal motor) คือใช้ได้ทั้งไฟกระแสตรงแลกระแสสลับ เนื่องจากแรงบิดที่ทำให้มอเตอร์หมุนเกิดจากฟลักส์แม่เหล็กของขดลวดสนาม คูณกับกระแสอาร์เมเจอร์ ในมอเตอร์แบบอนุกรมนั้น ขดลวดสนาม และขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อกันแบบอนุกรม กระแสที่ไหลผ่านขดลวดทั้งสองจึงเท่ากัน เช่นเดียวกับฟลักส์และแรงแม่เหล็กของขดลวดทั้งสองก็จะมีเฟสตรงกันด้วย เมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ขั้วแม่เหล็กจากการเหนี่ยวนำในขดลวดทั้งสองจะเปลี่ยนมุมเฟสไปพร้อมกัน ทำให้มอเตอร์สามารถหมุนได้เหมือนกับไฟกระแสตรง ซึ่งการทำงานแบบนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในมอเตอร์ที่ต่อขดลวดแบบขนาน (shunt) ที่ต้องใช้กับไฟกระแสตรงเท่านั้น

มอเตอร์ยูนิเวอร์แซลแบบอนุกรมมักจะใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพา เช่นสว่าน หรือเลื่อยไฟฟ้า ซึ่งต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูง โดยไม่ต้องใช้กระแสไฟมากเกินไป โครงสร้างภายในของมอเตอร์จะนิยมเคลือบแกนเหล็กของขดลวดไว้เพื่อลดความร้อนจากกระแสไหลวน (eddy-current) และเพิ่มประสิทธิภาพ

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับมอเตอร์แบบอนุกรมคือ เมื่อโหลดเพลาของมอเตอร์ขาดหายไปกะทันหัน ความเร็วรอบจะสูงขึ้นในทันที แต่จะไม่สามารถสร้างback emfขึ้นและลดกระแสลงได้ในทันที ทำให้มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วสูงมากเกินกว่า 20,000 rpm และเกิดความเสียหายจากแรงเหวี่ยงได้ จึงจำเป็นต้องออกแบบอุปกรณ์ป้องกันไว้เพื่อไม่ให้ความเร็วของมอเตอร์สูงเกินไป และจะไม่ใช้การสตาร์ตมอเตอร์ชนิดนี้โดยไม่มีโหลด

การทำงานของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดัน

มอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดัน หมายถึงมอเตอร์แบบปรับปริมาตรได้ เช่นมอเตอร์แบบลูกสูบแนวแกน (inline piston motor) ตามรูปที่ 3เมื่อความดันเพิ่มขึ้นตามโหลด แกนวาล์วชดเชยความดัน (compensator spool) จะดันสวอชเพลทให้เอียงมากขึ้น และเพิ่มปริมาตรจุของมอเตอร์ทำให้แรงบิดเพิ่มขึ้น ถ้าหากอัตราการไหลเข้าคงที่โดยที่ปริมาตรจุเพิ่มขึ้น ความเร็วรอบของมอเตอร์ก็จะลดลงสวนทางกับปริมาตรจุ การชดเชยความดันสำหรับมอเตอร์จะเป็นไปในทางตรงข้ามกับการชดเชยความดันสำหรับปัมป์ไฮดรอลิกส์ซึ่งจะลดปริมาตรจุลงเมื่อความดันในระบบ (โหลด) เพิ่มขึ้น

pcomp motor

รูปที่ 3 ตัวอย่างลักษณะของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดัน

มอเตอร์ไฮดรอลิกแบบมีการชดเชยความดันเป็นมอเตอร์ชนิดปรับปริมาตรได้ ที่ได้รับการออกแบบให้มีแรงบิดต่ำเมื่อความเร็วรอบสูง และแรงบิดสูงเมื่อความเร็วต่ำ เช่นเดียวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม และมีเส้นโค้งการทำงานลักษณะคล้ายกับรูปที่ 1 กลไกการชดเชยความดันเป็นไปตามรูปที่ 3 และ 4 ซึ่งลูกสูบรับรู้ความดันโหลด (sensing piston) จะเชื่อมต่อทางกลกับกลไกปรับปริมาตรจุของมอเตอร์ (โยค หรือสวอชเพลท) ในลักษณะที่จะเพิ่มปริมาตรจุของมอเตอร์ (ลูกสูบเลื่อนไปทางขวา) เมื่อความดันทางส่งเพิ่มสูงขึ้น

ในการทำงานปกติ ปัมป์ในระบบส่งกำลังไฮโดรสแตติก จะส่งอัตราการไหลค่อนข้างคงที่ออกมา เมื่อโหลดที่กระทำต่อมอเตอร์มีค่าต่ำ ผลต่างความดันในระบบส่งกำลังจะมีค่าต่ำ ส่งผลให้แรงดันสปริงคืนตัว (ไบแอสสปริง) ที่อยู่ทางขวาของกลไกชดเชยความดันของมอเตอร์ตามรูปที่ 4 จะออกแรงดันให้ปริมาตรจุของมอเตอร์ลดลง แรงบิดของมอเตอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับผลต่างความดันคูณกับค่าปริมาตรจุก็จะลดลงด้วยจนสมดุลกับโหลด ขณะเดียวกันอัตราการไหลผ่านมอเตอร์แบบแทนที่ปริมาตร (positive displacement motor) ซึ่งเท่ากับปริมาตรจุคูณกับความเร็วรอบมีค่าคงที่เท่ากับอัตราการไหลจากปัมป์ ดังนั้นเมื่อปริมาตรจุลดลง มอเตอร์จะหมุนเร็วมากขึ้น ทางด้านซ้ายสุดของชุดลูกสูบรับรู้ความดันจะมีสกรูปรับปริมาตรต่ำสุดเอาไว้ป้องกันไม่ให้มอเตอร์หมุนเร็วเกินไป0517HP_MotCtrl_F3

รูปที่ 4 แผนภาพของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่มีการชดเชยความดัน ปริมาตรจุของมอเตอร์เพิ่มตามความดันโหลด

