Hệ thống thủy lực dựa vào van đa chiều (van điều khiển hướng) để định tuyến dòng chất lỏng và điều khiển bộ truyền động. Các van này có nhiều cấu hình khác nhau, thường được mô tả bằng số lượng vị trí và cách thức (cổng) mà chúng có. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ làm rõ các thuật ngữ như 'hai vị trí ba chiều' và 'ba vị trí sáu chiều' nghĩa là gì và giải thích cách các van nhiều chiều có thể được bố trí để tạo ra song song và nối tiếp các mạch thủy lực . Chúng tôi sẽ sử dụng thuật ngữ rõ ràng (cổng P, T, A, B, N, v.v.), các phép loại suy trong thế giới thực và các ví dụ để giúp các kỹ sư, người mua kỹ thuật và người học về năng lượng chất lỏng dễ nắm bắt những khái niệm này.
Khái niệm cơ bản về van định hướng thủy lực
Van định hướng thủy lực – thường hoạt động bằng điện từ – điều khiển hướng, dòng chảy và áp suất của chất lỏng trong hệ thống. Họ đạt được điều này bằng cách mở, đóng hoặc chuyển đổi kết nối giữa các cổng khác nhau. Các thuật ngữ chính bao gồm:
Cổng (Ways): Các điểm kết nối trong van. Các nhãn cổng phổ biến là P (Áp suất đầu vào từ máy bơm), T (Trở về bình chứa) và A/B (các cổng làm việc dẫn đến xi lanh hoặc động cơ). Một số van còn có cổng N (Tiếp theo, hoặc cổng nguồn ngoài) để kết nối với một van khác ở hạ lưu. Ví dụ: bộ chuyển đổi nguồn ngoài ở cổng 'N' cung cấp khả năng truyền áp suất cao để chất lỏng có thể cung cấp cho một dãy van khác.
Vị trí: Vị trí ống cuộn riêng biệt bên trong van thay đổi đường dẫn dòng chảy. Van hai vị trí có hai trạng thái ổn định (thường là một trạng thái có điện và một trạng thái không có điện), trong khi van ba vị trí có ba trạng thái (thường là hai cực cộng với một trạng thái trung tính ở giữa). Lò xo thường được sử dụng để đưa ống chỉ về vị trí trung tâm hoặc vị trí mặc định khi không được kích hoạt.
Hiểu ký hiệu của van (ví dụ '3/2' cho van ba chiều hai vị trí hoặc '6/3' cho van sáu chiều ba vị trí) là rất quan trọng để thiết kế mạch thủy lực. Số đầu tiên biểu thị các cách (cổng) và số thứ hai biểu thị các vị trí . Hãy chia nhỏ các ví dụ này một cách chi tiết.
Van ba chiều hai vị trí (Van 3/2)
Van ba chiều hai vị trí là van định hướng có ba cổng và hai vị trí ống chỉ . Trong công nghiệp viết tắt đây là van 3/2 . Về cơ bản, nó hoạt động giống như một công tắc bật/tắt chất lỏng đi tới bộ truyền động. Một vị trí (chẳng hạn như khi điện từ được cấp điện hoặc cần gạt được dịch chuyển) kết nối cổng áp suất với cổng thoát, cho phép chất lỏng chảy đến bộ truyền động. Vị trí còn lại thường cắt nguồn cung cấp và thông khí cho bộ truyền động vào bể. Nói cách khác, khi van 'mở', chất lỏng có thể chảy qua theo một hướng; khi 'đóng', luồng bị chặn và bộ truyền động có thể được kết nối để quay trở lại.
Ca sử dụng: Một ứng dụng cổ điển đang điều khiển một xi lanh tác động đơn hoặc bất kỳ thiết bị nào cần nguồn cung cấp và ống xả. Ví dụ, trên máy ép thủy lực có xi lanh hồi xuân, van điện từ 3/2 có thể dẫn dầu điều áp (P) đến cổng xi lanh (A) để mở rộng nó và khi mất điện, nối cổng A đó với bể (T) để xi lanh rút lại bằng lực lò xo. Người ta có thể hình dung nó giống như một bộ chuyển hướng vòi ba cổng: ở một vị trí, nó gửi chất lỏng đến xi lanh, và ở vị trí còn lại, nó xả dòng chảy ra bể chứa (làm cho xi lanh xẹp xuống).
Van ba chiều hai vị trí thường van điện từ để tự động hóa, nhưng chúng cũng có thể được kích hoạt bằng cơ học hoặc bằng khí nén. Chúng chỉ có hai trạng thái – ví dụ: có điện và không có điện – vì vậy chúng dễ dàng điều khiển bật/tắt dòng chất lỏng. Trong thực tế, chúng có thể được chỉ định là 'thường đóng' (chặn luồng cho đến khi được kích hoạt) hoặc 'thường mở' (cho phép luồng cho đến khi được kích hoạt để chặn), tùy thuộc vào cách cấu hình ống cuộn bên trong.
Van sáu chiều ba vị trí (Van 6/3)
Van sáu chiều ba vị trí phức tạp hơn, có sáu cổng và ba vị trí ống chỉ (thường được ghi chú là van 6/3 ). Cấu hình này ít phổ biến hơn van 4 chiều tiêu chuẩn, nhưng nó cung cấp thêm cổng để kiểm soát dòng chảy phức tạp hơn. Về cơ bản, van 6 chiều 3 vị trí có thể quản lý nhiều đường dẫn dòng chảy hoặc thậm chí nhiều bộ truyền động từ một van bằng thiết kế cổng bên trong của nó. Nó giống như có hai van kết nối với nhau trong một vỏ, mang lại sự linh hoạt để tạo ra các mạch tiên tiến.
