Van Cartridge Là Gì Và Lựa Chọn Van Như Thế Nào?
Van cartridge thủy lực là một van thủy lực được vặn trực tiếp trong khoang van bằng ren.
Van thủy lực trên thực tế chỉ là “thiết bị có thể thay đổi độ mở của đường dẫn dòng chất lỏng“- Đây là bản chất của thủy lực. Từ bản chất thủy lực này, chúng ta có thể hiểu đầy đủ các tác dụng và hiện tượng của thủy lực cũng như các hệ thống thủy lực thực tế. Van thủy lực là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống điều khiển thủy lực, hệ thống thủy lực có thể không có bơm nhưng không thể không có van thủy lực.
Từ khi công nghệ thủy lực phát triển, các loại van thủy lực đã rất đa dạng và có thể được phân loại theo nhiều khía cạnh khác nhau, ví dụ:
Cách phân loại cac loại van cartridge thuỷ lực
- Theo chức năng, van thủy lực có thể được chia thành van modul, van tuần tự, van xả áp, van giảm áp, van lưu lượng (van tốc độ)…;
- Theo cấu trúc, van thủy lực có thể được chia thành van cửa, van bi, van đầu nấm, van mặt côn…;
- Theo cách điều khiển, van thủy lực có thể được chia thành điều khiển bằng tay, di động, thủy lực, khí nén, điện từ, chuyển đổi truyền động, điện thủy lực, truyền động tỷ lệ điện từ;
- Theo cách hoạt động, van thủy lực có thể được chia thành van điều khiển on-off, van điều chỉnh liên tục và nhiều loại khác.
Đặc điểm của van Cartridge
Van cartridge thủy lực không có vỏ van, loại van này được lắp đặt trong một khối có cùng khoang van hoặc khối tích hợp để hoạt động.
Do không có vỏ van, các bộ phận chức năng đều được tích hợp vào khoang khối tích hợp. Van có thể được ép vào một khối tích hợp nên cấu trúc của loại van này rất nhỏ gọn. Hệ thống thủy lực càng phức tạp thì ưu điểm này càng nổi bật. So với các phương pháp lắp đặt khác, hệ thống thủy lực bao gồm van cartridge là nhỏ gọn nhất.
Khối tích hợp sử dụng van cartridge thừa hưởng tất cả các ưu điểm của cụm van tích hợp dạng khối hộp. Nhờ cấu trúc nhỏ gọn, thể tích và trọng lượng của khối van cùng sự hao hụt áp suất có thể được giảm hơn nữa.
Van cartridge thủy lực có độ chặt, kích thước nhỏ, nhẹ và tính tích hợp cao giúp giảm chi phí ban đầu của hệ thống thủy lực hoặc bộ phận của hệ thống thủy lực. Nhờ khả năng rò rỉ thấp, tổn thất áp suất thấp, ít tỏa nhiệt và độ tin cậy cao, chi phí vận hành của toàn bộ hệ thống cũng có thể giảm. Do đó, van cartridge có tính cạnh tranh rất lớn so với ứng dụng van đường ống, van modul.
Có 2 loại van cartridge thủy lực chính: dạng trượt và dạng trục vít.
>> Xem thêm: Van Thuỷ Lực Và Cách Phân Loại Van Thuỷ Lực
Van cartridge dạng trượt
Cấu tạo của van cartridge dạng trươt
Van cartridge loại trượt thường được gọi là cartridge loại tấm, van cartridge hai chiều hoặc van logic. Thường cần kết hợp thêm với các van điều khiển dẫn hướng để hoạt động. Van cartridge dạng cover phải được lắp trong các khối tích hợp.
Loại van cartridge thủy lực này được lắp vào tấm cover trong khối tích hợp. Nhờ thực hiện đơn chức năng và cấu tạo tương đối đơn giản, van cartridge trượt kiểu cover dễ chế tạo với kích thước lớn. Do đó, loại van này được dùng với hệ thống có tốc độ dòng chảy lớn (lớn hơn ~1000L/phút).
Van cartridge và khối van tích hợp
Van thủy lực cartridge screw-in
Van cartridge screw-in còn gọi là van cartridge ren. Nguyên lý làm việc của van cartridge ren về cơ bản giống với các dạng khác. Loại van này có cấu tạo khác biệt, các bộ phận chính được bố trí theo trục.
