Giới thiệu Van cân bằng thủy lực

Thủy Lực AZ cung cấp các dòng van điều khiển áp suất, van giữ tải và thiết bị sử dụng trong hệ thống thủy lực công nghiệp.

Van cân bằng thủy lực là loại van điều khiển tải được sử dụng để giữ tải, hạn chế tải tự tụt và kiểm soát chuyển động của xi lanh hoặc motor khi tải có xu hướng kéo cơ cấu chạy nhanh hơn lưu lượng dầu cấp.

Tên tiếng Anh thường gặp của sản phẩm là hydraulic counterbalance valve. Trong một số tài liệu và ứng dụng, van còn được gọi là load holding valve hoặc overcenter valve tùy cấu tạo và chức năng cụ thể.

Van cân bằng đặc biệt quan trọng trong những hệ thống có tải treo hoặc tải trọng có khả năng tự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực như:

• Xi lanh nâng hạ.
• Bàn nâng thủy lực.
• Cần nâng.
• Cẩu thủy lực.
• Máy công trình.
• Cơ cấu nghiêng.
• Motor dẫn động tải quán tính.
• Thiết bị nâng hạ công nghiệp.

Van giúp duy trì áp suất ngược cần thiết để tải chuyển động có kiểm soát thay vì tụt hoặc chạy vượt tốc ngoài mong muốn.

Cấu tạo Van cân bằng thủy lực

Cấu tạo của Van cân bằng thủy lực thay đổi theo từng model nhưng thường gồm thân van, phần tử điều khiển áp suất, lò xo, đường pilot và van một chiều.

Thân van

Thân van chứa các đường dầu và các chi tiết điều khiển bên trong.

Tùy thiết kế, van có thể sử dụng dạng:

• Van ren.
• Van cartridge.
• Van lắp trên block.
• Van tích hợp manifold.

Thân van phải phù hợp với áp suất, lưu lượng, kiểu kết nối và điều kiện sử dụng của hệ thống.

Phần tử điều khiển áp suất

Bên trong van có cơ cấu đóng mở chịu tác động của:

• Áp suất tải.
• Lực lò xo.
• Áp suất pilot.

Khi chưa đủ điều kiện mở, van tạo lực cản giúp giữ tải.

Khi có tín hiệu pilot phù hợp, van bắt đầu mở và cho phép dầu từ cơ cấu chấp hành thoát ra có kiểm soát.

Lò xo

Lò xo tạo lực giữ phần tử điều khiển ở trạng thái cần thiết.

Mức nén lò xo liên quan tới áp suất cài đặt của van.

Nhiều model cho phép điều chỉnh áp suất bằng vít hoặc núm chỉnh.

Việc cài đặt phải căn cứ vào tải thực tế và thông số của hệ thống, không nên chỉnh áp theo cảm tính.

Đường pilot

Đường pilot lấy áp suất từ phía đối diện của cơ cấu chấp hành để hỗ trợ mở van.

Ví dụ với xi lanh:

Khi bơm cấp dầu vào một khoang xi lanh, áp suất tại đường đó có thể được đưa tới cổng pilot của van cân bằng ở khoang còn lại.

Áp suất pilot hỗ trợ mở van để dầu thoát ra khỏi khoang chịu tải một cách có kiểm soát.

Van một chiều

Nhiều van cân bằng được tích hợp van một chiều để cho phép dầu đi tự do theo một chiều.

Ở chiều ngược lại, dòng dầu phải đi qua cơ cấu cân bằng và chịu sự kiểm soát của van.

Cấu tạo này cho phép cơ cấu chấp hành nhận dầu thuận lợi theo một chiều nhưng vẫn được giữ và kiểm soát khi tải có xu hướng dịch chuyển theo chiều ngược lại.

Nguyên lý hoạt động của Van cân bằng thủy lực

Van cân bằng hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa áp suất tải, lực lò xo và áp suất pilot.

Khi cơ cấu chấp hành đứng yên, van hạn chế đường dầu thoát ra khỏi phía chịu tải. Nhờ đó tải được giữ ở vị trí và hạn chế hiện tượng tự tụt.

Khi cần hạ hoặc di chuyển tải, bơm cấp dầu tới phía đối diện của xi lanh hoặc motor.

Áp suất này đồng thời được đưa tới đường pilot của van cân bằng.

Khi tổng tác động của áp suất tải và áp suất pilot đủ để thắng lực cài đặt, van bắt đầu mở.

Dầu từ phía chịu tải được xả qua van một cách có kiểm soát.

Nhờ đó cơ cấu chuyển động ổn định hơn thay vì tải tự kéo xi lanh hoặc motor chạy vượt tốc.

Khi tín hiệu pilot giảm hoặc mất, van giảm độ mở hoặc đóng lại theo thiết kế, giúp hạn chế tải tiếp tục dịch chuyển.

