4.1 Yleistä
Venttiilien ohjaus tapahtuu useimmiten kauko-ohjauksena mutta myös suoraa käsivipuohjaustakin esiintyy. Käsivipuja voi esiintyä myös sähköohjauksen yhteydessä, jolloin ne toimivat esimerkiksi hätäohjauksena sähköjen katketessa. Kauko-ohjauksen etuna on venttiilien vapaa sijoittelu.
Ohjaustapoja on useita, seuraavassa niiden alustava listaaminen:
- mekaaninen ohjaus suoraan vivulla tai polkimella
- mekaaninen kauko-ohjaus vivuilla tai vaijereilla
- hydraulinen ohjaus
- pneumaattinen ohjaus
- sähköpneumaattinen ohjaus (on/off tai proportionaalinen)
- sähköhydraulinen ohjaus (on/off tai proportionaalinen)
- sähkömekaaninen ohjaus (askelmoottori tms) On/off ohjauksen käyttö on harvinaisempaa. Sitä käytetään, jos liikenopeutta ei tarvitse säätää (yksi liikenopeus riittävä). Jatkossa tarkastellaan hieman tarkemmin erilaisia ohjaustapoja.
4.2 Mekaaninen ohjaus
Mekaaninen ohjaus, kuva 15, toteutetaan joko suoraan karoihin kiinnitetyillä vivuilla tai kauko-ohjauksena vipujen tai vaijereiden välityksellä.
Mekaanisen ohjauksen etuna on yksinkertaisuus toimintavarmuus ja halpa hinta. Käyttövoimaksi riittää lihasvoima.
Haittoja ovat raskas käytettävyys, eri toimintojen hankala yhdisteltävyys ja kulumisen aiheuttamat välykset. Lisaksi ns. karakompensointi ei toimi, koska karaa pidetään mekaanisesti paikallaan.
Kuormitusmuutosten aiheuttamat paine-erot saavat aikaan muutoksia virtauksessa (toimilaitteiden nopeudet muuttuvat). Hyvälaatuisten suuntaventtiilien karat ovat suunniteltu niin, että syntyvät virtausmuutokset aiheuttavat karaan muutosta kompensoivan voiman, joka pienentää virtausmuutosta. Mekaanisessa ohjauksessa kompensoiva voima ei korjaa virhettä.
Kuva 15. Mekaanisesti ohjattu venttiili
Mekaanista ohjausta käytetään laitteissa, joita ei tarvitse jatkuvasti käyttää ja joilta edellytetään halpaa hintaa. Useimmiten mekaanista ohjausta käytettäessä myös venttiilin karalohkot ovat tavallista yksinkertaisemmin varusteltuja.
Lisaksi mekaanista suoraa käsivipuohjausta voidaan käyttää varaohjauksena sähköhydraulisten ja --pneumaattisten ohjaustapojen rinnalla.
4.3 Hydraulinen ohjaus
Hydraulisessa ohjauksessa karan päissä ovat umpinaiset "kupit", joissa ainakin toiseen sisältyy jousi. Tuomalla halutun suuruinen hydraulinen paine jousikoteloon, saadaan kara liikkumaan tietyn matkan vastajousta vasten.
Kuva 16. Hydraulisesti ohjattu karalohko
Joissakin venttiileissä saattaa olla erikseen keskitysjouset ja säätöjouset. Keskitysjousi keskittää karan. Karan ollessa keskellä säätöjousissa on pieni välys. Kun karaa aletaan ohjata, se liikkuu ensin kevyesti välyksen suuruisen matkan (»kuollut alue), jonka jälkeen vastustavaksi voimaksi tulee keskitysjousen lisäksi myös säätöjousen aiheuttama voima. Tällä toimenpiteellä saadaan ns. kuolleen alueen vaatima turha ohjausliike minimoitua ja lisättyä säätöliikealuetta.