Van cartridge ren được vặn vào các lỗ lắp trong khối tích hợp hoặc khối van bằng ren. Van cartridge ren thực hiện độc lập một hoặc nhiều chức năng thủy lực như van xả, chuyển mạch điện từ, điều khiển lưu lượng, cân bằng và hơn thế nữa.
Khối tích hợp hoặc khối van chỉ tạo ra áp suất tác động lên vỏ bên ngoài của van cartridge ren và không có bộ phận nào khác chuyển động. Do đó, yêu cầu về độ chính xác không cao và sử dụng dụng cụ khoan khuôn rất tiện cho việc gia công và sản xuất khoang van cartridge.
Van cartridge screw-in (van cartridge ren)
Nhờ cấu trúc nhỏ gọn, hầu hết các van cartridge thủy lực được tập trung trong một khối tích hợp duy nhất. Khi van cartridge không hoạt động thì khó xác định chính xác van nào còn hoạt động, nếu cần thiết, có thể dễ dàng thay thế toàn bộ khối tích hợp. Điều này giúp giảm thời gian sửa chữa.
Nhờ cấu tạo tương đối đơn giản, các bộ phận của van được gia công dễ dàng, không có sản phẩm đúc, nhiều bộ phận thông thường có thể thay thế cho nhau. Các bộ phận dễ dàng kết hợp thành các van với các chức năng khác nhau, rất thuận tiện cho sản xuất hàng loạt. Do đó giá thành sản xuất thấp hơn so với van modul có cùng chức năng.
Nhờ hàng loạt ưu điểm này, van cartridge screw-in đã trở thành thiết bị không thể thiếu đối với các thiết bị thủy lực hiện đại, đặc biệt là các thiết bị thủy lực di động.
Những điều cần biết trước khi lựa chọn tính năng của van thủy lực cartridge
Sau khi hiểu rõ về các yêu cầu ta có thể xác định được các các đặc tính cụ thể cần có ở van thủy lực cartridge và đưa ra lựa chọn, chẳng hạn như
- Chịu được áp suất
- Thiết lập áp suất
- Có thể thay đổi áp suất đã thiết lập
- Lưu lượng hoạt động tối đa
- Mức độ hao hụt áp suất chấp nhận được
- Mức độ rò rỉ bên trong chấp nhận được, sử dụng cấu trúc mặt côn hay thanh trượt
- Thời gian phản hồi (thời gian chuyển mạch): trực tiếp hay gián tiếp
- Thiết lập lại thời gian
- Áp suất trung bình để chọn vật liệu làm kín
- Vị trí lắp đặt, hướng dòng chảy
- Điện áp hoạt động và xác định mức tiêu thụ hiện tại.
Dựa trên các yêu cầu và đặc tính cụ thể, tiến hành lựa chọn hoặc yêu cầu nhà cung cấp chế tạo van thủy lực.
Van thủy lực cartridge về cơ bản là một thiết bị cơ khí có thể thay đổi độ mở của dòng chảy. Một số van cartridge có thể chấp nhận các tín hiệu điều khiển bên ngoài, chẳng hạn như điều khiển bằng tay, cơ giới, khí nén, thủy lực hoặc điện tử. Một số van cartridge bị ảnh hưởng bởi các lực vật lý bên trong như lực lò xo, áp suất, chênh lệch áp suất hoặc ma sát.
Thanh trượt chuyển động dưới các lực này và ở vị trí cân bằng lực. Kích thước khi mở lối đi của dòng chảy cùng với trạng thái của các thành phần khác trong hệ thống sẽ xác định hướng dòng chảy, tốc độ dòng chảy, áp suất hệ thống, chuyển động và ngắt dòng.
Do đó để hiểu được đặc tính của van thủy lực cartridge, nắm được cấu tạo của lõi van và dạng mở, cách truyền động và lực tác dụng lên lõi van là rất quan trọng. Thanh trượt được đề cập ở đây là những bộ phận của van thủy lực cartridge có thể di chuyển trong quá trình hoạt động. Thanh trượt di chuyển sẽ thay đổi độ mở của dòng chảy.
