Van áp suất thủy lực là nhóm van thủy lực dùng để kiểm soát, giới hạn hoặc duy trì áp suất dầu trong hệ thống. Đây là nhóm thiết bị quan trọng giúp hệ thống làm việc đúng mức áp suất thiết kế, bảo vệ bơm, xy lanh, motor và các thiết bị khác trước những điều kiện áp suất không phù hợp.

Tùy theo chức năng của mạch, van áp suất có thể dùng để giới hạn áp suất tối đa, giảm áp cho một nhánh, duy trì áp suất ngược hoặc kiểm soát tải.

Các dòng phổ biến gồm:

• Van an toàn thủy lực.
• Van giảm áp thủy lực.
• Van tràn thủy lực.
• Van cân bằng thủy lực.
• Một số loại van áp suất chuyên dụng khác.

Mỗi loại có nguyên lý và vị trí lắp khác nhau. Vì vậy không nên lựa chọn van chỉ dựa vào kích thước ren hoặc mức áp suất ghi trên sản phẩm.

Van áp suất thủy lực là gì?

Van áp suất thủy lực là thiết bị dùng để kiểm soát áp suất của dầu trong một phần hoặc toàn bộ mạch thủy lực.

Trong hệ thống, bơm tạo ra lưu lượng dầu. Khi dòng dầu gặp tải hoặc lực cản, áp suất trong mạch tăng lên.

Nếu không kiểm soát áp suất phù hợp, hệ thống có thể gặp các vấn đề như:

• Áp suất vượt giới hạn thiết kế.
• Bơm làm việc quá tải.
• Đường ống và đầu nối chịu áp quá cao.
• Gioăng, phớt nhanh hư hỏng.
• Xy lanh hoặc motor hoạt động không ổn định.
• Sinh nhiệt và giảm hiệu suất hệ thống.

Van áp suất được sử dụng để xử lý các yêu cầu này theo từng nguyên lý cụ thể.

Van áp suất hoạt động như thế nào?

Nguyên lý chính của nhiều loại van áp suất dựa trên sự cân bằng giữa lực tạo ra bởi áp suất dầu và lực lò xo hoặc cơ cấu điều khiển.

Khi áp suất dầu tác động lên phần tử điều khiển đạt đến giá trị nhất định, van thay đổi trạng thái.

Tùy loại van, sự thay đổi này có thể:

• Mở đường dầu về thùng.
• Hạn chế áp suất tại một nhánh.
• Mở một mạch tiếp theo.
• Duy trì áp suất ngược.
• Kiểm soát chuyển động của tải.

Mức áp suất tác động thường có thể được thiết lập trong một phạm vi nhất định tùy model.

Với các dòng điều khiển điện hoặc tỷ lệ, giá trị áp suất còn có thể được thay đổi thông qua tín hiệu điện.

Cấu tạo van áp suất thủy lực

Cấu tạo cụ thể khác nhau giữa từng loại, nhưng van áp suất thông dụng thường gồm một số thành phần chính.

Thân van

Thân van chứa các đường dẫn dầu và các chi tiết làm việc bên trong.

Kết cấu thân phải phù hợp với:

• Áp suất làm việc.
• Lưu lượng.
• Kiểu lắp.
• Loại dầu sử dụng.

Phần tử đóng mở

Tùy thiết kế, van có thể sử dụng:

• Poppet.
• Con trượt.
• Bi.
• Piston.
• Các cơ cấu điều khiển khác.

Phần tử này thay đổi vị trí khi lực do áp suất dầu đạt đến điều kiện tác động.

Lò xo điều chỉnh

Lò xo tạo lực đối kháng với áp suất dầu.

Trên nhiều loại van, việc thay đổi độ nén của lò xo sẽ làm thay đổi mức áp suất tác động.

Không nên tự ý vặn tăng áp khi chưa biết giới hạn thiết kế của hệ thống.

Vít hoặc núm chỉnh áp

Một số van có:

• Vít chỉnh.
• Núm xoay.
• Tay chỉnh.
• Cơ cấu khóa.

Bộ phận này giúp cài đặt mức áp suất trong phạm vi thiết kế của van.

Đường pilot

Các van pilot-operated có thêm đường điều khiển bằng áp suất.

