เนื้อหาวันที่ : 2013-04-24 15:02:23 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 2777 views

ยุคใหม่ของพร๊อกซิมิตี้สวิตช์ต้านทานความดัน สำหรับใช้งานในระบบไฮดรอลิก

การควบคุมการทำงานของระบบของไหลปัจจุบันได้ถูกเปลี่ยนแปลงไปมาก กว่า 20-30 ปีที่ผ่านมา

ยุคใหม่ของพร๊อกซิมิตี้สวิตช์ต้านทานความดัน สำหรับใช้งานในระบบไฮดรอลิก
ธิระศักดิ์ เสภากล่อม
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

   การควบคุมการทำงานของระบบของไหลปัจจุบันได้ถูกเปลี่ยนแปลงไปมาก กว่า 20-30 ปีที่ผ่านมา ความดันสำหรับใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมปัจจุบันมีความต้องการใช้งานความดันอยู่ที่ประมาณ 5000-6000 psi และนับวันจะมีความต้องการที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งค่าความดันที่สูงนี้ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บของพนักงานและการสูญเสียเวลาทำงาน

 
แรงขับเคลื่อนของตลาด
   ในปัจจุบันกระบอกสูบไฮดรอลิกได้ถูกนำมาใช้งานอย่างมากมายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ และการใช้งานของกระบอกไฮดรอลิกค่อนข้างจะรับภาระโหลดหนัก ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ผู้ใช้งานจะต้องลดความความเสียหายและการเสื่อมสภาพจากการทำงานในสภาวะดังกล่าว ซึ่งที่ผ่านมาเราจะใช้วิธีการเพิ่มเครื่องกันสะท้อนหรือที่เรียกว่าโช้คอั้บ (Shock Absorber) บรรจุเข้าไปในบริเวณพื้นที่ว่าง หรือใช้ Proportional Valve ซึ่งมีราคาแพงและอายุการใช้งานสั้นเมื่อใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนและมีการสั่นสะเทือนสูง หรือใช้วิธีการออกแบบกระบอกสูบใหม่ให้มีเครื่องรองรับน้ำหนัก ซึ่งก่อให้เกิดความตะกุกตะกักของระยะชักในขณะที่กระบอกสูบรับภาระโหลด

   ด้วยพัฒนาการที่ก้าวหน้าทางด้านอิเล็กทรอนิกส์และความสามารถในการบูรณาการเอาระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ามารวมกับระบบไฮดรอลิกได้อย่างลงตัว การใช้งานกระบอกไฮดรอลิกจึงได้รับความสนใจใช้งานอย่างต่อเนื่องและมีความเติบโตไปอย่างมาก ปัจจุบันผู้ผลิตอุปกรณ์ชนิดนี้ได้มีการนำเอาเซนเซอร์เข้ามาติดตั้งไว้ในโครงของกระบอกไฮดรอลิกและมีการออกแบบให้ทำงานเชื่อมต่อโดยตรงกับชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐาน ปัจจัยที่สำคัญของการนี้ก็คือ เพื่อต้องการที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของกระบอกไฮดรอลิกให้สามารถรับความดันได้สูงขึ้น ตลาดในเซกเมนต์ของไฮดรอลิกนี้มีความเคลื่อนไหวที่สูงมาก ซึ่งสามารถคิดเป็นตัวเลขประมาณได้ครึ่งหนึ่งของอุตสาหกรรมของไหล (Fluid Power) เลยทีเดียว (ประมาณ 13.5 พันล้านเหรียญสหรัฐ ฯ

   ในปี ค.ศ. 1998) ซึ่งเป็นเซกเมนต์ที่มีการเปลี่ยนแปลงมากที่สุด มีการขยายตัวและมีการหดตัวมากกว่าเซกเมนต์อื่น มันจึงได้ถูกคาดหวังว่าจะมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่องตามความต้องการของตลาดโลกที่สูงขึ้น ซึ่งมีปัจจัยอยู่ที่การลงทุนทางด้านอุปกรณ์ซึ่งมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นตามตลาดความต้องการทางด้านโครงสร้างพื้นฐานในยุโรปเหนือ เอเชีย และอเมริกาใต้ 

   การสิ้นสุดของระยะการชักของกระบอกไฮดรอลิกเป็นหนึ่งในสัญญาณที่มีความสำคัญสูงสุด ที่จะบอกให้เราทราบถึงการทำงานของระบบไฮดรอลิก การตรวจจับแบบดั้งเดิมจะทำโดยใช้ค่าระยะทางกล ซึ่งสัญญาณนี้จะยอมให้ผู้ออกแบบไฮดรอลิกทำการกำหนดต่อเมื่อกระบอกสูบได้สิ้นสุดการเคลื่อนที่ในทิศทางของมัน

