Van thủy lực có những loại nào? Cách chọn van phù hợp với hệ thống?

Trong một hệ thống thủy lực có thể xuất hiện nhiều loại van với hình dáng, cấu tạo và nhiệm vụ khác nhau. Có van dùng để đổi hướng dòng dầu, có van kiểm soát áp suất, điều chỉnh lưu lượng hoặc chỉ cho phép dầu đi theo một chiều. Vì vậy, chọn van thủy lực không nên chỉ dựa vào kích thước, kiểu kết nối hay một vài thông số bên ngoài.

Điều quan trọng trước tiên là xác định van cần thực hiện nhiệm vụ gì trong mạch. Sau đó mới đối chiếu áp suất, lưu lượng, kiểu điều khiển, chuẩn lắp và các thông số liên quan. Bài viết dưới đây phân loại những nhóm van thủy lực thường gặp và phân tích cách lựa chọn phù hợp với từng hệ thống.

Van thủy lực có những loại nào?

Van thủy lực có thể được phân loại theo chức năng, kết cấu, phương pháp điều khiển hoặc kiểu lắp đặt. Trong thực tế kỹ thuật, phân loại theo chức năng là một trong những cách dễ hiểu nhất.

Theo cách này, có ba nhóm chức năng cơ bản:

• Van điều khiển hướng.
• Van điều khiển áp suất.
• Van điều khiển lưu lượng.

Ngoài ra còn có van một chiều và nhiều dòng van chuyên dụng như van tỷ lệ, van servo, van cartridge hay van modular.

Một van cũng có thể được mô tả đồng thời theo nhiều đặc điểm. Ví dụ, một van phân phối có thể được điều khiển bằng điện từ và có kết cấu lắp trên đế. Vì vậy không nên coi mọi tên gọi van là những nhóm hoàn toàn tách biệt.

Van phân phối thủy lực

Van phân phối hay van điều khiển hướng được sử dụng để đóng mở hoặc thay đổi đường đi của dầu trong mạch.

Khi trạng thái của van thay đổi, các cửa dầu được kết nối theo những cách khác nhau. Nhờ đó dầu có thể được đưa tới từng khoang của xi lanh hoặc tới các đường làm việc của motor thủy lực.

Một số cấu hình van phân phối thường gặp

Van phân phối thường được mô tả bằng số cửa và số vị trí, chẳng hạn:

• Van 2/2.
• Van 3/2.
• Van 4/2.
• Van 4/3.

Ví dụ, ký hiệu 4/3 thường chỉ van có 4 cửa và 3 vị trí làm việc.

Tuy nhiên, chỉ biết van là 4/3 vẫn chưa đủ để lựa chọn. Các van 4/3 có thể có sơ đồ trung tâm khác nhau, làm thay đổi trạng thái của P, T, A và B khi van ở vị trí giữa.

Vì vậy khi thay van phân phối, cần đối chiếu ký hiệu thủy lực chứ không chỉ dựa vào số cửa.

Van áp suất thủy lực

Van áp suất được sử dụng để kiểm soát hoặc thực hiện một chức năng dựa trên áp suất của dòng dầu.

Nhóm này bao gồm nhiều loại có nhiệm vụ khác nhau.

Van tràn

Van tràn thường được sử dụng để giới hạn áp suất của mạch.

Khi áp suất tại vị trí kiểm soát tăng đến mức cài đặt, van bắt đầu mở theo đặc tính thiết kế để đưa dầu sang đường hồi hoặc đường áp suất thấp hơn.

Van tràn vì vậy là một thành phần quan trọng trong nhiều mạch thủy lực, nhưng không nên coi nó là giải pháp duy nhất bảo vệ mọi bộ phận trong mọi cấu hình hệ thống.

Van giảm áp

Van giảm áp được sử dụng khi một nhánh của hệ thống cần làm việc ở mức áp suất thấp hơn đường cấp chính.

Ví dụ, một hệ thống có nhiều cơ cấu chấp hành nhưng một nhánh chỉ cần áp suất thấp hơn. Van giảm áp có thể được bố trí tại nhánh đó để kiểm soát áp suất theo yêu cầu.