เมื่อโหลดของมอเตอร์สูงขึ้น ความดันของระบบจะสูงขึ้นด้วย จนทำให้ลูกสูบรับรู้ความดันเลื่อนไปทางขวา เพิ่มปริมาตรจุ ส่งผลให้แรงบิดจากมอเตอร์เพิ่มขึ้นเพื่อให้สมดุลกับโหลด พร้อมกับที่ความเร็วรอบของมอเตอร์ลดลงตามปริมาตรจุที่เพิ่มขึ้น เป็นไปตามเส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิดความเร็วตามรูปที่ 1

การนำมอเตอร์ชนิดนี้ไปใช้กับระบบส่งกำลังไฮโดรสแตติก (hydrostatic transmission) ที่ขับด้วยเครื่องยนต์ จะเป็นการเพิ่มแรงบิดขาออกที่ความเร็วรอบต่ำได้มากกว่าแรงบิดสูงสุดของต้นกำลัง ที่มักจะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลได้ โดยไม่เกิดการสะท้านหรือสะดุดของเครื่องยนต์ ซึ่งให้กำลังงานไม่เกินกว่าขีดจำกัดอัตราสูงสุด (corner power) แต่สามารถส่งแรงบิดขาออกได้เพิ่มขึ้น ทั้งมอเตอร์ไฮดรอลิกปรับปริมาตรจุได้ที่มีการชดเชยความดันในระบบส่งกำลังไฮโดรสแตติก และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงต่อขดลวดแบบอนุกรม ต่างก็มีความสามารถในการป้องกันการเดินสะดุด (anti-lugging) ลักษณะนี้ได้

0517HP_MotCtrl_Fig4รูปที่ 5 ระบบควบคุมการขับมอเตอร์แบบ วอร์ด เลียวนาร์ด ซึ่งควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์แยกกัน

ระบบควบคุมการขับมอเตอร์แบบวอร์ด เลียวนาร์ด

ระบบควบคุมการขับมอเตอร์แบบ วอร์ด เลียวนาร์ด (Ward Leonard drive) ตามรูปที่ 5 ซึ่งพัฒนาขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 (.. 1891)ใช้เจเนอเรเตอร์กำเนิดกระแสไฟฟ้าไปขับมอเตอร์ ที่ต่างก็มีกระแสไฟฟ้าสนามที่ควบคุมได้อย่างเป็นอิสระจากกัน ระบบนี้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ มีการหมุนราบเรียบ และตอบสนองเร็ว ได้รับความนิยมมาเป็นเวลาเกือบศตวรรษแต่มีค่าใช้จ่ายสูง เพราะต้องใช้เครื่องจักรกล 3 ชุดคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและต้นกำลังที่ใช้ขับ (ซึ่งอาจจะเป็นเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้าอีกตัวหนึ่ง) และมอเตอร์ตัวที่ใช้งาน

ในระบบนี้ เมื่อเพิ่มกระแสสนามของเจเนอเรเตอร์ แรงดันเอาท์พุทของเจเนอเรเตอร์จะเพิ่มตามและทำให้มอเตอร์เริ่งความเร็วขึ้นผลิตแรงดัน back emfขึันมาต้านกับแรงดันจากเจเนอเรเตอร์ เมื่อเพิ่มกระแสสนามของมอเตอร์ ฟลักส์จะเพิ่มขึ้น และทำให้แรงบิดของมอเตอร์เพิ่มขึ้น ความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ใช้งานจึงสามารถควบคุมแยกจากกันได้สะดวกโดยการปรับกระแสขดลวดสนามของเจเนอเรเตอร์และของมอเตอร์ ตามลำดับ นอกจากนั้นระบบวอร์ด เลียวนาร์ดยังมีคุณสมบัติเก็บสะสมพลังงานมาใช้ใหม่ (regenerative) ด้วย เนื่องจากความเฉื่อยการหมุนที่สูง เมื่อเพลาหน่วงความเร็วลง พลังงานจากการหมุนจะคืนกลับไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ การไหลของพลังงานจึงเป็นแบบสองทิศทาง

Peak-Tram-Ward-Leonard-basic-configuration

รูปที่ 6 โครงสร้างอุปกรณ์ของระบบควบคุมการขับมอเตอร์แบบ วอร์ด เลียวนาร์ด

ตัวอย่างหนึ่งของระบบควบคุมมอเตอร์แบบวอร์ด เลียวนาร์ดแสดงไว้ในรูปที่ 6 ซึ่งเป็นระบบที่ใช้ขับรถรางขึ้นภูเขาในฮ่องกง (peak tram) ปัจจุบันนี้ระบบวอร์ด เลียวนาร์ดจะถูกทดแทนด้วยการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบปรับความถี่ได้ (inverter) รวมทั้งมอเตอร์กระแสตรงแบบใช้แปรงถ่าน ซึ่งมีปัญหาการสึกหรอและซ่อมบำรุงก็ลดความนิยมลงไป การทำงานของระบบวอร์ด เลียวนาร์ดนี้ถูกอธิบายไว้เพื่อแสดงให้เห็นถึงอุปมัยระหว่างระบบทางไฟฟ้ากับระบบไฮดรอลิกส์ เนื่องจากระบบวอร์ด เลียวนาร์ด มีคุณลักษณะใกล้เคียงมากกับระบบส่งกำลังไฮโดรสแตติกที่นิยมใช้ในเครื่องจักรกลเคลื่อนที่จำนวนมาก

0517HP_MotCtrl_Fig5

รูปที่ 7 แผนภาพวงจรไฮดรอลิกของระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติก

ระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติก

ระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติก (hydrostatic transmission) ตามแผนภาพอย่างง่ายในรูปที่ 7 เป็นระบบไฮดรอลิกที่นิยมใช้ในเครื่องจักรกลงานก่อสร้างและเครื่องจักรการเกษตร ประกอบด้วยปัมป์ไฮดรอลิกซึ่งมักจะขับด้วยเครื่องยนต์ดีเซล ส่งน้ำมันความดันสูงไปหมุนมอเตอร์ไฮดรอลิก วงจรตามรูปที่ 7 นั้นทั้งปัมป์และมอเตอร์เป็นแบบปรับปริมาตรจุได้ ทำให้สามารถควบคุมแรงบิดและความเร็วรอบของมอเตอร์ให้พอดีกับโหลด ระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติกนี้มีคุณสมบัติรีเจเนอเรทีฟโดยธรรมชาติ ซึ่งสามารถนำพลังงานความเฉื่อยในการเบรกมาสะสมไว้ในแอคคิวมูเลเตอร์เพื่อนำกลับมาใช้งานได้ คล้ายกับระบบควบคุมวอร์ด เลียวนาร์ดทางไฟฟ้า