Loại thanh trượt và loại mặt côn (hoặc dạng đâu nấm,..) của van cartridge có thể được chia thành hai loại chính: van đóng bằng thanh trượt và van đóng bằng mặt côn.
Van cartridge dạng thanh trượt
Kiểu đóng/ mở của van cartridge dạng thanh trượt
Van thủy lực cartridge dạng thanh trượt được đóng bởi một bề mặt hình trụ của thanh trượt và luôn có một khe hở. Khe hở này khiến việc rò rỉ là không thể tránh khỏi. Hơn nữa, khi van bị mòn, khe hở này ngày càng lớn. Ở một khía cạnh nào đó, vấn đề này giới hạn tuổi thọ của van. Ưu điểm của dạng van này là có thể làm với độ hở nhỏ, mở trước, zero to zero và các dạng rãnh trước khác nhau để đạt được nhiều loại hành trình mong muốn.
Van cartridge dạng mặt côn
Van cartridge thủy lực dạng mặt bích được đóng bằng cong đường tiếp xúc. Về mặt lý thuyết không xảy ra hiện tượng rò rỉ và có đặc tính tự bù mòn giúp van có tuổi thọ lâu hơn. Khi thanh trượt mặt côn dịch chuyển, cổng dòng chảy sẽ mở ngay lập tức. Phản hồi nhanh và nhạy cũng là ưu điểm của dạng van này. Tuy nhiên, khi hoạt động, dạng van này dễ bị rung và phát ra tiếng.
Ngoài ra, rất khó để van cartridge dạng mặt côn mở theo đường đặc tuyến cong. Van cartridge thủy lực dạng mặt côn cũng có nhiều dạng như: van bi, van cầu, van côn, van thanh trượt đầu côn và mặt bằng.
Kiểu đóng/ mở của van cartridge dạng mặt côn
Van bi có cấu trúc đơn giản và giá thành thấp. Tuy nhiên, vì bi có thể quay theo bất kỳ hướng nào nên bề mặt tiếp xúc giữa bi và đế van thường dao động, không đảm bảo khả năng đóng kín. Do hạn chế mở, van bi chỉ được sử dụng trong các hệ thống lưu lượng nhỏ.
Nhờ bộ phận dẫn hướng của van dạng côn, đường tiếp xúc giữa lõi van và đế van về cơ bản không thay đổi. Vì vậy dạng van côn này tương đối đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi. Do yêu cầu quy trình phức tạp hơn nên giá thành cao hơn dạng van bi.
Khi hoàn thành việc lắp ráp van cartridge mặt côn, nhà sản xuất thường áp dụng phương pháp đóng búa. Lực đóng của búa là áp suất tĩnh khoảng 200 ~ 300N để bù đắp một lượng nhỏ sai lệch vị trí có thể xảy ra trong quá trình xử lý và đường tiếp xúc về lý thuyết thực sự thay đổi. Bề mặt tiếp xúc nhỏ nên cơ bản không có sự rò rỉ.
Van cầu đóng kín hơn khi hơi lệch nhẹ, điểm này tốt hơn van côn.
Đặc điểm của thanh trượt đầu côn và van thủy lực cartridge côn (poppet hydraulic cartridge valve) khá khác nhau. Van côn dẫn động kém do đó chỉ sử dụng cho các hệ thống thủy lực có độ mở nhỏ và lưu lượng thấp. Thanh trượt đầu côn có một dẫn hướng tốt và có độ mở lớn. Thanh trượt đầu côn gần như là loại duy nhất được sử dụng trong các hệ thống thủy lực lưu lượng lớn yêu cầu áp suất cao. Tuy nhiên, bề mặt hình trụ dẫn hướng và mặt côn có độ đồng tâm cao nếu không sẽ không thể đảm bảo đóng kín.
So sánh giữa van dạng thanh trượt, van dạng mặt bích và van dạng thanh trượt mặt bích
Cách truyền động của lõi van cartridge
Có rất nhiều cách để điều khiển phần lõi của van cartridge.
