Van lưu lượng thủy lực là nhóm van thủy lực dùng để điều chỉnh hoặc giới hạn lượng dầu đi qua một vị trí trong mạch. Thông qua việc kiểm soát lưu lượng, van có thể ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ chuyển động của xy lanh, motor thủy lực và các cơ cấu chấp hành khác.

Các dòng phổ biến gồm:

• Van điều chỉnh lưu lượng.
• Van tiết lưu thủy lực.
• Van tiết lưu một chiều.

Tùy cấu tạo, van có thể điều chỉnh lưu lượng đơn giản bằng cách thay đổi tiết diện dòng chảy hoặc sử dụng cơ cấu bù áp để duy trì lưu lượng ổn định hơn khi điều kiện tải thay đổi.

Khi lựa chọn van lưu lượng không nên chỉ dựa vào kích thước ren. Cần kiểm tra lưu lượng làm việc, áp suất, hướng dòng dầu, kiểu điều chỉnh, kiểu lắp và yêu cầu kiểm soát tốc độ của hệ thống.

Van lưu lượng thủy lực là gì?

Van lưu lượng thủy lực là thiết bị dùng để kiểm soát lượng dầu đi qua trong một đơn vị thời gian.

Trong hệ thống thủy lực, tốc độ của cơ cấu chấp hành có liên quan trực tiếp tới lưu lượng dầu cấp vào hoặc thoát ra.

Ví dụ:

• Tăng lưu lượng cấp cho xy lanh có thể làm piston di chuyển nhanh hơn.
• Giảm lưu lượng có thể làm tốc độ xy lanh chậm lại.
• Điều chỉnh lưu lượng tới motor có thể thay đổi tốc độ quay của motor.

Tuy nhiên tốc độ thực tế còn phụ thuộc vào:

• Kích thước xy lanh hoặc motor.
• Tải.
• Áp suất.
• Tổn thất trong đường ống.
• Độ nhớt dầu.
• Loại van đang sử dụng.
• Cấu trúc của mạch.

Do đó không nên hiểu van lưu lượng đơn giản là thiết bị “vặn lớn thì nhanh, vặn nhỏ thì chậm” trong mọi hệ thống.

Cấu tạo van lưu lượng thủy lực

Cấu tạo thay đổi tùy từng loại nhưng một van lưu lượng cơ bản thường gồm các bộ phận sau.

Thân van

Thân van chứa các đường dẫn dầu và cơ cấu điều chỉnh bên trong.

Trên thân có thể bố trí:

• Cửa dầu vào.
• Cửa dầu ra.
• Ren kết nối.
• Mặt lắp.
• Các vị trí làm kín.

Kết cấu thân van phải phù hợp với áp suất và lưu lượng của hệ thống.

Kim tiết lưu hoặc con trượt

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

Khi kim hoặc con trượt di chuyển:

• Tiết diện mở lớn hơn → dầu đi qua nhiều hơn.
• Tiết diện nhỏ hơn → lưu lượng bị hạn chế nhiều hơn.

Hình dạng của phần tử điều chỉnh ảnh hưởng tới khả năng điều chỉnh lưu lượng.

Núm hoặc vít điều chỉnh

Van chỉnh tay thường được trang bị:

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

Bộ phận này giúp người vận hành thay đổi vị trí của kim hoặc con trượt.

Một số model có thang chia để thuận tiện lặp lại vị trí cài đặt, nhưng thang chia không nên được hiểu là giá trị lưu lượng tuyệt đối nếu tài liệu sản phẩm không quy định như vậy.

Lò xo

Lò xo có thể được sử dụng để:

• Giữ phần tử van ở vị trí xác định.
• Tạo lực hồi.
• Hỗ trợ cơ cấu bù áp.
• Duy trì trạng thái của van một chiều tích hợp.

Van một chiều

Ở van tiết lưu một chiều, bên trong có thêm cơ cấu một chiều.