ระบบส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติก ยังมีอุปมัยเหมือนกับระบบควบคุมวอร์ด เลียวนาร์ดทางไฟฟ้า อีกหลายอย่างเช่น

table

การควบคุมแรงบิดและความเร็วรอบของมอเตอร์ในระบบทั้งสองชนิดจึงมีลักษณะเหมือนกัน ในกรณีที่ปัมป์และมอเตอร์ของระบบไฮโดรสแตติกเป็นแบบปรับปริมาตรจุได้ และมีการชดเชยความดัน คือปริมาตรจุของมอเตอร์จะปรับเพิ่มขึ้นเมื่อความดันในระบบสูงขึ้นตามโหลด ทำให้ความเร็วรอบมอเตอร์ลดลงแต่แรงบิดสูงขึ้น เพื่อให้การทำงานเป็นไปอย่างราบเรียบไม่เกิดการสะดุด ส่วนการชดเชยความดันด้านปัมป์จะมีไว้เพื่อป้องกันระบบส่งกำลังไม่ให้เกิดความดันสูงเกินไป โดยจะลดปริมาตรจุของปัมป์ลงเมื่อความดันด้านทางส่งปัมป์ยังคงสูง การทำงานร่วมกันของปัมป์และมอเตอร์ไฮดรอลิกในระบบไฮโดรสแตติก จึงมีความคล้ายกับ การทำงานของเจเนอเรเตอร์และมอเตอร์แบบอนุกรมในระบบควบคุมวอร์ดเลียวนาร์ดที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้านั่นเอง

Johnson Jack. “Hydraulic-Electric Analogies: DC Motors and Hydraulic Motors”.

http://www.hydraulicspneumatics.com/hydraulic-pumps-motors/hydraulic-electric-analogies-dc-motors-and-hydraulic-motors

Sperry Vickers. “Industrial Hydraulics Manual”.

https://industrialhistoryhk.org/the-peak-tram-how-it-works

https://en.wikipedia.org/wiki/Ward_Leonard_control

ระบบส่งกำลังแปรผันได้ต่อเนื่องสำหรับรถจักรยาน NuVinci

ระบบส่งกำลังแบบแปรผันได้อย่างต่อเนื่อง (continuous variable transmission) หลายรูปแบบ ได้ถูกนำมาใช้กับรถจักรยานมาก่อนหน้านี้แล้ว เช่น การปรับเปลี่ยนรัศมีของเฟืองโซ่ (expanding chainwheel drive) ของบริษัท Eckart Hettlage ประมาณปี ค.ศ. 2000 ระบบเกียร์ NuVinci โดยบริษัท Fallbrook technologies ได้นำหลักการส่งกำลัง Kopp Variator ที่มีใช้อยู่เดิมในโรงงานอุตสาหกรรม มาปรับใช้กับรถจักรยาน ระบบส่งกำลังต่อเนื่องนี้ มีหลักการคล้ายกับ toroidal cvt ที่ส่งกำลังผ่านความเสียดทานของผิวสัมผัส ข้อแตกต่างคือ ในระบบส่งกำลังแบบทอรอยด์นั้น อัตราทดเปลี่ยนไปเมื่อลูกกลิ้งซี่งมีรัศมีคงที่สัมผัสกับจานทอรอยด์ที่รัศมีของทอรอยด์เปลี่ยนไป ขณะที่ในระบบ NuVinci หรือ Kopp Variator นั้น รัศมีที่เปลี่ยนไปนั้นเป็นรัศมีของตัวลูกกลิ้งเอง ซึ่งมีรูปร่างทรงกลม และสัมผัสกับจานขาเข้าและจานขาออกซึ่งมีรูปร่างกรวยที่รัศมีของจานคงที่

SONY DSC

เกียร์ NuVinci CVP ผ่าแสดงชิ้นส่วนภายใน

การทำงานของ Kopp Variator ตามสิทธิบัตรเดิมในปี 1949 ของ Jean Kopp ชาวสวิตเซอร์แลนด์ แสดงไว้ตามภาพภาคตัดขวางจากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 2,469,653 ระบบส่งกำลังประกอบด้วยจานรูปกรวยติดกับเพลาขาเข้า สีแดง (1), จานรูปกรวยยึดติดกับเพลาขาออก สีเขียว (8), ลูกกลิ้งรูปทรงกลมหลายลูก สีฟ้า (3) ซึ่งหมุนรอบแกนที่เอียงได้และอยู่ล้อมรอบเพลาขาเข้าและขาออก, และแผ่นดิสก์ สีเหลือง (53) ควบคุมมุมเอียงของแกนลูกกลิ้ง

kop f1เมื่อจานขาเข้าหมุนตามเพลาเครื่องต้นกำลัง (1) ลูกกลิ้งทรงกลม หรือลูกบอล (3) ที่สัมผัสกับด้านนอกจานจะถูกลากให้หมุนรอบแกนของมันเองตามไปด้วยแรงเสียดทาน แต่จะไม่หมุนไปกับเพลา เนื่องจากถูกบังคับไว้ด้วยร่องตามแนวรัศมีในเคสซิง (52a) การหมุนรอบตัวเองของลูกบอลจะถูกส่งผ่านไปยังจานขาออก (8) ที่สัมผัสกันอีกจุดหนึ่งให้หมุนตามไปด้วย ทำให้เพลาขาออกหมุนตามเพลาขาเข้าไปในทิศทางเดียวกัน