Van giảm áp và van tràn đều liên quan đến áp suất nhưng chức năng của chúng khác nhau, do đó không thể tùy ý thay thế cho nhau.

Van tuần tự

Van tuần tự được sử dụng trong những mạch cần các cơ cấu thực hiện chuyển động theo một trình tự liên quan đến mức áp suất thiết lập.

Khi áp suất tại vị trí điều khiển đạt điều kiện nhất định, van mở để cho phép bước tiếp theo của mạch hoạt động.

Van cân bằng

Van cân bằng thường được sử dụng trong các mạch liên quan đến tải có xu hướng tự chuyển động do trọng lực hoặc ngoại lực.

Van hỗ trợ kiểm soát tải và hạn chế tình trạng cơ cấu chấp hành chuyển động mất kiểm soát. Việc lựa chọn và cài đặt van cân bằng cần dựa trên thiết kế cụ thể của mạch và đặc tính tải.

Van lưu lượng thủy lực

Van lưu lượng kiểm soát lượng dầu đi qua một vị trí trong một đơn vị thời gian.

Trong nhiều hệ thống, tốc độ của xi lanh hoặc motor liên quan trực tiếp tới lưu lượng dầu cấp tới cơ cấu đó.

Nhóm này có thể gặp:

• Van tiết lưu.
• Van tiết lưu một chiều.
• Van điều chỉnh lưu lượng.
• Các loại van bù áp tùy thiết kế.

Van tiết lưu

Van tiết lưu thay đổi tiết diện dòng chảy nhằm kiểm soát lưu lượng đi qua.

Đây là giải pháp tương đối đơn giản nhưng lưu lượng thực tế có thể chịu ảnh hưởng của chênh áp và tải.

Van tiết lưu một chiều

Loại này thường kết hợp chức năng tiết lưu ở một chiều và cho dòng dầu đi tự do hơn ở chiều ngược lại.

Nó phù hợp với những mạch cần kiểm soát tốc độ theo một hướng nhưng không cần tiết lưu tương tự ở hướng còn lại.

Van một chiều thủy lực

Van một chiều cho phép dầu đi theo hướng quy định và hạn chế dòng chảy theo chiều ngược lại.

Loại van này có thể được sử dụng để:

• Ngăn dầu chảy ngược.
• Cách ly một phần của mạch.
• Phối hợp với các van khác để tạo chức năng điều khiển.
• Hỗ trợ duy trì trạng thái của mạch trong một số thiết kế.

Ngoài van một chiều thông thường còn có van một chiều có điều khiển bằng pilot.

Khi nhận được áp suất pilot phù hợp, cơ cấu khóa có thể được mở để dầu đi theo chiều vốn đang bị chặn.

Van điện từ thủy lực

Van điện từ sử dụng cuộn coil và cơ cấu điện từ để tạo tác động điều khiển van.

Khi coil nhận điện, lực điện từ tác động lên cơ cấu bên trong, trực tiếp hoặc gián tiếp làm thay đổi trạng thái của van tùy thiết kế.

Một điểm cần phân biệt là “van điện từ” mô tả phương pháp tác động, trong khi những tên như van phân phối hoặc van áp suất thường mô tả chức năng.

Do đó không nên coi van điện từ là một nhóm chức năng hoàn toàn ngang hàng với van phân phối, van áp suất và van lưu lượng.

Khi chọn van sử dụng điện từ cần chú ý thêm:

• Điện áp coil.
• Loại nguồn AC hoặc DC theo sản phẩm.
• Kiểu đầu nối điện.
• Công suất và điều kiện làm việc của coil.
• Phương pháp điều khiển của hệ thống.

Van tỷ lệ thủy lực

Van tỷ lệ cho phép điều khiển đại lượng đầu ra theo tín hiệu điện đầu vào trong phạm vi làm việc của van.

Tùy thiết kế, van tỷ lệ có thể được sử dụng để kiểm soát:

• Hướng.
• Lưu lượng.
• Áp suất.

So với kiểu đóng/mở đơn giản, van tỷ lệ phù hợp với những ứng dụng cần thay đổi điều khiển liên tục.

Tuy nhiên, hệ thống cũng cần có bộ điều khiển và điều kiện vận hành tương thích với van.