Nhờ đó:

• Một chiều dầu đi qua tiết lưu.
• Chiều ngược lại dầu có thể đi qua đường một chiều với mức cản thấp hơn.

Cơ cấu bù áp

Một số van điều chỉnh lưu lượng sử dụng bộ bù áp để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi chênh áp qua tiết diện điều chỉnh.

Cơ cấu này giúp lưu lượng ổn định hơn so với van tiết lưu đơn giản khi tải của cơ cấu chấp hành thay đổi.

Nguyên lý hoạt động của van lưu lượng

Nguyên lý cơ bản của van lưu lượng là thay đổi diện tích tiết diện mà dầu phải đi qua.

Khi tiết diện giảm, dòng dầu bị hạn chế nhiều hơn. Khi tiết diện tăng, khả năng dầu đi qua tăng lên.

Tuy nhiên lượng dầu thực tế qua một tiết diện không chỉ phụ thuộc vào độ mở mà còn chịu ảnh hưởng bởi chênh lệch áp suất.

Đây là lý do cần phân biệt hai nhóm cơ bản:

• Van tiết lưu không bù áp.
• Van điều chỉnh lưu lượng có bù áp.

Van không bù áp

Van tiết lưu đơn giản tạo một tiết diện điều chỉnh trong đường dầu.

Nếu tải thay đổi làm chênh áp qua van thay đổi, lưu lượng thực tế cũng có thể thay đổi.

Loại này phù hợp với nhiều ứng dụng điều chỉnh tốc độ không yêu cầu độ ổn định quá cao.

Van có bù áp

Van có thêm cơ cấu bù để duy trì chênh áp tương đối ổn định qua tiết diện điều chỉnh.

Nhờ đó lưu lượng ít bị ảnh hưởng hơn khi tải hoặc áp suất nguồn thay đổi trong phạm vi làm việc của van.

Loại này phù hợp hơn với những hệ thống cần tốc độ cơ cấu ổn định.

Các loại van lưu lượng thủy lực phổ biến

Van điều chỉnh lưu lượng

Van điều chỉnh lưu lượng được sử dụng để thiết lập lượng dầu đi qua theo yêu cầu của hệ thống.

Tùy cấu tạo, sản phẩm có thể là:

• Van điều chỉnh bằng tay.
• Van có bù áp.
• Van hai cửa.
• Van ba cửa.
• Van lắp ren.
• Van lắp đế.
• Van cartridge.

Ứng dụng phổ biến là kiểm soát tốc độ của:

• Xy lanh thủy lực.
• Motor thủy lực.
• Cơ cấu kẹp.
• Cơ cấu nâng hạ.
• Các cơ cấu chuyển động trên máy.

Khi lựa chọn cần kiểm tra

• Dải lưu lượng.
• Áp suất làm việc.
• Kiểu điều chỉnh.
• Khả năng bù áp nếu cần.
• Hướng dòng dầu.
• Kiểu lắp.
• Độ nhớt và loại dầu theo yêu cầu của sản phẩm.

Không nên lựa chọn van chỉ dựa vào lưu lượng cực đại. Hệ thống còn cần khả năng điều chỉnh phù hợp với vùng lưu lượng thực tế đang sử dụng.

Van tiết lưu thủy lực

Van tiết lưu thủy lực điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi tiết diện dòng dầu.

Đây là một trong những giải pháp đơn giản và phổ biến để điều chỉnh tốc độ cơ cấu chấp hành.

Van có thể được bố trí trên:

• Đường dầu vào xy lanh.
• Đường dầu ra khỏi xy lanh.
• Một nhánh xả.
• Các vị trí khác theo thiết kế của mạch.

Ưu điểm của van tiết lưu là:

• Cấu tạo tương đối đơn giản.
• Dễ điều chỉnh.
• Dễ lắp đặt.
• Có nhiều kiểu kết nối.
• Phù hợp với nhiều hệ thống.