kop f2

จากภาพที่มองในแนวแกนเพลา จะเห็นลูกบอลในตัวอย่างนี้จำนวน 5 ลูก วางตัวอยู่ล้อมรอบเพลาเสมือนกับเฟืองแพลเนทารี ระบบส่งกำลังนี้จึงมักถูกเรียกว่า CVP, continuously variable planetary ด้วยเช่นกัน และแผ่นดิสก์ สีเหลือง (53) จะมีร่องในแนวทแยง (52) ที่ปลายด้านหนึ่งของแกนหมุน (50) ของลูกบอลทุกลูกจะสอดไว้แบบให้เลื่อนได้ สำหรับการควบคุมมุมเอียงของแกนลูกกลิ้ง โดยการเลื่อนคันโยก (16) ในแนวเส้นรอบวง จะทำให้ปลายของแกนหมุนของลูกบอลเคลื่อนที่ในแนวรัศมี และจะทำให้มุมเอียงของลูกบอลเทียบกับแกนเพลาเปลี่ยนไป ส่งผลให้อัตราทดการส่งกำลังเปลี่ยนแปลงไปด้วย เมื่อแกนหมุนของลูกบอลขนานกับแกนเพลาขาเข้าและขาออกพอดี จุดสัมผัสของลูกบอลแพลเนทารีกับจานขาเข้าและขาออกจะมีค่ารัศมีเท่ากัน ทำให้ความเร็วการหมุนของจานขาเข้าและจานขาออกมีค่าเท่ากัน อัตราทดกรณีนี้เท่ากับหนึ่ง

kop f3

แต่ถ้าควบคุมแผ่นดิสก์ให้แกนหมุนเอียง จนทำให้จุดสัมผัสของลูกบอลกับจานขาเข้ามีค่ารัศมี มากกว่า รัศมีที่จุดสัมผัสของลูกบอลกับจานขาออก ความเร็วรอบการหมุนของเพลาขาออกจะลดลงต่ำกว่าเพลาขาเข้า แต่แรงบิดจะสูงขึ้น หรือเป็นเกียร์ต่ำ (underdrive) นั่นเอง ในทางตรงกันข้าม ถ้าควบคุมให้จุดสัมผัสของลูกบอลกับจานขาเข้ามีค่ารัศมี น้อยกว่า รัศมีที่จุดสัมผัสของลูกบอลกับจานขาออก ความเร็วรอบการหมุนของเพลาขาออกจะสูงกว่าเพลาขาเข้า แต่แรงบิดจะลดลง หรือเป็นเกียร์สูง (overdrive) การควบคุมอัตราทดของ Kopp variator ที่อาศัยความเสียดทานผ่านลูกบอลนี้ จะทำได้อย่างต่อเนื่อง โดยมีอัตราส่วนระหว่างเกียร์สูงกับเกียร์ต่ำประมาณ 9 เท่า

ภาพถ่ายแสดงชิ้นส่วนภายในของ Kopp variator

สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 7,238,136 ในปี 2007 บริษัท Fallbrook technologies ได้นำหลักการส่งกำลังของ Kopp variator มาปรับปรุงเป็นระบบเกียร์ NuVinci สำหรับรถจักรยานที่ติดตั้งอยู่ในดุมล้อหลัง โดยการเปลี่ยนโครงสร้างจากการให้ลูกบอลสัมผัส ขอบด้านนอก ของจานขาเข้าและขาเข้า ให้เป็นการสัมผัสกับ ขอบด้านใน ของจานขาเข้าและขาออกแทน ทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กกะทัดรัดลงสามารถบรรจุในดุมล้อหลังรถจักรยานได้ และยังมีการพัฒนาน้ำมันเกียร์ traction fluid ขึ้นมาใช้ส่งกำลังโดยเฉพาะ เพื่อปกป้องผิวโลหะให้ไม่ต้องสัมผัสกันโดยตรง

Tilting_ball_variator

หลักการทำงานสำคัญยังคงเหมือนกับ Kopp variator คือการส่งกำลังผ่านความเสียดทานด้วยการหมุนของลูกบอลที่มีฟิล์มน้ำมันเกียร์เคลือบไว้ และการเปลี่ยนอัตราทดด้วยการปรับมุมเอียงของแกนหมุนของลูกบอลแพลเนทารี ผู้ขับขี่จะควบคุมการเปลี่ยนเกียร์ได้อย่างต่อเนื่องตลอดเวลาขณะที่เพลากำลังหมุน

nuvinci 1

nuv ratio

ภาพจากสิทธิบัตรของ Fallbrook technologies แสดงให้เห็นจานขาเข้า (สีแดง) สัมผัสกับลูกบอล (สีฟ้า) ซึ่งอีกด้านของลูกบอลสัมผัสอยู่กับจานขาออก (สีเขียว) และด้านในของลูกบอลถูกรองรับไว้ด้วยบูชหมุนตัวเปล่า หรือ idler (สีน้ำเงิน) ในภาพจะแสดงเกียร์ต่ำ (underdrive)

nuv patent1

เกียร์ระบบ NuVinci CVP ในรถจักรยานได้รับความนิยมที่ดี เมื่อเปรียบเทียบกับเกียร์แบบแปรผันต่อเนื่องระบบอื่น ดังภาพการเปรียบเทียบอัตราทดเกียร์ และยังมีการนำระบบนี้ไปใช้กับการส่งกำลังในยานยนต์อื่น และในโรงงานอุตสาหกรรมอีกด้วย

nuv gearchart

 

 

Hadland T, Lessing H (2016). “Bicycle Design: An Illustrated History “. MIT Press.

Wilson, David Gordon (2004). “Bicycling science”. MIT Press.

http://www.allspeeds.co.uk/wp-content/files_mf/brochure.pdf

US patent No. 2,469,653 Jean Kopp. “Stepless variable change speed gear with roller bodies”.

US patent No. 7,238,136 Miller et al. “Continuously variable transmission”.