Thông số kỹ thuật Van cân bằng thủy lực

Các thông số trên mang tính tham khảo. Khi lựa chọn cần kiểm tra catalog của đúng model và sơ đồ thủy lực của hệ thống.

Các loại Van cân bằng thủy lực phổ biến

Van cân bằng đơn

Van cân bằng đơn được sử dụng để kiểm soát một đường tải.

Loại này thường được lắp trên một cổng của:

• Xi lanh.
• Motor thủy lực.
• Cơ cấu nâng.
• Cơ cấu nghiêng.

Van phù hợp với những mạch chỉ cần giữ và kiểm soát tải theo một hướng.

Van cân bằng đôi

Van cân bằng đôi tích hợp hai đường kiểm soát tải trong cùng một cụm.

Loại này thường được sử dụng khi cơ cấu chấp hành có khả năng chịu tải theo cả hai chiều.

Ứng dụng thường gặp gồm:

• Motor thủy lực quay hai chiều.
• Xi lanh chịu tải hai phía.
• Cơ cấu quay.
• Cơ cấu nghiêng.
• Thiết bị di chuyển cần kiểm soát hai chiều.

Mỗi phía có đường pilot tương ứng để hỗ trợ mở van phía đối diện.

Van cân bằng dạng ren

Van dạng ren có các cổng kết nối trực tiếp với đường ống hoặc đầu nối thủy lực.

Ưu điểm là dễ bố trí trên hệ thống và thuận tiện khi thay thế.

Khi lựa chọn cần kiểm tra:

• Kiểu ren.
• Kích thước cổng.
• Chiều dòng dầu.
• Cổng pilot.
• Lưu lượng.
• Áp suất.

Van cân bằng cartridge

Van cartridge được lắp trực tiếp vào cavity trên block hoặc manifold.

Loại này phù hợp khi cần:

• Cụm điều khiển nhỏ gọn.
• Giảm đường ống.
• Tích hợp nhiều chức năng.
• Thiết kế máy OEM.

Cavity phải đúng với loại cartridge đang sử dụng.

Van cân bằng tích hợp block

Van có thể được tích hợp trên block đặt trực tiếp gần xi lanh hoặc motor.

Cách bố trí này giúp giảm chiều dài đoạn đường dầu giữa van và cơ cấu chấp hành, đặc biệt hữu ích trong các mạch giữ tải.

Ưu điểm của Van cân bằng thủy lực

Van cân bằng mang lại nhiều lợi ích trong các hệ thống có tải:

• Giữ tải tại vị trí.
• Hạn chế xi lanh tự tụt.
• Kiểm soát quá trình hạ tải.
• Hạn chế tải chạy vượt tốc.
• Giúp chuyển động ổn định hơn.
• Phù hợp với tải treo.
• Hỗ trợ kiểm soát motor chịu tải quán tính.
• Có thể sử dụng cho một hoặc hai chiều.
• Có nhiều kiểu lắp.
• Có dạng cartridge nhỏ gọn.
• Có thể tích hợp trên manifold.
• Phù hợp với máy nâng hạ.
• Sử dụng được trong nhiều hệ thống công nghiệp.

Nhược điểm của Van cân bằng thủy lực

Một số hạn chế cần lưu ý:

• Cần chọn đúng áp suất cài đặt.
• Cần chọn đúng tỷ lệ pilot.
• Cài áp quá cao có thể làm tăng tổn thất áp suất.
• Cài áp không phù hợp có thể làm chuyển động không ổn định.
• Van tạo áp suất ngược trên đường tải.
• Có thể phát sinh nhiệt nếu lựa chọn hoặc hiệu chỉnh không phù hợp.
• Dầu bẩn có thể ảnh hưởng tới hoạt động của van.
• Không thể lựa chọn chỉ dựa vào kích thước ren.
• Cần kiểm tra đúng chiều lắp.
• Việc hiệu chỉnh cần dựa vào tải và sơ đồ thực tế.

So sánh Van cân bằng và Van một chiều có điều khiển

Hai loại van đều có thể được sử dụng trong mạch giữ tải nhưng nguyên lý điều khiển không hoàn toàn giống nhau.

Van một chiều có điều khiển chủ yếu khóa dòng dầu và mở khi có tín hiệu pilot.

Van cân bằng vừa giữ tải vừa có khả năng điều tiết dòng dầu khi tải chuyển động, vì vậy thường phù hợp hơn với những ứng dụng cần hạ tải có kiểm soát.

So sánh Van cân bằng và Van an toàn thủy lực

Không nên sử dụng van an toàn để thay thế chức năng giữ tải của van cân bằng.

Hai loại cùng thuộc nhóm điều khiển áp suất nhưng phục vụ những mục đích khác nhau trong mạch.