Tuy nhiên lưu lượng qua van tiết lưu đơn giản có thể thay đổi khi chênh áp qua van thay đổi.

Do đó với các máy cần tốc độ ổn định cao hơn, cần xem xét loại van điều chỉnh lưu lượng có bù áp.

Van tiết lưu một chiều

Van tiết lưu một chiều kết hợp hai chức năng trong cùng một thân van:

• Tiết lưu dòng dầu theo một hướng.
• Cho dầu đi qua đường một chiều theo hướng ngược lại.

Loại van này thường được sử dụng khi cần điều chỉnh tốc độ theo một chiều chuyển động nhưng không muốn hạn chế tương tự ở chiều còn lại.

Ví dụ, với một xy lanh hai chiều có thể bố trí van để:

• Điều chỉnh tốc độ tiến.
• Cho phép hồi nhanh hơn.

Hoặc ngược lại tùy thiết kế của mạch.

Van tiết lưu một chiều được sử dụng nhiều trên:

• Xy lanh thủy lực.
• Máy ép.
• Máy công nghiệp.
• Thiết bị nâng hạ.
• Máy CNC.
• Các cơ cấu tự động.

Khi lắp cần kiểm tra đúng chiều tiết lưu và chiều dòng tự do. Nếu lắp ngược, chức năng điều khiển tốc độ có thể bị đảo.

Phân loại van lưu lượng theo khả năng bù áp

Van tiết lưu không bù áp

Đây là dạng điều chỉnh lưu lượng bằng tiết diện đơn giản.

Ưu điểm:

• Cấu tạo gọn.
• Dễ sử dụng.
• Chi phí thường thấp hơn các giải pháp phức tạp.
• Phù hợp với nhiều mạch cơ bản.

Hạn chế là lưu lượng có thể thay đổi khi:

• Tải thay đổi.
• Áp suất nguồn thay đổi.
• Độ nhớt dầu thay đổi.
• Nhiệt độ dầu thay đổi.

Không nên dùng loại này nếu hệ thống yêu cầu tốc độ rất ổn định mà chưa đánh giá tác động của các yếu tố trên.

Van điều chỉnh lưu lượng có bù áp

Van có thêm cơ cấu bù áp nhằm hạn chế ảnh hưởng của thay đổi tải tới lưu lượng.

Loại này thường được sử dụng khi:

• Cần tốc độ ổn định hơn.
• Tải thay đổi trong quá trình vận hành.
• Cơ cấu chấp hành cần lưu lượng tương đối ổn định.

Tuy nhiên mỗi model vẫn có:

• Dải lưu lượng.
• Dải áp suất.
• Chênh áp tối thiểu.
• Đặc tính điều chỉnh.

riêng.

Vì vậy cần đọc tài liệu kỹ thuật trước khi lựa chọn.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng van lưu lượng

Trong mạch thủy lực, vị trí lắp van ảnh hưởng trực tiếp tới cách hệ thống kiểm soát chuyển động.

Điều chỉnh dòng vào – Meter-in

Van hạn chế lưu lượng dầu đi vào cơ cấu chấp hành.

Phương pháp này có thể phù hợp với các tải có xu hướng chống lại chuyển động.

Lưu lượng cấp được kiểm soát trước khi vào xy lanh hoặc motor.

Điều chỉnh dòng ra – Meter-out

Van hạn chế lưu lượng dầu thoát ra khỏi cơ cấu chấp hành.

Phương pháp này thường được xem xét trong các mạch có tải có xu hướng kéo cơ cấu chạy nhanh hơn lưu lượng dầu cấp.

Việc tạo kiểm soát tại đường ra có thể hỗ trợ ổn định chuyển động trong một số ứng dụng.

Tuy nhiên cần tính đến áp suất có thể phát sinh ở khoang bị tiết lưu.

Điều chỉnh bằng đường xả – Bleed-off

Một phần lưu lượng của bơm được đưa qua nhánh xả thay vì toàn bộ lưu lượng đi tới cơ cấu chấp hành.