 

 

ระบบส่งกำลังแบบ Toroidal CVT

ระบบส่งกำลังแปรผันได้อย่างต่อเนื่องแบบทอรอยด์ (Toroidal Continuous Variable Transmission) หรือในชื่อเรียกอื่นๆ เช่นระบบส่งกำลังด้วยลูกกลิ้งความเสียดทาน, Traction CVT, Friction roller, Precess cam infinitely variable transmission หรือที่เรียกอย่างถูกต้องกว่าคือ แบบผิวสัมผัสครึ่งทอรอยด์ เนื่องจากในระบบนี้ใช้การส่งผ่านกำลังงานจากผิวสัมผัสรูปครึ่งทอรอยด์ (half toroidal) คือผิวสัมผัสที่เกิดจากการกวาดผิวด้านในของรูปวงกลมตามแนวเส้นรอบวง เหมือนรูปทรงขนมโดนัท แต่จะใช้เพียงครึ่งเดียวคือครึ่งด้านในที่มีรัศมีตั้งแต่ครึ่งรูปโดนัทถัดเข้ามาด้านใน จึงเรียกว่าครึ่งทอรอยด์

fullhalf

 

ระบบส่งกำลังแบบทอรอยด์ (half toroidal) นี้ประกอบด้วยจานที่มีผิวสัมผัสรูปครึ่งทอรอยด์ 2 ด้าน คือด้านขาเข้าต่อกับเพลาเครื่องยนต์ และด้านขาออกต่อกับเพลาที่นำไปใช้งานเช่นชุดเฟืองท้าย (differential) เพลาทั้งสองจะมีศูนย์กลางร่วมกัน และส่งผ่านกำลังงานจากขาเข้าไปขาออกโดยผ่านทางชุดลูกกลิ้งความเสียดทาน (roller) ซึ่งในปัจจุบันจานทอรอยด์ 1 คู่จะใช้ ลูกกลิ้ง 2 ตัว แต่อาจจะมากกว่านั้นก็ได้ ระบบควบคุมของรถยนต์จะบังคับมุมเอียงของลูกกลิ้งนี้ ซึ่งจะกำหนดจุดสัมผัสของลูกกลิ้งกับผิวจานทอรอยด์แต่ละข้าง ความแตกต่างของรัศมีที่จุดสัมผัสของลูกกลิ้งกับจานทอรอยด์แต่ละข้างจะเป็นการกำหนดอัตราทด (gear ratio) ของการส่งกำลังนั่นเอง

imagesJMJ4C5HX

ตามรูป เมื่อลูกกลิ้งสัมผัสกับจานแต่ละข้าง ณ ตำแหน่งที่มีรัศมีเดียวกัน หรือแกนสมมาตรของลูกกลิ้งตั้งฉากกับแกนเพลาของจานทอรอยด์พอดี จานทอรอยด์ของเพลาขาเข้าจะลากลูกกลิ้งให้หมุนตามด้วยความเสียดทาน และลูกกลิ้งจะไปลากจานทอรอยด์ขาออกให้หมุนตามไปด้วยด้วยความเร็วรอบของจานทอรอยด์ทั้งสองเท่ากัน อัตราทดขณะนี้เท่ากับ 1

imagesEBC3JL9S

รูปต่อมาจะเป็นเกียร์สูง เมื่อระบบควบคุมจะบังคับมุมเอียงของลูกกลิ้งทั้งสองตัว ให้สัมผัสกับจานทอรอยด์ขาเข้า (สีแดง ด้านบน) ที่รัศมีด้านนอก ที่มากกว่าจุดสัมผัสของลูกกลิ้งกับจานทอรอยด์ขาออก (สีเขียว ด้านล่าง) ความเร็วรอบของเพลาขาออก จึงสูงกว่าความเร็วรอบของเพลาขาเข้า พร้อมด้วยแรงบิดที่ลดลงตามสัดส่วน สำหรับเกียร์ต่ำ ลูกกลิ้งจะถูกบังคับให้เอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม คือจะสัมผัสกับจานทอรอยด์ขาเข้าที่รัศมีค่าน้อย และสัมผัสกับจานทอรอยด์ขาออกที่รัศมีมากกว่า จะทำให้ความเร็วรอบของเพลาขาออกลดลง และแรงบิดสูงขึ้น

traction

ในปัจจุบันมีการนำมาใช้งานเป็นเกียร์อัตโนมัติในชื่อทางการค้าว่า Extroid ในรถยนต์นิสสันบางรุ่น ซึ่งใช้ชุดส่งกำลังแบบทอรอยด์เรียงต่อหันหลังชนกัน 2 ชุด (dual toroid) เพื่อให้แรงปฏิกิริยาสมดุลกัน ข้อดีของการส่งกำลังแบบ toroidal คือเป็น CVT ที่เปลี่ยนแปลงอัตราทดตอบสนองต่อการขับขี่ได้อย่างนิ่มนวล ไม่สะดุดเหมือนแบบใช้เฟืองส่งกำลัง และยังมีประสิทธิภาพสูง และกะทัดรัดกว่าแบบใช้สายพาน แต่ยังคงมีราคาสูงในการผลิตโดยเฉพาะผิวทอรอยด์ที่ต้องการความแม่นยำ และเพิ่มค่าใช้จ่ายการบำรุงรักษา และมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ นอกจากนี้ก็ยังคงต้องการ torque converter ทางด้านเพลาขาเข้าที่จะลดประสิทธิภาพลงไปบ้าง

cutaway extroid

ภาพส่วนประกอบภายในของระบบส่งกำลัง toroidal cvt (Extroid) ในเกียร์อัตโนมัติของรถยนต์นิสสัน

ประวัติการพัฒนาระบบส่งกำลังทอรอยด์ มีมานานแล้ว ตั้งแต่เกิดแนวคิดนี้ในสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา เลขที่ 197,472 โดย C W Hunt ตั้งแต่ปี 1877 แต่เทคโนโลจีอื่นๆ เช่นวัสดุ และระบบควบคุมยังไม่พร้อม

1877

จนกระทั่งได้รับการพัฒนามากขึ้น ในช่วงปี 1950-1980 โดย Charles Kraus ตามสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,008,337 ในปี 1961 ซึ่งเป็นรูปแบบที่ถูกนำมาพัฒนาจนเป็นเกียร์อัตโนมัติแบบทอรอยด์ในปัจจุบัน สิทธิบัตรดังกล่าวใช้ลูกกลิ้ง 3 ตัว (สีฟ้าในรูปแสดงให้เห็นลูกกลิ้ง 1 ตัว) ต่อจานทอรอยด์ 1 คู่ ส่งกำลังขาเข้าจากจานทอรอยด์สีแดง ไปยังจานทอรอยด์ขาออก สีเขียว โดยมีชุดวาล์วไฮดรอลิกควบคุมตำแหน่งของลูกกลิ้ง