Thiết kế pilot thường được sử dụng trong các van yêu cầu điều khiển lưu lượng lớn hoặc cần đặc tính làm việc phù hợp hơn so với cơ cấu tác động trực tiếp.

Các loại van áp suất thủy lực phổ biến

Van an toàn thủy lực

Van an toàn thủy lực được sử dụng để giới hạn áp suất cao nhất trong mạch.

Khi áp suất đạt tới mức cài đặt, van mở đường để dầu được giải phóng về vùng áp suất thấp hơn, thường là đường hồi về thùng.

Mục đích chính là hạn chế áp suất tiếp tục tăng vượt mức thiết kế.

Van an toàn giúp bảo vệ:

• Bơm thủy lực.
• Xy lanh.
• Motor.
• Ống dẫn.
• Đầu nối.
• Gioăng phớt.
• Các thiết bị trong hệ thống.

Van thường được bố trí ở vị trí phù hợp trên đường áp suất của hệ thống.

Khi lựa chọn van an toàn cần xác định

• Áp suất làm việc.
• Áp suất cần giới hạn.
• Lưu lượng tối đa.
• Kiểu lắp.
• Loại điều khiển.
• Kích thước kết nối.

Không nên lựa chọn mức cài đặt quá sát hoặc vượt quá giới hạn của các thiết bị trong mạch.

Van tràn thủy lực

Van tràn thủy lực có chức năng kiểm soát áp suất bằng cách mở một đường dầu khi áp suất đạt tới giá trị cài đặt.

Trong tài liệu và thị trường thủy lực, thuật ngữ van tràn và van an toàn đôi khi được sử dụng cho những thiết bị có nguyên lý rất gần nhau hoặc thậm chí cùng nhóm pressure relief valve.

Vì vậy khi chọn sản phẩm không nên chỉ dựa vào tên gọi.

Cần kiểm tra:

• Ký hiệu thủy lực.
• Model.
• Kiểu tác động.
• Áp suất điều chỉnh.
• Lưu lượng.
• Cách lắp trong mạch.

Một van tràn có thể được sử dụng để:

• Giới hạn áp suất hệ thống.
• Xả lưu lượng dư.
• Bảo vệ bơm và thiết bị.
• Tạo mức áp suất cần thiết trong một số cấu hình mạch.

Van tràn tác động trực tiếp

Áp suất dầu tác động trực tiếp lên phần tử đóng mở đối kháng với lực lò xo.

Dạng này có cấu tạo tương đối đơn giản.

Van tràn điều khiển pilot

Sử dụng tầng pilot để điều khiển van chính.

Dạng pilot thường được sử dụng trong các hệ thống có yêu cầu lưu lượng hoặc đặc tính điều khiển phù hợp hơn.

Việc lựa chọn phải dựa theo tài liệu của từng model.

Van giảm áp thủy lực

Van giảm áp thủy lực được sử dụng khi một nhánh của hệ thống cần làm việc với áp suất thấp hơn áp suất của đường dầu chính.

Ví dụ:

Một hệ thống có áp suất nguồn cao để vận hành xy lanh chính nhưng cơ cấu kẹp chỉ cần mức áp suất thấp hơn.

Van giảm áp được lắp trên nhánh kẹp để duy trì mức áp suất phù hợp cho nhánh đó.

Ứng dụng của van giảm áp

• Mạch kẹp phôi.
• Xy lanh phụ.
• Hệ thống nhiều cấp áp suất.
• Máy ép.
• Máy CNC.
• Máy công nghiệp.
• Các mạch cần bảo vệ một nhánh ở áp suất thấp hơn.

Van giảm áp và van an toàn khác nhau thế nào?

Đây là điểm dễ nhầm.

Van an toàn hoặc van tràn chủ yếu giới hạn áp suất tối đa của mạch bằng cách mở đường xả khi áp suất đạt mức cài đặt.

Van giảm áp có nhiệm vụ duy trì áp suất thấp hơn tại một nhánh phía sau van.

Hai loại có nguyên lý bố trí và mục đích sử dụng khác nhau.

Không nên dùng thay thế cho nhau chỉ vì cùng có vít chỉnh áp.

Van cân bằng thủy lực

Van cân bằng thủy lực được sử dụng nhiều trong các hệ thống có tải có xu hướng tự kéo cơ cấu chuyển động.

Ví dụ:

• Xy lanh nâng tải.
• Cẩu thủy lực.
• Bàn nâng.
• Xe nâng.
• Motor điều khiển tời.
• Máy công trình.

Khi tải có xu hướng tự hạ xuống do trọng lực, van cân bằng tạo điều kiện kiểm soát chuyển động và duy trì áp suất cần thiết ở phía tải.

Van thường được phối hợp với tín hiệu pilot để mở theo điều kiện vận hành của mạch.

Chức năng thường gặp

• Hỗ trợ giữ tải.
• Hạn chế tải tự tụt.
• Kiểm soát tốc độ hạ.
• Duy trì áp suất ngược.
• Hỗ trợ ổn định chuyển động.

Van cân bằng phải được lựa chọn theo:

• Trọng lượng và đặc tính tải.
• Áp suất tải.
• Lưu lượng.
• Tỷ số pilot.
• Sơ đồ mạch.
• Vị trí lắp.

Đây là nhóm van không nên lựa chọn chỉ bằng ren hoặc kích thước thân.

Phân loại van áp suất theo nguyên lý điều khiển

Van tác động trực tiếp

Áp suất dầu tác động trực tiếp lên:

• Poppet.
• Bi.
• Piston.
• Con trượt.

Khi lực do áp suất lớn hơn lực cài đặt của lò xo, phần tử điều khiển thay đổi vị trí.

Ưu điểm thường là:

• Cấu tạo đơn giản.
• Phản ứng trực tiếp.
• Dễ bố trí trong các mạch nhỏ.

Khả năng làm việc thực tế phụ thuộc vào từng model.

Van điều khiển pilot

Van sử dụng tầng pilot để điều khiển phần tử chính.

Cấu trúc này thường xuất hiện ở các hệ thống yêu cầu:

• Lưu lượng lớn.
• Điều khiển áp suất ổn định hơn trong phạm vi thiết kế.
• Điều khiển từ xa.
• Kết hợp các chức năng điều khiển khác.

Van pilot có nhiều đường dầu hơn nên cần đọc đúng sơ đồ trước khi lắp.

Van áp suất điều khiển điện

Một số van cho phép điều khiển áp suất thông qua:

• Van điện từ.
• Tín hiệu điện.
• Bộ điều khiển.

Dạng này phù hợp với hệ thống tự động hóa hoặc những mạch cần thay đổi trạng thái áp suất theo quá trình vận hành.

Van áp suất tỷ lệ

Van áp suất tỷ lệ sử dụng tín hiệu điện để thay đổi mức áp suất theo giá trị điều khiển.

Ưu điểm là có thể điều chỉnh áp suất linh hoạt hơn so với van chỉnh cơ thông thường.

Van được sử dụng trong:

• Máy ép.
• Máy CNC.
• Máy tự động.
• Dây chuyền sản xuất.
• Các hệ thống cần thay đổi lực hoặc áp suất theo chu trình.

Kiểu lắp của van áp suất thủy lực

Van lắp ren

Van được kết nối trực tiếp với đường dầu thông qua các cổng ren.

Kiểu này thuận tiện cho:

• Hệ thống đơn giản.
• Đường ống riêng.
• Bộ nguồn nhỏ.
• Các vị trí cần lắp van độc lập.

Cần xác định đúng chuẩn ren trước khi lắp.

Van lắp đế

Van được bắt lên đế hoặc manifold.

Đường dầu đi qua các lỗ trên mặt lắp.

Ưu điểm:

• Bố trí hệ thống gọn.
• Dễ tháo thay van.
• Giảm lượng đường ống ngoài.
• Thuận tiện tích hợp nhiều van.

Van modular hoặc sandwich

Van được lắp thành từng lớp giữa van điều hướng và đế.

Các chức năng áp suất có thể được tích hợp ngay trong cụm van.

Thiết kế này phổ biến trên các cụm thủy lực công nghiệp.

Van cartridge

Van cartridge được lắp trực tiếp vào cavity trên block.

Ưu điểm là:

• Kích thước cụm gọn.
• Dễ tích hợp nhiều chức năng.
• Giảm đường ống.
• Phù hợp với manifold thiết kế riêng.

Tuy nhiên phải lựa chọn đúng cavity và model cartridge.

Vai trò của van áp suất trong hệ thống thủy lực

Bảo vệ hệ thống khỏi quá áp

Đây là chức năng quan trọng của van tràn hoặc van an toàn.

Nếu tải tăng bất thường hoặc đường dầu bị chặn, áp suất có thể tăng nhanh.

Van được thiết lập phù hợp sẽ giúp giới hạn áp suất trong phạm vi thiết kế.

Tạo nhiều mức áp suất khác nhau

Một máy có thể cần nhiều cơ cấu hoạt động ở các mức áp suất khác nhau.

Van giảm áp cho phép tạo một nhánh có áp suất thấp hơn nguồn chính.

Kiểm soát tải

Van cân bằng được sử dụng trong các mạch nâng hạ để kiểm soát tải có xu hướng tự chuyển động.

Điều khiển lực của xy lanh

Lực của xy lanh liên quan đến áp suất tác dụng và diện tích piston.

Vì vậy việc kiểm soát áp suất là một trong các yếu tố để kiểm soát lực của cơ cấu.

Tuy nhiên lực thực tế còn bị ảnh hưởng bởi:

• Ma sát.
• Tổn thất áp suất.
• Hiệu suất cơ khí.
• Áp suất phía đối diện piston.
• Điều kiện vận hành.

Không nên chỉ lấy một giá trị áp suất để kết luận chính xác lực thực tế của hệ thống.

Ưu điểm của van áp suất thủy lực

Bảo vệ thiết bị

Việc giới hạn áp suất phù hợp giúp giảm nguy cơ thiết bị phải chịu điều kiện vượt mức thiết kế.

Điều chỉnh được áp suất

Nhiều dòng van cho phép thay đổi mức áp suất trong phạm vi của model.

Điều này giúp hệ thống thích ứng với từng yêu cầu vận hành.

Nhiều loại và kiểu lắp

Có thể lựa chọn:

• Van ren.
• Van lắp đế.
• Van modular.
• Van cartridge.
• Van pilot.
• Van tỷ lệ.

Nhờ vậy có thể sử dụng cho nhiều loại máy khác nhau.

Dễ tích hợp vào cụm thủy lực

Van áp suất có thể được tích hợp trên:

• Manifold.
• Block van.
• Bộ nguồn.
• Cụm điều khiển.

Điều này giúp giảm số lượng đường ống ngoài.

Những hạn chế cần lưu ý

Cài đặt sai áp suất có thể ảnh hưởng toàn hệ thống

Nếu cài quá thấp:

• Máy có thể không đủ lực.
• Xy lanh không hoàn thành hành trình.
• Motor không đủ mô-men.

Nếu cài quá cao:

• Thiết bị có thể phải chịu áp suất không cần thiết.
• Bơm làm việc nặng hơn.
• Tăng nguy cơ hư hỏng.
• Dầu có thể nóng hơn trong một số điều kiện.

Van bị ảnh hưởng bởi độ sạch của dầu

Tạp chất có thể:

• Kẹt poppet.
• Kẹt con trượt.
• Làm xước bề mặt.
• Tắc lỗ pilot.
• Làm van hoạt động không ổn định.

Hệ thống lọc dầu phải được lựa chọn và bảo trì phù hợp.

Không phải van nào có cùng áp suất cũng thay thế được

Hai van có cùng mức áp suất nhưng có thể khác nhau về:

• Lưu lượng.
• Kiểu lắp.
• Ký hiệu mạch.
• Dải điều chỉnh.
• Kiểu pilot.
• Chức năng.
• Loại điều khiển.

Vì vậy cần kiểm tra model đầy đủ.

Ứng dụng của van áp suất thủy lực

Máy ép thủy lực

Van áp suất giúp:

• Giới hạn áp suất.
• Điều chỉnh lực ép.
• Bảo vệ hệ thống.
• Tạo các mức áp suất khác nhau theo mạch.

Máy CNC

Ứng dụng trong các mạch:

• Kẹp phôi.
• Mâm cặp.
• Cơ cấu thay dao.
• Cơ cấu thủy lực phụ trợ.

Máy ép nhựa

Hệ thống có nhiều giai đoạn làm việc với yêu cầu áp suất khác nhau nên thường sử dụng nhiều loại van điều khiển áp suất.

Máy công trình

Có thể sử dụng trên:

• Máy xúc.
• Máy đào.
• Cẩu.
• Xe nâng.
• Máy nông nghiệp.
• Thiết bị nâng hạ.

Hệ thống nâng hạ

Van cân bằng và các van giữ tải thường xuất hiện trong:

• Cẩu.
• Bàn nâng.
• Xe nâng.
• Xy lanh nâng.
• Tời thủy lực.

Đây là các ứng dụng cần đặc biệt chú ý đến sơ đồ mạch và an toàn tải.

Bộ nguồn thủy lực

Một bộ nguồn thường cần ít nhất một giải pháp kiểm soát áp suất phù hợp với thiết kế.

Van có thể được:

• Lắp trực tiếp trên block.
• Lắp trên manifold.
• Lắp dạng cartridge.
• Lắp riêng trên đường ống.

Cách lựa chọn van áp suất thủy lực

Xác định chức năng cần sử dụng

Trước tiên phải xác định cần:

• Giới hạn áp suất.
• Giảm áp.
• Kiểm soát tải.
• Duy trì áp suất ngược.
• Điều khiển áp suất bằng điện.

Không nên bắt đầu bằng câu hỏi “van ren bao nhiêu” khi chưa xác định chức năng.

Xác định áp suất làm việc

Cần biết:

• Áp suất làm việc thông thường.
• Áp suất tối đa.
• Mức áp suất cần cài.
• Áp suất của từng nhánh nếu hệ thống có nhiều cấp.

Đây là thông số quan trọng nhất của nhóm van này.

Kiểm tra dải điều chỉnh

Một model có thể có nhiều phiên bản với các dải chỉnh áp khác nhau.

Không nên chỉ biết “van chịu được áp cao” mà cần kiểm tra dải cài đặt phù hợp với mức áp suất cần sử dụng.

Xác định lưu lượng

Van phải đáp ứng được lưu lượng dầu đi qua.

Van quá nhỏ có thể gây:

• Tổn thất áp suất lớn.
• Sinh nhiệt.
• Hoạt động không ổn định.
• Không đáp ứng lưu lượng của hệ thống.

Xác định kiểu lắp

Cần biết van là:

• Lắp ren.
• Lắp đế.
• Modular.
• Cartridge.
• Manifold.

Nếu thay van cũ, mặt lắp phải tương thích.

Kiểm tra sơ đồ thủy lực

Sơ đồ van cho biết:

• Hướng dòng dầu.
• Cổng vào.
• Cổng ra.
• Đường pilot.
• Đường drain.
• Trạng thái hoạt động.

Không nên chỉ nhìn hình dáng bên ngoài.

Kiểm tra kiểu điều khiển

Van có thể là:

• Chỉnh cơ.
• Pilot.
• Điện từ.
• Tỷ lệ.

Cần lựa chọn đúng với thiết kế máy.

Xác định model cũ

Nếu thay van đang sử dụng nên cung cấp:

• Model đầy đủ.
• Thương hiệu.
• Ảnh tem.
• Ảnh tổng thể van.
• Ảnh ký hiệu thủy lực.
• Kiểu kết nối.
• Thông tin máy.

Model thường giúp việc đối chiếu nhanh và chính xác hơn nhiều so với chỉ đo kích thước.

Cách điều chỉnh van áp suất thủy lực

Việc điều chỉnh phải dựa trên tài liệu của sản phẩm và giới hạn thiết kế của hệ thống.

Quy trình thực tế có thể khác nhau giữa từng máy, nhưng về nguyên tắc cần:

1. Xác định mức áp suất thiết kế.
2. Lắp đồng hồ áp suất tại vị trí phù hợp.
3. Kiểm tra tình trạng dầu và hệ thống.
4. Cho máy vận hành theo điều kiện kiểm tra quy định.
5. Điều chỉnh van trong phạm vi cho phép.
6. Theo dõi áp suất trên đồng hồ.
7. Khóa cơ cấu chỉnh nếu van có chức năng khóa.
8. Kiểm tra lại khi máy hoạt động có tải.

Không nên chỉnh van bằng cảm giác hoặc chỉ dựa vào tiếng máy.

Đặc biệt không nên tiếp tục tăng áp chỉ vì xy lanh không đủ lực.

Nguyên nhân thiếu lực có thể nằm ở:

• Bơm.
• Xy lanh.
• Rò rỉ nội bộ.
• Van khác trong hệ thống.
• Động cơ.
• Tải quá lớn.
• Thiết kế mạch.

Lưu ý khi lắp đặt van áp suất

Xác định đúng chiều dầu

Một số van có cổng vào và ra xác định.

Lắp ngược có thể khiến van hoạt động sai hoặc không hoạt động.

Kiểm tra P, T và các cửa pilot

Với van lắp đế hoặc van pilot cần đọc đúng ký hiệu.

Không nên suy đoán theo vị trí cổng.

Giữ sạch hệ thống

Trước khi lắp cần:

• Làm sạch đường ống.
• Kiểm tra dầu.
• Không để mạt kim loại vào van.
• Kiểm tra lọc dầu.

Không vượt quá dải điều chỉnh

Mỗi model có phạm vi cài đặt riêng.

Không nên cố vặn quá giới hạn cơ khí của van.

Kiểm tra rò rỉ

Sau khi lắp cần kiểm tra:

• Ren.
• Mặt lắp.
• O-ring.
• Đường pilot.
• Nút bịt.
• Đầu nối.

Một số lỗi thường gặp ở van áp suất

Áp suất không tăng

Có thể liên quan tới:

• Van cài quá thấp.
• Van bị kẹt mở.
• Bơm yếu.
• Rò rỉ trong hệ thống.
• Xy lanh rò nội bộ.
• Sai đường dầu.

Không nên kết luận ngay van hỏng.

Áp suất tăng quá cao

Cần kiểm tra:

• Mức cài van.
• Van có bị kẹt hay không.
• Đường hồi có bị tắc không.
• Cổng pilot.
• Sơ đồ mạch.
• Đồng hồ áp suất.

Nếu áp tăng bất thường nên dừng máy để kiểm tra.

Áp suất dao động

Một số nguyên nhân có thể gồm:

• Khí trong dầu.
• Van bị bẩn.
• Lò xo hoặc phần tử điều khiển không ổn định.
• Bơm.
• Tải thay đổi.
• Van lựa chọn không phù hợp.

Dầu nóng

Nếu van tràn liên tục xả lưu lượng từ đường áp suất cao về thùng, năng lượng có thể chuyển thành nhiệt.

Cần kiểm tra:

• Cài đặt van.
• Chu trình máy.
• Lưu lượng bơm.
• Tải.
• Thiết kế mạch.

Không nên chỉ thay dầu hoặc tăng kích thước két làm mát mà bỏ qua nguyên nhân của việc sinh nhiệt.

Tư vấn lựa chọn van áp suất thủy lực

Van áp suất tác động trực tiếp tới áp suất và điều kiện làm việc của hệ thống. Vì vậy không nên lựa chọn chỉ dựa vào kích thước ren, hình dáng hoặc mức áp suất ghi chung trên thân van.

Nếu cần thay sản phẩm đang sử dụng, nên cung cấp:

• Model van.
• Thương hiệu.
• Ảnh tem.
• Ảnh thực tế.
• Ký hiệu thủy lực.
• Áp suất làm việc.
• Lưu lượng.
• Kiểu lắp.
• Thông tin máy đang sử dụng.

Nếu thiết kế hệ thống mới, cần xác định rõ mục đích của van trước khi lựa chọn loại và model.

Việc xác định đúng chức năng, dải áp suất, lưu lượng và sơ đồ ngay từ đầu giúp hạn chế tình trạng chọn sai van, máy không đủ lực hoặc hệ thống làm việc ở áp suất không phù hợp.

Tham khảo các dòng Van áp suất thủy lực gồm van an toàn, van giảm áp, van tràn và van cân bằng để lựa chọn sản phẩm phù hợp với từng hệ thống.

Câu hỏi thường gặp