Lượng dầu còn lại đi tới actuator quyết định tốc độ của cơ cấu.

Phương pháp này có đặc tính khác meter-in và meter-out nên phải được lựa chọn theo thiết kế tổng thể của hệ thống.

Không có một phương pháp nào tốt nhất cho mọi mạch.

Van lưu lượng và tốc độ xy lanh

Đối với xy lanh, tốc độ piston liên quan tới lưu lượng dầu và diện tích tác dụng của piston.

Vì hai phía của xy lanh cần đơn có diện tích tác dụng khác nhau nên khi cấp cùng một lưu lượng:

• Tốc độ tiến và hồi có thể khác nhau.
• Lưu lượng dầu thoát ra cũng có thể khác nhau.

Do đó không nên mặc định chỉ cần chỉnh một mức lưu lượng giống nhau là hai chiều xy lanh sẽ chạy cùng tốc độ.

Khi cần kiểm soát cả hai chiều, có thể sử dụng:

• Hai van tiết lưu một chiều.
• Van tiết lưu đôi.
• Van sandwich phù hợp.
• Các giải pháp điều khiển lưu lượng khác.

tùy sơ đồ.

Van lưu lượng và motor thủy lực

Tốc độ quay của motor thủy lực cũng phụ thuộc vào lưu lượng dầu cấp.

Van lưu lượng có thể được sử dụng để thay đổi tốc độ motor.

Tuy nhiên khi điều chỉnh motor cần xem xét thêm:

• Dung tích riêng của motor.
• Lưu lượng tối đa.
• Áp suất làm việc.
• Mô-men tải.
• Áp suất đường hồi.
• Khả năng tạo nhiệt.
• Yêu cầu chống cavitation.
• Kiểu mạch.

Không nên giảm lưu lượng hoặc tiết lưu tùy ý nếu chưa hiểu đặc tính của motor và tải.

Ưu điểm của van lưu lượng thủy lực

Điều chỉnh tốc độ cơ cấu

Đây là chức năng quan trọng nhất.

Van có thể giúp điều chỉnh:

• Tốc độ xy lanh.
• Tốc độ motor.
• Tốc độ nâng.
• Tốc độ hạ.
• Tốc độ các cơ cấu tự động.

Điều chỉnh tương đối đơn giản

Nhiều dòng van cơ cho phép điều chỉnh trực tiếp bằng:

• Núm xoay.
• Vít chỉnh.
• Tay chỉnh.

Phù hợp với những máy không yêu cầu thay đổi lưu lượng bằng tín hiệu điện.

Nhiều kiểu lắp đặt

Van có thể có dạng:

• Lắp ren.
• Lắp đế.
• Sandwich.
• Modular.
• Cartridge.
• Lắp trong manifold.

Điều này giúp dễ tích hợp vào nhiều cấu trúc hệ thống.

Có thể kết hợp nhiều chức năng

Một van tiết lưu một chiều vừa điều chỉnh lưu lượng vừa cho phép dòng dầu đi ngược qua đường một chiều.

Điều này giúp giảm số lượng thiết bị cần lắp trong một số mạch.

Hạn chế và những điểm cần lưu ý

Tiết lưu tạo tổn thất năng lượng

Khi dòng dầu bị ép đi qua tiết diện nhỏ, một phần năng lượng thủy lực bị chuyển thành nhiệt.

Nếu lượng dầu bị tiết lưu lớn hoặc hệ thống hoạt động liên tục, nhiệt độ dầu có thể tăng.

Vì vậy không nên chỉ tập trung vào việc đạt tốc độ mong muốn mà bỏ qua hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Van không bù áp bị ảnh hưởng bởi tải

Nếu tải thay đổi, chênh áp qua tiết diện tiết lưu thay đổi và lưu lượng có thể thay đổi theo.