kraus 1961 new

และบริษัทรถยนต์นิสสันโดยวิศวกรชื่อ Misaki Nakano และ NSK ในญี่ปุ่น ได้นำมาผลิตเป็นเกียร์อัตโนมัติของรถยนต์ในชื่อ Extroid ซึ่งใช้จานทอรอยด์ 2 คู่และมีลูกกลิ้ง 2 ตัวต่อคู่

nakano 1991

ภาพจากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาของ Nissan เลขที่ 5,984,826

extroid_cvt3

โครงสร้างการทำงานของระบบส่งกำลัง Extroid ของรถยนต์นิสสัน

นอกจากการนำมาใช้ในรถยนต์แล้ว ยังมีการดัดแปลงหลักการส่งกำลังแบบใช้แรงเสียดทานของผิวสัมผัสแบบทอรอยด์นี้ ไปใช้เป็นระบบเกียร์แบบแปรผันต่อเนื่องในรถจักรยานที่เรียกว่า NuVinci โดยบริษัท Fallbrook technologies อีกด้วย

nuvinci 1

ระบบส่งกำลัง NuVinci สำหรับรถจักรยาน

 

การควบคุมจำกัดแรงบิด (Torque limiter control)

การควบคุมจำกัดแรงบิด มีหลักการทำงานเหมือนกับการควบคุมกำลังงาน (horsepower control) หรือ DFLR control นั่นเอง ซึ่งการเรียกว่าระบบจำกัดแรงบิดให้คงที่ (constant torque) ควรเป็นชื่อเรียกที่ถูกต้องมากกว่า โดยเฉพาะในงานโมบายล์ไฮดรอลิกส์ เนื่องจาก

power = torque × rotating speed = pressure × flow rate

และอัตราการไหลของปัมป์แบบแทนที่ปริมาตร (positive displacement) เช่นปัมป์เฟือง หรือปัมป์ลูกสูบ ในช่วงทำงานปกตินั้นขึ้นอยู่กับปริมาตรจุ (pump displacement,) โดยตรง ตามสมการ

flow rate (Q) = displacement () × rotating speed (n)

แรงบิดจึงขึ้นอยู่กับปริมาตรจุของปัมป์ด้วย

torque (T) = pressure (p) × displacement (∀)

ระบบควบคุมจำกัดแรงบิดจะทำหน้าที่ปรับปริมาตรจุของปัมป์ให้ลดลงเมื่อความดันโหลดเพิ่มขึ้น จึงเป็นการควบคุมเพื่อรักษา”แรงบิด”ให้คงที่ (p.∀=ค่าคงที่) แต่การปรับปริมาตรจุ (variable displacement) มิใช่ปรับอัตราการไหลโดยตรง ถ้าหากความเร็วรอบของปัมป์เปลี่ยนแปลงไปที่ปริมาตรจุเดียวกัน อัตราการไหลรวมทั้งกำลังงานขาเข้าก็จะเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งอยู่นอกเหนือการควบคุมสำหรับระบบนี้ แต่สำหรับปัมป์ไฮดรอลิกที่ขับด้วยต้นกำลังความเร็วรอบคงที่เช่นมอเตอร์ไฟฟ้าในงานไฮดรอลิกส์อุตสาหกรรม เมื่อแรงบิดคงที่แล้วกำลังงานก็จะคงที่ด้วย ทั้งสองระบบจะเหมือนกันทุกประการ

parker f1

ในบทความนี้จะอธิบายการทำงานของ torque limiter ในปัมป์ลูกสูบแนวแกนที่ปรับปริมาตรได้ของบริษัท Parker Hannifin ซึ่งเป็นการควบคุมแบบประมาณการแรงบิดให้คงที่ โดยใช้สมการเส้นตรง p + k.∀ = ค่าคงที่ ซึ่งใกล้เคียงกับสมการเส้นโค้งไฮเพอร์โบลา p.∀= ค่าคงที่ มากที่สุด ทำให้ได้อุปกรณ์ควบคุมที่กะทัดรัด และติดตั้งรวมกับชุดวาล์วชดเชยความดันและการไหล (compensators) อยู่ในตัวปัมป์ได้เลย

parker f2new

หลักการทำงานของระบบควบคุมจำกัดแรงบิดให้คงที่ จะเหมือนกับบทความเรื่อง horsepower control คือ เมื่อระบบรับรู้ความดันโหลดที่เพิ่มขึ้นจะลดปริมาตรจุของปัมป์ลงให้สอดคล้องกัน เพื่อให้แรงบิดไม่เกินกำหนด และสามารถขยายขอบเขตการทำงานของต้นกำลังแรงบิดคงที่ ให้ปัมป์ส่งจ่ายอัตราการไหลสูงเมื่อโหลดต้องการความเร็วเพิ่มขึ้นแต่มีแรงต้านน้อย หรือส่งจ่ายน้ำมันที่ความดันสูงเมื่อโหลดเกิดแรงต้านมากแต่ความเร็วต่ำได้ แต่จะจำกัดไม่ให้อัตราการไหลสูงและความดันสูงเกิดขึ้นพร้อมกันซึ่งมีโอกาสเกิดขึ้นน้อย เพื่อไม่ให้เกินกำลังของเครื่องยนต์ขับ และเป็นอันตรายต่อชิ้นส่วนทางกลในระบบ

parker f3

วาล์วจำกัดแรงบิด (torque limiter valve) สำหรับปัมป์ลูกสูบปรับปริมาตรได้ในตัวอย่าง เป็นแบบสปริงกดที่มีปลายกดสัมผัสกับส่วนปลายของลูกสูบเซอร์โว ควบคุมมุมเอียงสวอชเพลทของปัมป์ดังรูป ซึ่งเป็นปัมป์ที่มีระบบควบคุมแบบ integrated control มีชุดวาล์ว pressure and flow compensators ติดตั้งรวมอยู่ในตัวปัมป์เลย หรือที่เรียกว่าระบบควบคุม DFLR control ในภาษาเยอรมันนั่นเอง