Trực tiếp
Áp suất thủy lực mạnh hơn lực lò xo khiến mặt bích của van bật lên và mở dòng chảy. Lò xo nối với cổng bên qua lỗ nhỏ trên thân van hoặc mặt bích chính do đó không có áp suất ngược.
Van xả áp, van cartridge một chiều được thiết kế theo dạng này.
Tính năng: diện tích hiệu dụng lớn, đáp ứng nhanh, thời gian chuyển mạch ngắn, đặc tính thiết lập lại tốt và cần lò xo mạnh. Mặt bích cũng có thể là mặt bích dạng trượt.
Loại differential
Áp suất thủy lực ở mặt bên tác dụng lên các khu vực khác nhau của mặt bích để thắng lực lò xo, đẩy mặt bích lên. Buồng lò xo được nối với mặt cuối qua một lỗ nhỏ trên mặt bích chính do đó không có áp suất ngược.
Van xả áp thường áp dụng thiết kế này và hình dạng thường là thanh trượt đầu côn.
Tính năng: diện tích hiệu dụng của mặt thanh trượt đầu côn rất nhỏ, có thể sử dụng một lò xo yếu hơn để có được tốc độ dòng chảy lớn hơn; thời gian chuyển đổi ngắn hơn.
Kiểu đóng/ mở của van cartridge loại differential
Pilot Differential
Khác với sự rung. Có một lỗ nhỏ ở mặt bên của mặt bích chính nối cổng phụ với buồng lò xo. Lỗ ở mặt cuối của mặt bích chính có thể được đóng hoặc mở bằng mặt côn phụ.
Nếu lỗ trên mặt bích được đóng lại thì giống như loại tác động trực tiếp. Khi buồng lò xo được nối với cổng bên thì áp suất sẽ bằng nhau. Do đó, lực tác dụng của áp suất từ cổng bên lên thanh trượt chính hướng xuống và đóng dòng chảy chính. Áp suất tại mặt cổng mở mặt bích và mở dòng chảy.
Nếu lỗ trên mặt bích được mở ra thì giống như loại differential. Vì lỗ nhỏ ở cuối mặt của thanh trượt chính lớn hơn đáng kể so với lỗ nhỏ ở bên cạnh, áp suất trong buồng lò xo bằng áp suất của cổng ở bề mặt cuối. Do đó, áp suất hiệu dụng của áp suất cổng bên lên thanh trượt chính hướng lên trên, đẩy van côn chính và mở dòng chảy chính. Áp suất của cổng trực diện hướng xuống mặt bích chính và đóng dòng chảy chính.
Van cartridge điện từ sử dụng thiết kế bên trong này.
Gián tiếp
Bao gồm mức độ chính và mức độ gián tiếp (pilot level). Sau khi giai đoạn gián tiếp được mở, luồng gián tiếp sẽ đi qua lỗ nhỏ trên mặt bích chính.
Sự chênh lệch áp suất truyền động mặt bích chính. Thường được sử dụng cho loại van cartridge xả áp và các loại tương tự. Mặt bích chính thường là thanh trượt và cũng có một van côn.
Tính năng: do lò xo chính chỉ cần vượt qua sự chênh lệch áp suất và không cần phải rất mạnh nên có thể làm mặt côn chính lớn để dòng chảy đi qua lớn. Thời gian chuyển đổi lâu hơn.
Vì các lỗ thông thường rất nhỏ (đường kính thường nhỏ hơn 1mm), để tránh bị nhiễm bẩn bởi các chất gây ô nhiễm, bộ lọc 150um thường được lắp trên các cổng van.
Pilot được điều khiển bên ngoài
Dòng dầu phụ đi qua van côn chính được điều khiển bởi một hoặc nhiều van điều khiển bên ngoài khác như: van xả cartridge, van cartridge không tải được điều khiển bởi bên ngoài, van cartridge điện từ và van cartridge tỷ lệ. Lõi van thường là loại côn hoặc loại thanh trượt đầu côn với khả năng điều khiển rất linh hoạt.
Trên đây là những kiến thức về van carttidge thuỷ lực và cách lựa chọn sao cho phù hợp. Hy vọng những thông tin B2bmart.vn vừa cung cấp sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về loại van này cũng như tính năng của mỗi loại.
B2b Team