Kết quả là tốc độ xy lanh hoặc motor không còn giữ nguyên.

Dầu bẩn có thể ảnh hưởng khả năng điều chỉnh

Các khe tiết lưu nhỏ dễ bị ảnh hưởng bởi:

• Cặn bẩn.
• Mạt kim loại.
• Hạt rắn.
• Dầu bị nhiễm bẩn.

Điều này có thể khiến van:

• Khó điều chỉnh.
• Bị tắc.
• Lưu lượng không ổn định.

Không nên sử dụng van lưu lượng để thay thế van áp suất

Van lưu lượng và van áp suất có chức năng khác nhau.

Van tiết lưu có thể tạo ra chênh áp nhưng mục đích chính vẫn là kiểm soát lưu lượng.

Nếu hệ thống cần giới hạn áp suất phải sử dụng giải pháp kiểm soát áp suất phù hợp.

So sánh van tiết lưu và van điều chỉnh lưu lượng có bù áp

Không phải hệ thống nào cũng cần van bù áp.

Nếu tải tương đối ổn định và yêu cầu tốc độ không quá khắt khe, van tiết lưu có thể là giải pháp phù hợp.

Ngược lại, khi tải thay đổi nhưng cần duy trì lưu lượng tốt hơn, nên xem xét van điều chỉnh lưu lượng có bù áp.

Ứng dụng của van lưu lượng thủy lực

Máy ép thủy lực

Van được sử dụng để điều chỉnh:

• Tốc độ tiến của xy lanh.
• Tốc độ ép.
• Tốc độ hồi.
• Chuyển động của các cơ cấu phụ.

Máy CNC

Ứng dụng trong:

• Cơ cấu kẹp.
• Hệ thống thay dao.
• Xy lanh phụ trợ.
• Các cơ cấu cần chuyển động có kiểm soát.

Máy công trình

Van lưu lượng có thể xuất hiện trên:

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

Thiết bị nâng hạ

Van được sử dụng để kiểm soát:

• Tốc độ nâng.
• Tốc độ hạ.
• Tốc độ xy lanh.
• Tốc độ motor tời.

Với tải nâng hạ, không nên chỉ dùng van tiết lưu để giải quyết vấn đề giữ tải. Hệ thống có thể còn cần van cân bằng hoặc giải pháp giữ tải phù hợp.

Bộ nguồn thủy lực

Bộ nguồn có thể tích hợp van lưu lượng để điều chỉnh tốc độ của cơ cấu được cấp dầu.

Van có thể được:

• Lắp ren trên đường ống.
• Lắp trên manifold.
• Lắp cartridge.
• Lắp dạng sandwich.

Máy công nghiệp

Van lưu lượng còn được sử dụng trên:

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

Lưu ý khi lắp đặt van lưu lượng

Xác định đúng chiều dòng dầu

Đặc biệt quan trọng đối với van tiết lưu một chiều.

Trên thân van có thể có:

• Mũi tên.
• Ký hiệu thủy lực.
• Ký hiệu cửa.

Cần kiểm tra trước khi lắp.

Xác định meter-in hay meter-out

Vị trí của van trên đường vào hoặc đường ra ảnh hưởng tới đặc tính điều khiển.

Không nên chuyển vị trí van theo kinh nghiệm mà không kiểm tra tải và sơ đồ mạch.

Không đóng van đột ngột

Việc giảm tiết diện quá nhanh có thể làm thay đổi đột ngột tốc độ và áp suất trong hệ thống.

Nên điều chỉnh từng bước và theo dõi hoạt động của máy.

Kiểm tra lưu lượng và áp suất

Van phải có khả năng làm việc phù hợp với cả hai thông số.

Không nên dùng một van có cổng kết nối phù hợp nhưng khả năng lưu lượng thấp hơn nhiều so với dòng dầu thực tế.

Giữ dầu sạch

Cần kiểm tra:

• Bộ lọc.
• Dầu.
• Đường ống.
• Block.
• Đầu nối.

trước khi đưa van vào sử dụng.