   การทำงานในลักษณะนี้จะมีข้อบกพร่องอยู่ที่สวิตช์ทางกลที่ประกอบอยู่ซึ่งมีวงจรชีวิตที่สั้น, มีความต้องการในการปรับค่าคงที่ใหม่, เกิดความเสียหายจากแรงภายนอกได้ง่าย, มีความบกพร่องในเรื่องของความเที่ยงตรงและความสามารถในการทำซ้ำของตำแหน่งสวิตช์ต่ำ และมักจะเกิดอุบัติเหตุในการกระตุ้นการทำงาน แต่การทำงานในลักษณะนี้ก็มีข้อดีคือ มีต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำและด้วยโครงสร้างที่อยู่ภายนอกของระบบไฮดรอลิก ดังนั้นจึงไม่ได้รับการกระทบกระเทือนจากแรงดันการทำงาน

 
สวิตช์ต้านทานความดัน
พร๊อกซิมิตี้สวิตช์ที่มีความต้านทานต่อความดัน ปัจจุบันได้ถูกนำมาใช้อย่างมากกับการทำงานที่หลากหลาย สามารถนำมาใช้งานกับระบบไฮดรอลิกที่มีความสูงได้ถึง 7250 psi ด้วยคุณสมบัติที่มีความต้านทานต่อความดันนี้จึงทำให้ผนังของตัวเรือนต้องมีความหนาเป็นพิเศษโดยเฉพาะบริเวณที่รับความรู้สึก ด้วยปัญหาหลักนี้ จึงก่อให้เกิดคำถามว่าจะเตรียมการอย่างไรให้อุปกรณ์สามารถแบกรับการระยะทางการทำงานได้แม้จะมีความหนาของผนังตัวเรือน


     เสริมความแข็งแรงของตัวเรือน พร๊อกซิมิตี้สวิตช์นี้มีคุณสมบัติทางด้านความต้านทานความดันด้วยการใช้ผนังที่มีความแข็งแรงอย่างเพียงพอ ในส่วนหน้าพื้นที่สำหรับรับความรู้สึก จะทำด้วยจานเซรามิกบรรจุอยู่ภายในตัวเรือน ซึ่งมีความหนาเพียงพอที่จะต้านทานต่อความดันได้ โดยปราศจากความต้องการส่วนเสริมอื่น ๆ อีก ในส่วนประกอบของอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Module) ประกอบเข้าด้วยกันกับแกนเฟอร์ไรต์และขดลวดวางอยู่ในส่วนที่ปราศจากความดันของตัวเรือน

      การซีลพื้นที่หน้ารับความรู้สึก สำหรับความต้านทานต่อความดัน โดยความจำเป็นแล้วเป็นการซีลเพื่อต้องการป้องกันปริมาณความเสียหายที่เกิดจากของเหลวและแก๊สที่จะรั่วไหลเข้ามาในตัวเรือนเมื่อมีการใช้งานที่ความดันสูง ๆ เช่นซีลที่กั้นระหว่างพื้นที่หน้ารับความรู้สึกที่เป็นเซรามิกกับตัวเรือนที่เป็นโลหะ เป็นต้น

     ในกรณีที่เป็นพร๊อกซิมิตี้รุ่นใหม่ ๆ ตัวเรือนจะถูกทำให้หดด้วยความร้อนครอบบนจานเซรามิก ดังรูปที่ 1 แสดงตัวเรือนและจานเซรามิกก่อนและหลังจากทำการประกอบ และรูปที่ 2 แสดงส่วนของหน้าตัดของตัวเรือนและจานเซรามิก การประกอบเข้าด้วยกันของตัวเรือนและจานเซรามิกจะใช้วิธีการเหนี่ยวนำให้ตัวเรือนเกิดความร้อนขึ้นในพื้นที่เดียวกัน และในขณะที่ตัวเรือนยังคงร้อนอยู่นั้น ก็จะทำการบรรจุเอาจานเซรามิกเข้ามา จากนั้นก็จะทิ้งไว้ให้ค่อย ๆ เย็นลง เนื่องจากโลหะซึ่งมีสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิที่สูงกว่าเซรามิก ดังนั้นตัวเรือนที่เป็นโลหะจะใช้เวลาหดตัวช้ากว่าจานเซรามิก จะได้เส้นผ่าศูนย์กลาง d1 และ d2 ตามรูป ซึ่งบริเวณที่มีการเชื่อมต่อกันนี้สามารถรับแรงได้ถึง 200 N/mm2

 

 


รูปที่ 1 แสดงตัวเรือนของพร๊อกซิมิตี้สวิตช์และจานเซรามิกก่อนและหลังจากทำการประกอบ

 

รูปที่ 2 แสดงส่วนของหน้าตัดของตัวเรือนและจานเซรามิก

 