parker f4

ปลายด้านในของ torque limiter control จะเป็นเสมือนตัวตามที่สัมผัสอยู่กับส่วนปลายของลูกสูบเซอร์โว (สีเหลือง) ด้านที่เชื่อมต่อกับสวอช เพลท ซึ่งมีลักษณะเป็นผิวรูปกรวยหรือเทเปอร์ (tapered cone surface) ที่เป็นเสมือนลูกเบี้ยวที่จะบังคับตำแหน่งของ torque limiter control ให้เป็นไปตามตำแหน่งของสวอชเพลท ตัวอย่างเช่นในรูปภาคตัดขวางจะแสดงตำแหน่งสวอชเพลทที่มีมุมเอียงสูงสุด และให้ปริมาตรจุของปัมป์สูงสุด ผิวเทเปอร์ของลูกสูบเซอร์โวก็จะอยู่ในตำแหน่งที่ทำให้ปลายตัวเลื่อน (carriage) ของ torque limiter control อยู่ด้านล่าง (ด้านในปัมป์) มากที่สุดตามไปด้วย

torque limit

ภาพมุมขยายของ torque limiter control

จากภาพภาคตัดขวางมุมขยายของ torque limiter control จะมีปลายด้านล่างของส่วนตัวเลื่อน (carriage, สีฟ้าอ่อนในรูป) สัมผัสอยู่กับผิวเทเปอร์ที่ปลายของลูกสูบเซอร์โว (สีเหลือง) ตัวเลื่อนนี้จะเลื่อนขึ้นลงตามผิวเทเปอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาตรจุของปัมป์อีกทีหนึ่ง ด้านบนของตัวเลื่อนจะมีช่องทางการไหลของน้ำมันจากเส้นทางโหลดเซนซิงซึ่งรับความดันโหลดผ่านทางวาล์ว flow compensator (LS) และมีก้านวาล์ว (valve stem) สีชมพู ปิดรูน้ำมันอยู่โดยด้านล่างชนกับบ่าวาล์ว (seating) ที่อยู่บนตัวเลื่อน ส่วนด้านบนของก้านวาล์วจะมีแรงต้านจากสปริง ซึ่งใช้ปรับตั้งค่าแรงบิดที่ต้องการ และน้ำมันในเคสซึ่งเชื่อมต่อกับถัง (สีเขียว) ดังนั้นก้านวาล์วนี้จะเปิดให้ความดันน้ำมันโหลดเซนซิงระบายลงถัง เมื่อความดันของโหลดสูงกว่าแรงต้านสปริง แต่แรงต้านสปริงนี้จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของตัวเลื่อนซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาตรจุของปัมป์ด้วยนั่นเอง ตัวอย่างในรูปแสดงตำแหน่งซึ่งปริมาตรจุมีค่าสูงสุด ผิวเทเปอร์จะปล่อยให้ตัวเลื่อนของ torque limiter อยู่ด้านล่างสุด สปริงที่กดก้านวาล์วไว้จะมีแรงต้านอ่อนที่สุด หากความดันโหลด LS สูงขึ้นเพียงเล็กน้อยจะถูกระบายลงถังไป วาล์ว torque limiter control จึงมีการทำงานเหมือนกับรีลิฟวาล์ว

ในกรณีที่ลูกสูบเซอร์โวเลื่อนมาทางซ้าย และปริมาตรจุมีค่าลดลง ผิวเทเปอร์จะยกตัวเลื่อนของ torque limiter ขึ้นด้านบน กดสปริงให้มีแรงต้านมากขึ้น ก้านวาล์วจะเปิดยากขึ้น ความดันโหลดที่จุดสมดุล ณ จุดทำงานที่ปริมาตรจุมีค่าต่ำ ก็จะเพิ่มสูงขึ้นด้วย

วงจรการทำงานของระบบควบคุม torque limiter

การทำงานของวงจรไฮดรอลิกควบคุมปัมป์ จะมีขั้นตอนการทำงานดังวงจรในรูป โดยใช้รหัสสีของเส้นทางน้ำมันดังรูปต่อไปนี้

parker f5 colornew

เริ่มจากปัมป์ทำงานที่สภาวะคงที่ ณ อัตราการไหลสูงสุด ตามรูป มุมเอียงของสวอชเพลทมีค่าสูงสุด ลูกสูบเซอร์โวควบคุมช่วงชักของปัมป์อยู่ที่ตำแหน่งสมดุลค่อนไปทางขวา ขณะนี้ชุดวาล์ว compensators ไม่ทำงาน ความดันของโหลดจากช่องทางน้ำมันโหลดเซนซิงอยู่ในระดับต่ำ และสมดุลกับแรงสปริงที่อ่อนภายใน torque limiter control ซึ่งมีปลายตัวเลื่อนที่สัมผัสแนบกับผิวเทเปอร์ของลูกสูบเซอร์โวอยู่ด้านล่างสุด

pump maxflow

ในขั้นถัดมา ตามรูปล่าง มีการใช้งานอุปกรณ์ปลายทางให้รับโหลด ความดันจึงสูงขึ้นและถูกถ่ายทอดผ่านช่องทางน้ำมันโหลดเซนซิง (สีส้ม) มายังช่อง LS ของ วาล์ว torque limiter control เอาชนะแรงต้านสปริง และยกก้านวาล์วขึ้นระบายน้ำมัน LS ลงถัง ทำให้ความดันด้านขวาของแกนวาล์ว Load sense spool (ตัวบน) ลดลงทันทีชั่วขณะ โดยที่จังหวะนี้ความดันของโหลดที่ปลายทางยังเติมผ่านรูออริฟิสกลับมาไม่ทัน แกนวาล์วโหลดเซนซิงจึงถูกเลื่อนไปด้วยความดันทางส่งปัมป์ที่สูงกว่า เปิดช่องทางน้ำมันให้ความดันทางส่งปัมป์ (สีแดง) ไหลผ่านวาล์ว LS และ PC เข้าไปกดลูกสูบเซอร์โว ให้เลื่อนไปทางซ้ายเพื่อลดมุมเอียงสวอชเพลท, ช่วงชัก และปริมาตรจุของปัมป์ลง เรียกว่าจังหวะการลดช่วงชักปัมป์ หรือ destroke ซึ่งเกิดขึ้นเพียงชั่วขณะ ในขณะเดียวกับที่ลูกสูบเซอร์โวเลื่อนไปทางซ้ายนั้น ผิวเทเปอร์จะยกให้ตัวเลื่อนของวาล์ว torque control ยกสูงขึ้นดันสปริงให้มีแรงต้านมากกว่าเดิม จนสมดุลกับความดันของโหลด วาล์ว LS ก็จะหยุดทำงานกลับสู่สภาวะสมดุลอีกครั้งหนึ่งแต่เป็นสมดุลใหม่ที่มีความดันโหลดสูงขึ้น แต่อัตราการไหลลดลง เนื่องจากปัมป์มีปริมาตรจุลดลง ตำแหน่งของลูกสูบเซอร์โวเลื่อนไปอยู่ทางซ้ายมากกว่าตำแหน่งเดิม