Một số lỗi thường gặp ở van lưu lượng

Xy lanh vẫn chạy quá nhanh

Có thể liên quan tới:

• Van chưa được điều chỉnh đúng.
• Lắp ngược van tiết lưu một chiều.
• Lưu lượng đi qua đường khác.
• Van bị hỏng.
• Cấu trúc mạch không phù hợp.

Cần kiểm tra toàn bộ sơ đồ thay vì chỉ tiếp tục vặn nhỏ van.

Tốc độ thay đổi khi tải thay đổi

Nếu sử dụng van tiết lưu không bù áp, hiện tượng này có thể xuất hiện do chênh áp qua van thay đổi.

Nếu yêu cầu tốc độ ổn định hơn cần đánh giá giải pháp van có bù áp.

Không chỉnh được lưu lượng

Nguyên nhân có thể gồm:

• Kim tiết lưu bị kẹt.
• Van bị bẩn.
• Núm chỉnh hỏng.
• Sai chiều lắp.
• Dòng dầu đi qua đường khác.
• Van không phù hợp với dải lưu lượng cần điều chỉnh.

Dầu nóng sau khi giảm tốc độ

Nếu giảm tốc độ bằng cách tiết lưu một lượng dầu lớn, tổn thất năng lượng qua van có thể làm tăng nhiệt.

Cần đánh giá:

• Lưu lượng bơm.
• Mức tiết lưu.
• Chu trình máy.
• Áp suất.
• Phương pháp điều khiển.

Không nên chỉ tăng khả năng làm mát mà bỏ qua nguyên nhân gây tổn thất.

Xy lanh chuyển động giật

Có thể cần kiểm tra:

• Van lưu lượng.
• Khí trong hệ thống.
• Dầu.
• Ma sát của xy lanh.
• Tải.
• Áp suất.
• Van điều hướng.
• Độ sạch của dầu.

Không nên mặc định van lưu lượng là nguyên nhân duy nhất.

Tư vấn lựa chọn van lưu lượng thủy lực

Van lưu lượng có nhiều loại với nguyên lý và khả năng điều chỉnh khác nhau. Vì vậy không nên lựa chọn sản phẩm chỉ dựa vào kích thước ren hoặc hình dáng bên ngoài.

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

• Loại van: van điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu hay van tiết lưu một chiều.
• Lưu lượng làm việc của hệ thống.
• Dải lưu lượng cần điều chỉnh.
• Áp suất làm việc.
• Hướng dòng dầu.
• Yêu cầu điều chỉnh một chiều hay hai chiều.
• Có cần bù áp hay không.
• Kiểu lắp: ren, đế, sandwich, modular hoặc cartridge.
• Kích thước và chuẩn kết nối.
• Loại dầu và điều kiện vận hành.

Nếu cần thay van đang sử dụng, nên cung cấp model đầy đủ, thương hiệu, ảnh tem, ảnh van thực tế, ký hiệu chiều dòng dầu và thông tin máy đang sử dụng. Model càng rõ thì khả năng xác định đúng sản phẩm thay thế càng cao.

Trường hợp hệ thống đang gặp vấn đề tốc độ không ổn định, không nên mặc định chỉ cần thay van tiết lưu. Cần kiểm tra thêm tải, lưu lượng bơm, áp suất và xem van hiện tại có phải loại bù áp hay không.

Đối với hệ thống thiết kế mới, nên xác định trước yêu cầu tốc độ của xy lanh hoặc motor, lưu lượng thực tế và đặc tính tải rồi mới lựa chọn phương pháp meter-in, meter-out hoặc dạng điều khiển lưu lượng phù hợp.

Tham khảo các dòng Van lưu lượng thủy lực gồm van điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu và van tiết lưu một chiều để lựa chọn sản phẩm phù hợp với từng hệ thống.

Câu hỏi thường gặp