Ohjauspainetta säädetään käsivivulla ohjatulla venttiilillä. Kun vipu on keskellä, karan jousikotelo on yhdistettynä ohjausventtiilin läpi tankkiin. Vipua kääntämällä puristetaan venttiilin jousta, jolloin karan jousikoteloon tulee säätövivun kääntökulmaa vastaava paine. Kuva 17 esittää hydraulisen ohjauksen kytkentäkaaviota. Oikean puoleinen laatikko kuvaa hydraulista ohjaussauvaa. Hydraulisessa ohjauksessa on huomioitava, että vipujen syöttöpaine (esiohjauspaine) saa tavallisesti olla maksimissaan 50...60 bar, joten otettaessa syöttöpaine varsinaisesta järjestelmästä, tarvitaan väliin paineenalennusventtiili.
Kuva 17. Hydraulinen ohjaus
Ympäripumppausjärjestelmissä vapaakiertopaine saattaa olla hyvin alhainen (2...4 bar). Karan liikkeelle saamiseksi tarvitaan venttiilistä riippuen muutaman baarin (5...7 bar) paine. Ympäripumppausjärjestelmissä tarvitaan toisinaan vastapaineventtiili paluulinjaan nostamaan vapaakiertopaine riittäväksi. Joskus käytetään erillistä esiohjaus pumppupiiriä ohjausvipujen syöttöpaineen aikaansaamiseksi.
Hydraulisen ohjauksen etuna on pienempi ohjausvoiman tarve ja erilaisten ohjausominaisuuksien aikaansaaminen verrattuna mekaaniseen ohjaukseen. Toimintojen yhdistely on helppoa, yhdellä ohjausvivulla voidaan ohjata kahta karaa. Haittoja ovat ohjausvipujen ja venttiilin väliset putkitukset ja mahdollisesti tarvittavat ylimääräiset järjestelyt riittävän lähtöpaineen aikaansaamiseksi. Ohjausominaisuuksien säätäminen ja muuttaminen vaatii asiantuntemusta ja on hankala tehdä.
Hydraulista ohjausta on käytetty aikaisemmin paljon jatkuvassa käytössä olevissa koneissa (kaivurit, metsäkoneet). Sähköhydrauliset järjestelmät ovat nykyisin monissa tapauksissa syrjäyttäneet hydraulisen ohjauksen.
4.3 Pneumaattinen ohjaus
Pneumaattisella ohjauksella on sama toimintaperiaate kuin hydraulisella ohjauksella. Tarvittavat ohjauspinta-alat ovat hieman suuremmat, koska pneumaattiset paineet ovat pienemmät. Tästä johtuen "kupit" karojen päissä ovat pneumatiikkaa käytettäessä erilaiset.
Pneumaattista ohjausta käytetään mm. kuorma-autojen hydrauliikkaventtiileitä ohjattaessa, koska
paineilmaa on saatavilla ja sitä tarvitaan myös jarrujärjestelmässä.
4.4 Sähköhydraulinen ohjaus
Kuvassa 18 on sähköhydraulisesti ohjatun karalohkon halkileikkaus. Karaa ohjataan nytkin viimekädessä hydraulisesti, mutta ohjauspaine aikaansaadaan sähköohjatulla proportionaaliventtiilillä. Tällöin ohjausvipu on sähköinen ja putkitusta ohjausvivun ja venttiilin välillä ei tarvita. Sähköhydraulisen ohjauksen sähköinen osa voidaan toteuttaa monella tavalla:
- analogiatekniikalla
- digitaalitekniikalla
- radio-ohjauksella
Kuva 18. Sähköhydraulisesti ohjattu karalohko
Analogiatekniikalla toteutetut järjestelmät ovat poistumassa. Ne korvataan digitaali- ja tietotekniikkaa soveltavilla järjestelmillä. Kenttäväylien osuus tiedonsiirrossa on myös voimakkaasti kasvussa, koska sen avulla voidaan johdotustarvetta selvästi vähentää.