Van servo thủy lực

Van servo được sử dụng trong những hệ thống điều khiển yêu cầu khả năng đáp ứng và độ chính xác cao.

Loại van này thường đi cùng hệ thống điều khiển phức tạp hơn và yêu cầu nghiêm ngặt hơn về chất lượng dầu, lọc dầu cũng như điều kiện vận hành.

Do đó không nên chọn van servo chỉ với suy nghĩ rằng đây là phiên bản “tốt hơn” của van thông thường. Van phải phù hợp với yêu cầu thực tế của hệ thống.

Van cartridge

Cartridge mô tả một dạng kết cấu van được lắp vào khoang gia công trong block hoặc manifold.

Ưu điểm của giải pháp này là có thể tích hợp nhiều chức năng vào một cụm thủy lực tương đối gọn.

Van cartridge có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau như:

• Một chiều.
• Áp suất.
• Lưu lượng.
• Điều khiển hướng.

Vì vậy “cartridge” chủ yếu mô tả dạng kết cấu và lắp đặt, không phải một chức năng thủy lực duy nhất.

Van modular

Van modular thường được thiết kế để lắp theo dạng xếp lớp trong cụm van, tùy theo chuẩn và cấu hình của hệ thống.

Các chức năng áp suất, lưu lượng hoặc một chiều có thể được tích hợp trong từng lớp van.

Giải pháp này giúp bố trí mạch gọn hơn trong nhiều hệ thống, nhưng khi lựa chọn phải kiểm tra chuẩn mặt lắp, kích thước danh nghĩa và sơ đồ đường dầu tương thích.

Nên chọn loại van thủy lực nào?

Không có một loại van phù hợp cho mọi hệ thống. Trước tiên cần xác định vấn đề cần giải quyết.

Có thể hiểu đơn giản:

Bảng trên chỉ giúp xác định nhóm chức năng ban đầu. Sau đó vẫn phải lựa chọn sản phẩm cụ thể theo điều kiện của mạch.

Cách chọn van thủy lực phù hợp với hệ thống

Sau khi xác định đúng chức năng, cần kiểm tra các yếu tố kỹ thuật trước khi chọn model cụ thể.

Xác định chức năng của van

Đây nên là bước đầu tiên.

Cần biết hệ thống đang cần:

• Đổi hướng dầu.
• Giới hạn áp suất.
• Giảm áp.
• Điều chỉnh lưu lượng.
• Chống dòng chảy ngược.
• Giữ hoặc kiểm soát tải.
• Điều khiển liên tục.

Chọn sai chức năng thì các thông số còn lại dù phù hợp cũng không giải quyết đúng yêu cầu của mạch.

Kiểm tra áp suất làm việc

Van phải có khả năng làm việc phù hợp với áp suất của hệ thống.

Không nên chỉ lấy áp suất vận hành thông thường để so sánh. Cần xem cả điều kiện làm việc thực tế và giới hạn được nhà sản xuất quy định cho đúng model.

Xác định lưu lượng

Lưu lượng là thông số quan trọng khi lựa chọn van.

Van quá nhỏ so với lưu lượng thực tế có thể tạo tổn thất áp suất lớn và làm ảnh hưởng tới hiệu suất của hệ thống.

Ngược lại, chọn van lớn hơn nhiều so với nhu cầu không mặc nhiên mang lại khả năng điều khiển tốt hơn và có thể làm tăng kích thước cũng như chi phí.

Kiểm tra sơ đồ thủy lực

Đây là bước đặc biệt quan trọng khi thay van phân phối.

Không nên thấy hai van đều ghi 4/3 rồi kết luận có thể thay thế.

Cần kiểm tra:

• Các cửa P, T, A, B.
• Trạng thái các đường dầu tại từng vị trí.
• Kiểu trung tâm.
• Cách hồi vị.
• Phương pháp tác động.

Kiểm tra chuẩn và kiểu lắp

Van có thể sử dụng nhiều kiểu lắp:

• Lắp ren.
• Lắp trên đế.
• Lắp modular.
• Lắp cartridge.
• Lắp trong manifold.

Hai van có thông số hoạt động tương tự nhưng khác chuẩn mặt lắp vẫn có thể không thay thế trực tiếp được.