pump destroke

ในทางตรงกันข้าม ถ้าหากผู้ใช้งานต้องการเพิ่มความเร็วของอุปกรณ์ทำงาน โดยไม่ต้องการความดันโหลด เช่นเมื่อต้องการเปลี่ยนตำแหน่งของเครนโดยไม่มีน้ำหนักที่ทำการยก ผู้ใช้งานจะเปิดวาล์วควบคุมทิศทางทำให้ความดันลดระหว่างความดันทางส่งปัมป์ กับความดันโหลดลดลง จนน้อยกว่าแรงต้านสปริงมาร์จินที่แกนวาล์วโหลดเซนซิง LS ทำให้แรงต้านสปริงดันแกนวาล์ว load sense ให้เปิดช่องทางให้น้ำมันออกจากท้ายกระบอกสูบเซอร์โวไหลกลับถังไป (สีน้ำเงิน) ลูกสูบเซอร์โวจึงเลื่อนไปทางขวา, มุมเอียงของสวอชเพลทสูงขึ้น และปริมาตรจุของปัมป์มากกว่าเดิม เรียกว่าการเพิ่มช่วงชักของปัมป์ หรือจังหวะ on stroke ซึ่งก็จะทำให้ตัวเลื่อนของวาล์วจำกัดแรงบิดขยับตามผิวเทเปอร์ลงด้านล่าง และแรงสปริงที่วาล์วจำกัดแรงบิดจึงอ่อนลงกว่าเดิม เป็นการจำกัดความดันของโหลดให้มีค่าลดลงพร้อมกันไป

pump onstroke

ถ้าหากความดันของโหลดเพิ่มสูงมากเกินไป จนถึงค่าที่ตั้งไว้ของแกนวาล์ว pressure compensator (PC) เช่นประมาณ 150 บาร์ ความดันทางส่งจะดันให้วาล์ว PC เปิดช่องทางให้น้ำมันจากทางส่งปัมป์เข้าไปดันลูกสูบเซอร์โว เพื่อ destroke ปัมป์ให้ลดการส่งอัตราการไหลของน้ำมันออกมา

pump compensa

จะเห็นได้ว่า วาล์ว torque limiter จะทำหน้าที่จำกัดแรงบิดของปัมป์ โดยการจำกัดปริมาตรจุของปัมป์ให้ลดลง เมื่อความดันโหลดเพิ่มสูงขึ้น หรือจำกัดความดันโหลดเมื่อต้องการอัตราการไหล (และปริมาตรจุ) เพิ่มมากขึ้น แต่การใช้สปริงในวาล์ว torque limiter เป็นตัวควบคุมจะเป็นเพียงการประมาณเส้นโค้งแรงบิดคงที่ p.∀=ค่าคงที่ ด้วยสมการเส้นตรง p+∀=ค่าคงที่ เท่านั้น การประมาณนี้จะใกล้เคียงมากขึ้น เมื่อใช้สปริงแบบมีความแข็งเพิ่มขึ้นตามระยะยุบ (stiffening spring)

ระบบควบคุมปัมป์ทางไฟฟ้าแบบพรอพอร์ชันแนล

นอกจากการควบคุมปัมป์ด้วยวิธีการทางไฮดรอลิกเครื่องกลแบบดั้งเดิม ตามที่อธิบายข้างต้นแล้ว ในปัจจุบันการควบคุมระบบไฮดรอลิกทางไฟฟ้า (electrohydraulic) ที่มีระบบควบคุมปริมาตรจุแบบพรอพอร์ชันแนล (proportional displacement) ก็เริ่มเป็นที่นิยมใช้มากขึ้น ในระบบทางไฟฟ้าจะมีการป้อนกลับสัญญาณตำแหน่งของลูกสูบเซอร์โว ด้วยเซนเซอร์ LVDT แทนที่วาล์ว torque limiter ทางกลแบบเดิม การกระตุ้นแกนวาล์วก็จะใช้โซลินอยด์แบบพรอพอร์ชันแนลแทนที่จะอาศัยหลักสมดุลความดันทางไฮดรอลิกของแกนวาล์วแบบเดิม โดยมีเครื่องควบคุมอิเลกทรอนิกส์ที่สามารถโปรแกรมได้กำหนดตำแหน่งของวาล์ว compensator เพียงตัวเดียวที่จะส่งความดันน้ำมันเข้าไปยังลูกสูบเซอร์โว การควบคุมอิเลกทรอนิกส์ทำให้สามารถรวมเอาวาล์วควบคุมไฮดรอลิกเชิงกลทั้ง 3 ตัวในระบบ DFLR คือ flow compensator (LS,FR valve), pressure compensator (PC,DR valve) และ torque limiter (HCV,LR valve) เป็นตัวเดียวกันได้ โดยให้ตำแหน่งของวาล์วถูกกำหนดด้วยโปรแกรมในหน่วยควบคุมแทน ทำให้ลดความซับซ้อนของช่องทางในเสื้อปัมป์ลงไปได้อย่างมาก

parker propo

การควบคุมทางไฮดรอลิกส์-ไฟฟ้า มีข้อได้เปรียบคือความแม่นยำ การโปรแกรมที่ยืดหยุ่นตรงตามการใช้งาน และมีราคาต้นทุนที่ถูกลงเรื่อยๆ แต่การควบคุมระบบไฮดรอลิกทางกลก็ยังเป็นที่นิยมใช้สำหรับเครื่องจักรกลเคลื่อนที่ซึ่งทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่ต้องการความทนทานของระบบมากกว่า

https://www.mobilehydraulictips.com/the-right-pump-for-the-job/

http://www.parker.com/parkerimages/hydraulicpump/training/Acrobat/Industrialtrainingtemplatebasics.pdf

สรรัตน์ หงส์ประภัศร ระบบไฮดรอลิกส์ในเครื่องจักรกล