Radio-ohjausta käytetään, kun välimatka käyttäjältä venttiilille on pitkä ja jos käyttäjän on voitava liikkua vapaasti. Radio-ohjauksessa välitetään vain ohjauskäsky ohjaajalta venttiilille/ohjauskeskukselle radioteitse, itse ohjaustekniikka voi olla toteutettuna analogisesti tai digitaalisesti. Tyypillisessä analogisessa ohjauksessa ohjausvivulla aikaansaadaan säätövastuksen avulla ohjausjännite, joka viedään vahvistin/säätöyksikö1le. Siellä ohjausjännite vahvistetaan jännitteen suuruudesta riippuvaksi ohjausvirraksi, joka viedään esiohjausventtiilin kelalle. Venttiili saa aikaan ohjausvirtaan verrannollisen ohjauspaineen.
Vahvistimella on tyypillisesti mahdollista säätää:
- minimi ohjausvirta (minimi liikenopeus, millä ohjaussauvan kulmalla liike alkaa )
- maksimiohjausvirta ( suurin liikenopeus täydellä ohjauksella)
- kiihdytys ja hidastusrampit (pehmentävät toimilaitteen liikkeitä, työkoneissa ei yleensä ole hidastusramppeja)
Säädöt voidaan jokaiselle liikesuunnalle erikseen.
Täysin digitaalisissa ohjauksissa tiedonsiirto tapahtuu kenttäväylän välityksellä ja kaikki komponentit anturit mukaan lukien voidaan kytkeä väylään. Käytännössä esiintyy kuitenkin runsaasti osittain kenttäväylää käyttäviä järjestelmiä. Niiden yhteydessä käytetään lisämoduuleja, jotka muuttavat analogisen viestin digitaaliseksi. Usein ainakin erilaiset anturit (analogiset) liitetään järjestelmään tällaisten muuntimien välityksellä. Myös suuntaventtiili voi olla perinteistä tekniikkaa ja liitetään analogisesti vahvistimeen.
Digitaalitekniikka mahdollistaa monenlaisten uusien sovellutusten hyödyntämisen. Käyttöönotossa ja säädössä tarvitaan ohjelmointilaitetta tai PC:tä. Järjestelmän käyttöönotto on enemmän asiantuntemusta vaativaa sillä toimintaan ja konfigurointiin voidaan vaikuttaa selvästi perinteistä johdotusta monipuolisemmin. Sähköhydraulisten ohjausten etuina ovat kevyt ohjattavuus, venttiilin helppo sijoittaminen ja pienempi putkitustarve. Venttiilin ohjausominaisuudet voidaan myös parhaiten muokata sopiviksi. Yhteen ohjausvipuun sijoitetaan usein kolmen karan portaaton ohjaus. Tietotekniikan ansiosta ohjaajan omat asetukset voidaan määrittää kaikille käyttäjille erikseen. Joissakin tapauksissa koneelle "kirjaudutaan" USP-muistitikun avulla, joka sisältää kirjautujan henkilökohtaiset asetukset. Sähköistä ohjausta käytettäessä varsinaista suuntaventtiiliä ohjataan useimmiten kuvan 19 tapaisella paineenalennusproportionaaliventtiilillä. Erään valmistajan ohjausjärjestelmän kytkentäkaavio on kuvassa 20.
Mikroprosessorien käyttöön perustuvat digitaaliset ohjausjärjestelmät sekä kenttäväylät (CAN-väylä) ovat vähitellen syrjäyttämässä analogiatekniikkaan pohjautuvia ohjausjärjestelmiä. Kuvassa 21 on periaatekuva eräästä digitaalisesta ohjausjärjestelmästä. Digitaalisista järjestelmistä löytyvät samat säätökohteet kuin analogisista järjestelmistä. Niiden säätäminen tapahtuu PC:llä tai valmistajan ohjelmointilaitteella. 
Kuva 19. Esiohjausventtiili
Kuva 20. Ohjauksen kytkentäperiaate
Kuva 21. Digitaalinen ohjausjärjestelmä