Ứng dụng của Van cân bằng thủy lực

Van cân bằng được sử dụng phổ biến trong:

• Xi lanh nâng hạ.
• Bàn nâng thủy lực.
• Cẩu thủy lực.
• Cần nâng.
• Xe nâng.
• Máy xúc.
• Máy công trình.
• Xe chuyên dụng.
• Máy nông nghiệp.
• Hệ thống nâng hàng.
• Thiết bị nâng người.
• Cơ cấu nghiêng.
• Cơ cấu quay.
• Motor thủy lực.
• Máy ép.
• Máy sản xuất công nghiệp.
• Dây chuyền tự động hóa.
• Các hệ thống có tải treo.

Một ví dụ điển hình là xi lanh nâng tải theo phương thẳng đứng.

Nếu chỉ sử dụng van phân phối, trọng lượng tải có thể khiến dầu bị đẩy khỏi xi lanh quá nhanh khi hạ.

Van cân bằng tạo lực cản và điều tiết dòng dầu ra, giúp tải hạ xuống có kiểm soát hơn.

Vị trí lắp Van cân bằng thủy lực

Van cân bằng thường được bố trí gần cơ cấu chấp hành cần giữ tải.

Ví dụ:

• Gần cổng xi lanh.
• Gắn trực tiếp lên xi lanh.
• Gắn trên motor thủy lực.
• Tích hợp trong block gần cơ cấu chấp hành.

Việc đặt van gần tải giúp giảm đoạn đường dầu nằm giữa van và cơ cấu cần giữ.

Vị trí lắp cụ thể phải theo sơ đồ mạch và hướng dẫn kỹ thuật của từng loại van.

Không nên tự ý chuyển van sang vị trí khác chỉ để thuận tiện đi đường ống nếu điều đó làm thay đổi chức năng an toàn của mạch.

Lưu ý khi lựa chọn Van cân bằng thủy lực

Trước khi lựa chọn cần xác định:

• Loại cơ cấu chấp hành.
• Xi lanh hay motor.
• Hướng tải.
• Trọng lượng hoặc lực tải.
• Áp suất do tải tạo ra.
• Áp suất hệ thống.
• Lưu lượng.
• Tỷ lệ pilot.
• Dải chỉnh áp.
• Kiểu van đơn hay đôi.
• Kiểu ren.
• Kích thước cổng.
• Kiểu lắp.
• Sơ đồ thủy lực.
• Không gian lắp đặt.

Áp suất cài đặt của van cần được xác định dựa trên tải thực tế và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Không nên cài quá thấp vì khả năng giữ tải có thể không đạt yêu cầu.

Ngược lại, cài quá cao có thể làm tăng áp suất cần thiết để mở van, gây tổn thất năng lượng và ảnh hưởng tới chuyển động.

Tỷ lệ pilot cũng là thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng tới áp suất cần thiết để hỗ trợ mở van.

Lưu ý khi lắp đặt Van cân bằng thủy lực

Trong quá trình lắp cần chú ý:

• Xác định đúng chiều dòng dầu.
• Xác định đúng cổng tải.
• Xác định đúng cổng pilot.
• Kiểm tra kiểu ren.
• Làm sạch đường dầu.
• Không để bụi hoặc phoi kim loại vào van.
• Kiểm tra O-ring và gioăng.
• Lắp van gần cơ cấu chấp hành khi thiết kế yêu cầu.
• Không tự ý chỉnh vít trước khi xác định thông số.
• Chạy thử ở điều kiện an toàn.
• Điều chỉnh áp từ từ.
• Kiểm tra chuyển động của tải.
• Kiểm tra rò rỉ.
• Không đứng bên dưới tải trong quá trình thử nghiệm.

Đối với những cơ cấu nâng tải, việc hiệu chỉnh van cần được thực hiện cẩn thận vì cài đặt không phù hợp có thể ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng kiểm soát tải.

Tư vấn lựa chọn Van cân bằng thủy lực

Khi lựa chọn Van cân bằng thủy lực thay thế, nên cung cấp:

• Hình ảnh van cũ.
• Hình ảnh tem van.
• Model.
• Thương hiệu.
• Sơ đồ ký hiệu trên van.
• Kiểu ren.
• Kích thước cổng.
• Dải áp suất.
• Tỷ lệ pilot nếu có.
• Lưu lượng.
• Loại xi lanh hoặc motor.
• Thông tin tải đang sử dụng.

Nếu thiết kế hệ thống mới, cần xác định đặc tính tải và sơ đồ mạch trước khi chọn van.

Không nên lựa chọn chỉ dựa trên đường kính ren hoặc áp suất tối đa. Hai van có cùng kích thước kết nối vẫn có thể khác về tỷ lệ pilot, dải chỉnh áp, lưu lượng và nguyên lý hoạt động.

Tham khảo thêm các dòng tại danh mục Van áp suất thủy lực.

Câu hỏi thường gặp