และเพื่อเป็นการซีลไม่ให้แก๊สสามารถรั่วไหลเข้าไปได้นั้น ในขณะที่มีการให้ความร้อนแก่ตัวเรือนของพร๊อกซิมิตี้สวิตช์นั้น จะมีการสอดแผ่นทองแดงขนาดบาง ๆ เข้าไประหว่างตัวเรือนและจานเซเรามิก ดังรูปที่ 3 แสดงตัวเรือนทั้งหมดซึ่งเป็นแผ่นทองแดงก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการหดตัว และทำการลอกออกอีกทีในภายหลังและจะมีทองแดงเหลืออยู่ตรงบริเวณข้อต่อ ซึ่งการเชื่อมต่อโดยกระบวนการหดตัวนี้เป็นผลให้การซีลมีประสิทธิภาพสูงกว่า

 

 

รูปที่ 3 แสดงการซีลเพื่อป้องกันแก๊สรั่วไหล

 

   ระยะทางการทำงาน ส่วนใหญ่ของระยะทางการใช้งานจะสูญเสียไปกับความหนาของจานเซรามิก ดังนั้นเพื่อให้ได้ระยะทางที่มีความเพียงพอต่อการปฏิบัติงาน เราจึงต้องใช้โมดูลอิเล็กทรอนิกส์เทียบเท่าระยะทางการทำงานแบบ 3 จังหวะที่ภาวะปกติแทนที่โมดูลมาตรฐาน


   ข้อกำหนดทางไดนามิค ตามธรรมเนียมปฏิบัติ พร๊อกซิมิตี้สวิตช์ที่มีความต้านทานต่อความดันจะไม่ค่อยสอดคล้องกันกับข้อกำหนดเกี่ยวกับความดันทางไดนามิคเนื่องจากระบบที่รองรับและซีลที่เป็นเทฟลอนจะถูกจำกัดตัวเลขรอบของความดัน ซึ่งในทางปฏิบัติอาจจะมีแรงดึงเกิดขึ้นอย่างถี่ ๆ บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบไฮดรอลิก ส่วนในพร๊อกซิมิตี้สวิตช์รุ่นใหม่นั้น เนื่องจากมันมีโครงสร้างที่ง่าย ๆ และมีส่วนต่อระหว่างตัวเรือนกับจานเซรามิกซึ่งสามารถใช้ได้กับงานความดันสูง จึงไม่มีผลกระทบต่อแรงดึงไดนามิคและความดันสูงสุด รวมถึงมีข้อดีอื่น ๆ อีกเช่น


- ไม่จำกัดจำนวนรอบของความดันและสามารถรองรับความดันเกินได้

- มีระยะการทำงานที่ยาว

- ป้องกันการรั่วไหลของก๊าซบริเวณหน้ารับความรู้สึก

- ประกอบต่อง่าย

- ไม่ต้องการการปรับตั้งใหม่

 
การใช้งาน
พร๊อกซิมิตี้สวิตช์ที่มีคุณสมบัติทางด้านความต้านทานความดันรุ่นใหม่ ๆ สามารถที่จะเปลี่ยนอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในท้องตลาดปัจจุบันได้ ในขณะเดียวกันก็สามารถถอดประกอบได้อย่างง่ายดาย รวมถึงข้อสำคัญคือมีระยะทางการทำงานที่ยาวกว่า สามารถรองรับการใช้งานที่มีผลทางด้านแรงดึงไดนามิกต่าง ๆ อย่างเช่น

- ระยะสิ้นสุดของลูกสูบ (ตำแหน่งสุดท้าย) เป็นตัวบอกระยะของกระบอกสูบไฮดรอลิก

- มีระบบควบคุมและตรวจจับการทำงานของวาล์วไฮดรอลิก

- มีการตรวจจับและวัดรอบการทำงานของมอเตอร์ไฮดรอลิก

- มีระบบควบคุมและตรวจจับการทำงานของวาล์วสวิตชิ่งในระบบจ่ายก๊าซ (อุปกรณ์ที่ใช้ป้องกันก๊าซรั่วไหล)

- การใช้งานในพื้นที่สุญญากาศ

  

 

รูปที่ 4 แสดงสวิตช์ความดันสูงซึ่งสามารถต่อใช้งานได้ง่าย

 

 

 

รูปที่ 5 แสดงสวิตช์ความดันสูงที่มาพร้อมกับสายไฟฟ้าพร้อมใช้งาน

 

   ปัจจุบันอุตสาหกรรมที่มีการใช้งานระบบไฮดรอลิก ได้มีความต้องการใช้ความดันที่สูงกันมากขึ้น ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องใช้งานอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อรองรับกับการใช้งานดังกล่าว พร๊อกซิมิตี้สวิตช์สำหรับทำหน้าที่ตรวจจับการทำงานของกระบอกสูบในระบบไฮดรอลิกจึงมีความสำคัญอย่างสูง จำเป็นต้องมีความเชื่อถือได้ในการทำงาน ระบบเซนเซอร์ที่ใช้กับอุปกรณ์ต้องมีความแม่นยำ ทั้งนี้เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในระบบ ลดเวลาและความสูญเสียที่เกิดจากความเสียหายของอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำงาน รวมถึงความปลอดภัยกับพนักงานอีกด้วย

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด