-+Van cartridge thủy lực là một dạng van thủy lực có kết cấu nhỏ gọn, được lắp trực tiếp vào khoang gia công trên block hoặc manifold. Tùy thiết kế, van có thể thực hiện nhiều chức năng như đóng mở dòng dầu, chống chảy ngược, điều chỉnh lưu lượng, giảm áp, giới hạn áp suất hoặc kiểm soát tải.

Khác với van lắp ren trực tiếp trên đường ống hoặc van lắp mặt trên đế, phần lớn thân van cartridge nằm bên trong block. Các cửa dầu trên thân van kết nối trực tiếp với những đường dẫn dầu đã được gia công trong manifold.

Thiết kế này giúp tích hợp nhiều chức năng trên cùng một block, giảm số lượng đường ống và đầu nối bên ngoài, đồng thời phù hợp với các hệ thống yêu cầu kích thước gọn như bộ nguồn thủy lực, máy công trình, thiết bị nâng hạ và máy công nghiệp.

Các dòng phổ biến gồm:

• Van cartridge điện từ.
• Van cartridge một chiều.
• Van cartridge tiết lưu.
• Van cartridge giảm áp.
• Van cartridge tràn.
• Van cartridge cân bằng.

Khi lựa chọn van cartridge cần kiểm tra chính xác chức năng, model, cavity, áp suất, lưu lượng và sơ đồ đường dầu. Hai van có hình dáng hoặc kích thước ren gần giống nhau chưa chắc có thể sử dụng thay thế cho nhau.

Van cartridge là gì?

Van cartridge, hay cartridge valve, là loại van được thiết kế dưới dạng một phần tử nhỏ gọn để lắp trực tiếp vào cavity trên block thủy lực.

Sau khi lắp đặt, các cửa dầu trên thân cartridge sẽ kết nối với những đường dẫn dầu nằm bên trong manifold. Tùy cấu tạo, van có thể đảm nhiệm một hoặc nhiều chức năng như:

• Đóng mở dòng dầu.
• Chống dòng chảy ngược.
• Điều chỉnh lưu lượng.
• Giới hạn áp suất.
• Giảm áp.
• Giữ và kiểm soát tải.
• Điều khiển bằng tín hiệu điện.

Phần thân chính của van nằm trong block. Phía ngoài thường chỉ còn các bộ phận cần thao tác như coil điện từ, đầu chỉnh áp, núm điều chỉnh hoặc phần lục giác dùng để tháo lắp.

Cavity van cartridge là gì?

Cavity là khoang được gia công trong block để lắp van cartridge.

Đây không đơn giản chỉ là một lỗ ren. Một cavity có thể bao gồm:

• Phần ren giữ van.
• Các bậc đường kính.
• Chiều sâu khoang.
• Các cửa dầu.
• Rãnh và vị trí làm kín.
• Bề mặt định vị.
• Các kích thước gia công riêng.

Van cartridge phải sử dụng đúng cavity tương thích với thiết kế của sản phẩm.

Nếu cavity không phù hợp có thể xảy ra:

• Van không lắp hết vào block.
• O-ring nằm sai vị trí.
• Các cửa dầu không trùng nhau.
• Rò dầu ra ngoài.
• Rò chéo giữa các đường dầu.
• Van hoạt động sai chức năng.
• Hư ren hoặc hư block.

Vì vậy không nên lựa chọn van cartridge chỉ bằng cách đo đường kính hoặc bước ren.

Cấu tạo van cartridge thủy lực

Cấu tạo chi tiết thay đổi theo từng chức năng, tuy nhiên van cartridge thường gồm một số bộ phận chính.

Thân van

Thân cartridge thường có dạng trụ và được lắp trực tiếp vào cavity.

Trên thân có thể bao gồm:

• Phần ren.
• Các cửa dầu.
• Rãnh O-ring.
• Bề mặt định vị.
• Các chi tiết dẫn hướng.

Kích thước của thân phải tương thích chính xác với cavity.

Phần tử đóng mở

Tùy từng loại van có thể sử dụng:

• Bi.
• Poppet.
• Piston.
• Con trượt.
• Kim tiết lưu.

Đây là bộ phận trực tiếp đóng mở hoặc thay đổi tiết diện dòng dầu.

Lò xo

Lò xo có thể thực hiện các nhiệm vụ như:

• Giữ trạng thái ban đầu.
• Tạo lực đóng.
• Thiết lập áp suất.
• Đưa phần tử điều khiển trở lại vị trí ban đầu.

Đặc tính lò xo được thiết kế riêng theo từng model.

O-ring và vòng làm kín

Các O-ring được bố trí trên thân cartridge nhằm hạn chế:

• Dầu rò ra ngoài block.
• Dầu rò chéo giữa các đường bên trong manifold.

O-ring phải đúng kích thước, đúng vị trí và phù hợp với môi chất sử dụng.

Bộ phận điều chỉnh

Van áp suất hoặc van lưu lượng có thể sử dụng:

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

Bộ phận này cho phép thay đổi giá trị làm việc trong phạm vi thiết kế của van.

Coil điện từ

Van cartridge điện từ được trang bị coil để tạo lực điện từ tác động lên cơ cấu bên trong.

Khi lựa chọn cần kiểm tra:

• Điện áp coil.
• Kiểu giắc điện.
• Model coil.
• Trạng thái của van.
• Khả năng tương thích với thân cartridge.

Nguyên lý hoạt động của van cartridge

Không có một nguyên lý duy nhất áp dụng cho tất cả van cartridge.

Cartridge là kiểu kết cấu và phương thức lắp đặt, còn chức năng thực tế phụ thuộc vào thiết kế bên trong từng van.

Ví dụ:

• Cartridge một chiều cho dầu đi theo một hướng.
• Cartridge tiết lưu điều chỉnh tiết diện dòng chảy.
• Cartridge giảm áp duy trì áp suất thấp hơn tại một nhánh.
• Cartridge tràn giới hạn áp suất.
• Cartridge điện từ thay đổi trạng thái dòng dầu bằng tín hiệu điện.
• Cartridge cân bằng hỗ trợ kiểm soát và giữ tải.

Vì vậy hai cartridge có kích thước gần giống nhau vẫn có thể thực hiện hai chức năng hoàn toàn khác nhau.

Các loại van cartridge thủy lực phổ biến

Van cartridge điện từ

Van cartridge điện từ sử dụng coil điện từ để đóng mở hoặc thay đổi trạng thái đường dầu.

Khi coil được cấp điện, lực điện từ tác động lên phần tử điều khiển bên trong. Khi mất điện, van có thể trở về trạng thái ban đầu nhờ lò xo tùy thiết kế.

Van thường được sử dụng trên:

• Bộ nguồn thủy lực.
• Máy công trình.
• Máy công nghiệp.
• Xe chuyên dụng.
• Thiết bị nâng hạ.
• Các cụm manifold tự động.

Khi lựa chọn cần kiểm tra:

• Chức năng van.
• Trạng thái thường đóng hoặc thường mở.
• Cavity.
• Áp suất.
• Lưu lượng.
• Điện áp coil.
• Sơ đồ đường dầu.

Van cartridge một chiều

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

Ứng dụng thường gặp:

• Chống dầu chảy ngược.
• Hỗ trợ giữ áp.
• Cô lập một nhánh.
• Bảo vệ thiết bị.
• Kết hợp với các van điều khiển khác.

Van có thể sử dụng bi hoặc poppet kết hợp với lò xo.

Khi lựa chọn cần chú ý thêm áp suất mở của van vì thông số này ảnh hưởng tới điều kiện dầu bắt đầu đi qua.

Van cartridge tiết lưu

Van cartridge tiết lưu được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng dầu bằng cách thay đổi tiết diện dòng chảy.

Khi lưu lượng thay đổi, tốc độ chuyển động của xy lanh hoặc motor thủy lực cũng có thể thay đổi tương ứng.

Ứng dụng thường gặp:

• Điều chỉnh tốc độ xy lanh.
• Điều chỉnh tốc độ motor.
• Hạn chế lưu lượng tại một nhánh.
• Điều chỉnh tốc độ nâng hạ.

Một số loại kết hợp tiết lưu và van một chiều để dầu bị tiết lưu theo một hướng nhưng đi tự do hơn theo hướng ngược lại.

Van cartridge giảm áp

Van cartridge giảm áp được sử dụng khi một nhánh của hệ thống cần làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất nguồn.

Ví dụ, hệ thống có thể sử dụng áp suất cao cho xy lanh chính nhưng cơ cấu kẹp chỉ cần mức áp suất thấp hơn.

Van giảm áp giúp duy trì mức áp suất phù hợp ở nhánh đó.

Ứng dụng phổ biến:

• Máy CNC.
• Mạch kẹp.
• Máy ép.
• Bộ nguồn thủy lực.
• Máy công nghiệp.
• Hệ thống nhiều cấp áp suất.

Khi lựa chọn cần xác định:

• Áp suất đầu vào.
• Áp suất đầu ra yêu cầu.
• Dải điều chỉnh.
• Lưu lượng.
• Cavity.
• Sơ đồ van.

Van cartridge tràn

Van cartridge tràn được sử dụng để giới hạn hoặc kiểm soát áp suất trong hệ thống.

Khi áp suất đạt đến mức cài đặt, van mở theo nguyên lý thiết kế để dầu đi tới vùng áp suất thấp hơn.

Van có thể thực hiện:

• Giới hạn áp suất.
• Bảo vệ hệ thống.
• Xả lưu lượng dư.
• Kiểm soát áp suất một nhánh.

Van tràn có thể là loại tác động trực tiếp hoặc điều khiển pilot.

Không nên tự ý tăng mức cài đặt khi chưa biết giới hạn làm việc của bơm, xy lanh, đường ống và các thiết bị khác.

Van cartridge cân bằng

Van cartridge cân bằng thường được sử dụng trong các hệ thống có tải có xu hướng tự chuyển động do trọng lực hoặc ngoại lực.

Ứng dụng phổ biến:

• Cẩu thủy lực.
• Bàn nâng.
• Xe nâng.
• Tời thủy lực.
• Xy lanh nâng tải.
• Máy công trình.

Van có thể hỗ trợ:

• Giữ tải.
• Hạn chế tải tự tụt.
• Kiểm soát quá trình hạ.
• Hạn chế tải chạy vượt.
• Duy trì áp suất tại phía tải.

Đây là dòng van cần lựa chọn cẩn thận dựa trên tải, áp suất, lưu lượng, tỷ số pilot và sơ đồ mạch.

Phân loại van cartridge theo phương thức điều khiển

Van cartridge tác động trực tiếp

Ở loại tác động trực tiếp, áp suất hoặc lực điều khiển tác động trực tiếp lên phần tử chính của van.

Loại này thường có kết cấu tương đối đơn giản và kích thước nhỏ gọn.

Khả năng lưu lượng, áp suất và đặc tính hoạt động phải kiểm tra theo từng model cụ thể.

Van cartridge điều khiển pilot

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

Kiểu này thường được sử dụng khi:

• Cần xử lý lưu lượng lớn hơn.
• Hệ thống có đường pilot.
• Mạch điều khiển phức tạp.
• Cần tích hợp nhiều chức năng trong manifold.

Khi lựa chọn phải kiểm tra đúng các cửa pilot và drain nếu có.

Van cartridge thường đóng

Van normally closed – NC ở trạng thái không tác động sẽ đóng đường dầu theo chức năng thiết kế.

Khi có tín hiệu điều khiển, van chuyển sang trạng thái mở.

Van cartridge thường mở

Van normally open – NO ở trạng thái không tác động sẽ cho phép dòng dầu đi qua theo thiết kế.

Khi có tín hiệu điều khiển, van chuyển sang trạng thái đóng.

Không nên thay van NC bằng NO hoặc ngược lại chỉ vì hai sản phẩm có cùng kích thước hoặc cavity.

Van logic cartridge

Van logic cartridge là một nhóm cartridge chuyên dụng thường được tích hợp trong các manifold cần điều khiển lưu lượng lớn.

Van có thể kết hợp với:

• Van điện từ pilot.
• Van áp suất.
• Đường pilot.
• Các mạch điều khiển trong block.

Thông qua tín hiệu pilot, phần tử chính có thể đóng hoặc mở đường dầu.

Van logic thường được sử dụng trong:

• Máy ép thủy lực.
• Hệ thống công nghiệp.
• Manifold lưu lượng lớn.
• Các mạch thủy lực tích hợp.

Cần phân biệt rằng không phải mọi van cartridge đều là van logic. Cartridge là khái niệm rộng về kiểu lắp, còn logic valve là một nhóm van cụ thể.

Ưu điểm của van cartridge thủy lực

Kích thước nhỏ gọn

Phần lớn thân van nằm trong block nên cụm điều khiển có thể được thiết kế nhỏ hơn so với việc bố trí nhiều van và đường ống riêng biệt.

Giảm đường ống bên ngoài

Các đường dầu được gia công trực tiếp trong manifold giúp giảm:

• Ống cứng.
• Ống mềm.
• Co.
• Tê.
• Đầu nối.

Giảm số điểm kết nối bên ngoài

Ít đầu nối hơn giúp giảm số vị trí cần làm kín trên đường ống.

Tuy nhiên các O-ring của cartridge vẫn cần được lắp chính xác để tránh rò chéo bên trong block.

Tích hợp nhiều chức năng

Một manifold có thể tích hợp đồng thời:

• Van điện từ.
• Van một chiều.
• Van tiết lưu.
• Van giảm áp.
• Van tràn.
• Van cân bằng.

Nhờ đó có thể tạo thành một cụm điều khiển thủy lực nhỏ gọn.

Phù hợp với block thiết kế riêng

Nhà chế tạo máy có thể bố trí manifold theo:

• Không gian lắp đặt.
• Sơ đồ mạch.
• Số lượng van.
• Vị trí đường ống.
• Yêu cầu vận hành.

Hạn chế và những điểm cần lưu ý

Phải đúng cavity

Cartridge chỉ hoạt động chính xác khi được lắp vào cavity tương thích.

Sai cavity có thể gây rò chéo hoặc sai đường dầu ngay cả khi van vẫn có thể vặn vào block.

Khó nhận biết bằng hình dáng

Nhiều cartridge nhìn khá giống nhau nhưng có thể khác:

• Chức năng.
• Cavity.
• Sơ đồ.
• Áp suất.
• Lưu lượng.
• Điện áp.
• Tỷ số pilot.

Do đó không nên lựa chọn chỉ dựa vào ảnh sản phẩm.

Yêu cầu gia công block chính xác

Sai số cavity có thể ảnh hưởng tới:

• Vị trí các cửa dầu.
• Khả năng làm kín.
• Khả năng lắp van.
• Hoạt động của hệ thống.

Nhạy với độ sạch của dầu

Một số cartridge có:

• Khe hở nhỏ.
• Lỗ pilot.
• Lỗ tiết lưu.
• Bề mặt làm việc chính xác.

Tạp chất có thể gây kẹt, mòn hoặc rò nội bộ.

So sánh van cartridge và van lắp đế

Tiêu chí	Van cartridge	Van lắp đế
Kiểu lắp	Lắp vào cavity trong block	Bắt trên mặt đế
Vị trí thân van	Phần lớn nằm trong block	Nằm bên ngoài
Kích thước cụm	Nhỏ gọn	Thường lớn hơn
Đường dầu	Tích hợp trong manifold	Đi qua mặt đế
Yêu cầu tương thích	Đúng cavity	Đúng chuẩn mặt lắp
Tích hợp nhiều chức năng	Rất thuận tiện	Thuận tiện
Thay thế	Cần đúng model và cavity	Cần đúng chuẩn mặt lắp
Ứng dụng	Manifold, bộ nguồn, máy di động	Máy công nghiệp, bộ nguồn

Không có loại nào tốt hơn trong mọi trường hợp.

Van cartridge phù hợp với những hệ thống cần thiết kế gọn và tích hợp nhiều chức năng. Van lắp đế thuận tiện hơn trong các hệ thống sử dụng chuẩn mặt lắp phổ biến và cần tháo thay van nhanh.

Ứng dụng của van cartridge thủy lực

Bộ nguồn thủy lực

Block bộ nguồn có thể tích hợp:

• Cartridge tràn.
• Cartridge điện từ.
• Cartridge một chiều.
• Cartridge tiết lưu.
• Cartridge giảm áp.

Nhờ đó cụm nguồn được bố trí gọn và giảm lượng đường ống bên ngoài.

Máy công trình

Van cartridge được sử dụng trên:

• Máy xúc.
• Máy đào.
• Xe nâng.
• Cẩu.
• Máy nông nghiệp.
• Các thiết bị cơ giới.

Thiết kế manifold nhỏ gọn đặc biệt phù hợp với thiết bị di động có không gian hạn chế.

Thiết bị nâng hạ

Các loại thường gặp gồm:

• Cartridge cân bằng.
• Cartridge một chiều.
• Cartridge điện từ.
• Cartridge tiết lưu.

Ứng dụng trên cẩu, bàn nâng, xe nâng, tời và các xy lanh nâng tải.

Máy ép thủy lực

Van cartridge có thể thực hiện các nhiệm vụ như:

• Giới hạn áp suất.
• Điều chỉnh lưu lượng.
• Chống chảy ngược.
• Đóng mở đường dầu.
• Điều khiển các giai đoạn của mạch.

Máy CNC

Manifold cartridge có thể được sử dụng trong các mạch:

• Kẹp phôi.
• Mâm cặp.
• Cơ cấu thay dao.
• Các cơ cấu phụ trợ.

Máy công nghiệp

Van cartridge còn được sử dụng trong:

• Máy ép nhựa.
• Máy chấn.
• Máy dập.
• Máy uốn.
• Máy cắt.
• Máy chuyên dụng.
• Dây chuyền tự động.

Lưu ý khi lắp đặt van cartridge

Làm sạch cavity trước khi lắp

Cavity không được còn:

• Phoi.
• Mạt kim loại.
• Bụi.
• Cặn dầu.
• Dị vật.

Tạp chất có thể gây hỏng O-ring hoặc kẹt van.

Kiểm tra O-ring

O-ring cần:

• Đúng kích thước.
• Không rách.
• Không xoắn.
• Không chai cứng.
• Nằm đúng vị trí.

Rò O-ring bên trong block có thể làm hệ thống mất áp mà không xuất hiện dầu rò ra ngoài.

Không cố lắp van sai cavity

Không nên cố vặn cartridge vào block chỉ vì phần ren có vẻ tương thích.

Sai cavity có thể gây:

• Hỏng ren.
• Cắt O-ring.
• Rò chéo.
• Sai đường dầu.
• Hư block.

Siết đúng kỹ thuật

Mô-men siết cần thực hiện theo yêu cầu của nhà sản xuất hoặc tài liệu kỹ thuật của model.

Siết quá mạnh không đồng nghĩa với khả năng làm kín tốt hơn.

Kiểm tra điện áp coil

Đối với cartridge điện từ phải kiểm tra đúng điện áp trước khi cấp nguồn.

Không nên xác định điện áp chỉ bằng hình dáng bên ngoài của coil.

Một số lỗi thường gặp ở van cartridge

Van bị kẹt

Nguyên nhân có thể liên quan đến:

• Dầu bẩn.
• Mạt kim loại.
• Poppet hoặc con trượt bị xước.
• Cavity bị biến dạng.
• Van lắp sai.
• Các hư hỏng cơ khí khác.

Mất áp nhưng không thấy dầu rò ra ngoài

Có thể xảy ra rò chéo bên trong block.

Cần kiểm tra:

• O-ring.
• Cartridge.
• Cavity.
• Bề mặt làm kín.
• Sơ đồ đường dầu.

Van điện từ không hoạt động

Cần kiểm tra:

• Nguồn điện.
• Điện áp coil.
• Giắc điện.
• Tín hiệu điều khiển.
• Phần tử bên trong van.
• Áp suất hệ thống.

Không nên thay coil ngay khi chưa xác định nguyên nhân.

Không điều chỉnh được áp suất

Với cartridge áp suất cần kiểm tra:

• Dải điều chỉnh.
• Áp suất nguồn.
• Bơm.
• Tải.
• Đường pilot.
• Tình trạng van.
• Cavity.

Xy lanh hoạt động chậm

Nguyên nhân có thể liên quan đến:

• Van tiết lưu.
• Lưu lượng bơm.
• Đường dầu.
• Các van khác.
• Xy lanh.
• Rò rỉ nội bộ.

Không nên kết luận cartridge hỏng khi chưa kiểm tra toàn bộ mạch.

Tư vấn lựa chọn van cartridge thủy lực

Van cartridge có nhiều loại với chức năng, cavity và thông số làm việc khác nhau. Vì vậy không nên lựa chọn sản phẩm chỉ dựa vào hình dáng, kích thước ren hoặc số lượng O-ring trên thân van.

Khi lựa chọn cần xác định các thông tin chính gồm:

• Chức năng van: điện từ, một chiều, tiết lưu, giảm áp, tràn hay cân bằng.
• Model và thương hiệu.
• Cavity hoặc tiêu chuẩn khoang lắp.
• Áp suất làm việc.
• Lưu lượng dầu.
• Sơ đồ và chiều dòng chảy.
• Đường pilot hoặc drain nếu có.
• Điện áp coil đối với van điện từ.
• Trạng thái thường đóng hoặc thường mở.
• Tỷ số pilot và đặc tính tải đối với van cân bằng.

Nếu cần thay van đang sử dụng, nên cung cấp model đầy đủ, ảnh mã khắc trên thân, ảnh van thực tế, ảnh block hoặc manifold và điện áp coil nếu có. Model càng đầy đủ thì khả năng xác định đúng sản phẩm thay thế càng cao.

Trường hợp không còn đọc được model, cần kiểm tra thêm kích thước cavity, sơ đồ đường dầu, áp suất và chức năng thực tế của van trên máy. Không nên lựa chọn một cartridge khác chỉ vì có thể vặn vừa vào block, bởi sai vị trí cửa dầu hoặc sai chức năng có thể khiến hệ thống hoạt động không đúng.

Đối với hệ thống thiết kế mới, nên lựa chọn van trước và xác định chính xác cavity theo tài liệu kỹ thuật của model, sau đó mới gia công block. Cách này giúp hạn chế sai khoang lắp, sai đường dầu hoặc phải sửa lại manifold sau khi gia công.

Tham khảo các dòng Van cartridge thủy lực gồm cartridge điện từ, một chiều, tiết lưu, giảm áp, tràn và cân bằng để lựa chọn sản phẩm phù hợp với từng hệ thống.

Câu hỏi thường gặp