Kiểm tra phương pháp điều khiển

Cần xác định van được điều khiển bằng:

• Tay.
• Cơ khí.
• Điện từ.
• Pilot thủy lực.
• Điều khiển tỷ lệ.
• Servo.

Phương pháp điều khiển phải phù hợp với hệ thống hiện có.

Kiểm tra điện áp coil

Đối với van sử dụng điện từ, điện áp coil phải phù hợp với nguồn điều khiển.

Không nên suy đoán điện áp dựa vào hình dáng van. Cần kiểm tra nhãn coil, mã sản phẩm hoặc tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.

Xem xét môi chất và nhiệt độ

Dầu thủy lực, độ nhớt, nhiệt độ và vật liệu làm kín đều có thể ảnh hưởng tới khả năng làm việc của van.

Đối với môi trường hoặc môi chất đặc biệt, cần kiểm tra trực tiếp giới hạn do nhà sản xuất công bố.

Những sai lầm thường gặp khi chọn van thủy lực

Chọn theo kích thước bên ngoài

Hai van nhìn giống nhau chưa chắc có cùng chức năng hoặc sơ đồ dầu.

Đây đặc biệt là vấn đề khi thay thế van cũ mà không còn đầy đủ tài liệu.

Chỉ dựa vào áp suất

Áp suất chỉ là một trong nhiều thông số.

Một van có dải áp suất phù hợp nhưng lưu lượng, sơ đồ, chuẩn lắp hoặc phương pháp điều khiển không tương thích vẫn không phải lựa chọn đúng.

Không kiểm tra sơ đồ van

Đối với van phân phối, khác biệt ở trạng thái trung tâm có thể làm thay đổi đáng kể hoạt động của mạch.

Vì vậy nên đọc ký hiệu thủy lực thay vì chỉ đọc tên sản phẩm.

Chọn van có lưu lượng quá nhỏ

Khi lưu lượng thực tế vượt quá khả năng phù hợp của van, tổn thất áp suất qua van có thể tăng và ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống.

Thay van khác hãng chỉ vì cùng model gần giống

Tên gọi hoặc mã gần giống không phải bằng chứng cho khả năng thay thế trực tiếp.

Nếu đổi thương hiệu, cần đối chiếu tài liệu kỹ thuật của cả hai sản phẩm.

Khi thay van thủy lực cũ cần kiểm tra những gì?

Nếu hệ thống đang hoạt động và chỉ cần thay một van hỏng, nên thu thập càng nhiều thông tin của van cũ càng tốt.

Có thể kiểm tra:

1. Hãng sản xuất.
2. Model đầy đủ.
3. Ký hiệu thủy lực.
4. Áp suất làm việc.
5. Lưu lượng.
6. Kích thước hoặc chuẩn mặt lắp.
7. Số cửa và số vị trí.
8. Điện áp coil.
9. Phương pháp điều khiển.
10. Chức năng thực tế của van trong mạch.

Nếu tem van đã mất hoặc không đọc được, sơ đồ thủy lực của máy và vị trí van trong mạch trở nên đặc biệt quan trọng.

Không nên chọn một sản phẩm thay thế chỉ bằng ảnh nếu chưa xác định đủ các thông tin cần thiết.

Kết luận

Van thủy lực có nhiều loại và không nên phân loại chỉ dựa trên tên gọi bên ngoài. Xét theo chức năng, các nhóm quan trọng gồm van điều khiển hướng, van áp suất, van lưu lượng và van một chiều; ngoài ra còn có các cách phân loại theo phương pháp điều khiển và kết cấu như điện từ, tỷ lệ, servo, cartridge hoặc modular.

Khi lựa chọn, nên bắt đầu từ chức năng của van trong mạch, sau đó mới đối chiếu áp suất, lưu lượng, sơ đồ dầu, chuẩn lắp, kiểu điều khiển, điện áp và điều kiện vận hành. Cách làm này đáng tin cậy hơn nhiều so với việc chọn theo hình dáng hoặc chỉ dựa vào một thông số.

Bạn có thể xem các nhóm van thủy lực để xác định nhóm sản phẩm phù hợp với chức năng của hệ thống trước khi lựa chọn model và thông số cụ thể.

Câu hỏi thường gặp về các loại van thủy lực