Để hình dung, hãy xem xét một van 4 chiều điển hình (đối với xi lanh tác động kép) có các cổng P, T, A, B. Giờ đây, van 6 chiều có thêm hai cổng nữa (thường được gắn nhãn như P2 và T2 hoặc N và một cổng trở lại bổ sung). Các cổng bổ sung này có thể đóng vai trò là đầu vào/đầu ra thứ cấp hoặc đường dẫn ngoài nguồn điện . Trong nhiều trường hợp, van 6 chiều được thiết kế sao cho có thể liên kết với các van khác một cách dễ dàng. Một bộ cổng P/T có thể kết nối với máy bơm chính và bể chứa, đồng thời các cổng P2/T2 bổ sung có thể cấp hoặc nhận dòng chảy từ một giai đoạn van khác. Điều này cho phép nhiều van như vậy được kết nối nối tiếp hoặc song song khi cần thiết.
Ví dụ, Festo cung cấp van 6 chiều 3 vị trí đòn bẩy thủ công cho các hệ thống đào tạo thủy lực. Ở vị trí trung tâm (tập trung vào lò xo), nó mở một đường dẫn từ đầu vào áp suất sơ cấp đến bể sơ cấp (dỡ bơm) đồng thời chặn các cổng phụ và cổng làm việc (P1 → T1 mở, trong khi P2, T2, A, B đều đóng). Điều này có nghĩa là khi van được đặt ở giữa, không có bộ truyền động nào chuyển động và dòng bơm chỉ đơn giản đi vào bể ở áp suất thấp (không tải). Sau đó, hai vị trí hoạt động của van có thể định tuyến dòng chảy để đạt được các chức năng khác nhau hoặc kết nối các mạch khác nhau. Một vị trí có thể truyền trực tiếp từ P1 đến A và B đến T1 (giống như kéo dài một hình trụ), trong khi một vị trí khác có thể nối P1 với B và A với T1 (rút hình trụ lại). Đồng thời, sự hiện diện của các cổng P2 và T2 có nghĩa là van này có thể truyền dòng chảy đến hoặc từ một van khác: bằng cách liên kết một số van 6 chiều, bạn có thể thực hiện các mạch nối tiếp, song song hoặc thậm chí hỗn hợp (song song nối tiếp) trong một hệ thống . Về bản chất, các cổng bổ sung giúp các nhà thiết kế tự do kết nối các van hoặc chia sẻ dòng chảy mà không cần phụ kiện nối chữ T bên ngoài.
Trường hợp sử dụng: Van sáu chiều ba vị trí thường xuất hiện trong thủy lực di động và máy móc phức tạp. Ví dụ, trong thiết kế một máy xúc lật, ống điều khiển độ nghiêng là một van 6 chiều 3 vị trí điều khiển cả xi lanh nghiêng gầu theo hai hướng (nghiêng lên/xuống) và cũng là chức năng thứ ba – kẹp gầu hoặc hành động đóng – tất cả đều có một ống van. Đây là cấu hình nâng cao trong đó một van đa chiều duy nhất có thể quản lý hai chuyển động và chức năng kẹp bằng cách chuyển thông minh ở các vị trí ống cuộn khác nhau. (Một ống cuộn khác trên cùng một máy là van 6 chiều 4 vị trí dành cho cần cẩu, thậm chí còn có thêm một vị trí phao.) Những ví dụ này cho thấy van 6 chiều được sử dụng để tích hợp nhiều chức năng thủy lực, thường để tiết kiệm không gian và đơn giản hóa mạch thủy lực.
Từ góc độ thiết kế mạch, van 6 chiều 3 vị trí đặc biệt hữu ích khi bạn muốn một trung tính trung tâm mở (để dỡ máy bơm) nhưng vẫn có cách truyền áp lực tới các van bổ sung. Các 'cách' bổ sung có thể được cấu hình như một ổ cắm chuyển tiếp (nguồn vượt quá) và một đầu vào thứ cấp . Điều này cho phép bạn đặt các van nối tiếp (dòng chảy đi qua một van để cấp nguồn cho van tiếp theo) hoặc song song (cả hai van đều lấy từ nguồn cung cấp) bằng cách bạn cắm hoặc kết nối các cổng đó. Tiếp theo chúng ta sẽ xem xét ý nghĩa của việc kết nối các van song song với nối tiếp và cách các cấu hình van đa chiều này cho phép các thiết kế mạch đó.
Mạch thủy lực song song và nối tiếp
Khi điều khiển nhiều bộ truyền động (xi lanh, động cơ) trong hệ thống thủy lực, bạn có sẵn hai cách sắp xếp mạch cơ bản:
Mạch song song: Mỗi nhánh van/bộ truyền động được cấp điện trực tiếp từ đường cung cấp áp suất (và quay trở lại bể một cách độc lập). Điều này có nghĩa là nhiều bộ truyền động có thể nhận lưu lượng đồng thời , chia sẻ lưu lượng bơm. Trong thiết lập song song, việc kích hoạt một chức năng vốn không chặn dòng chảy sang chức năng khác – chất lỏng có thể đi theo nhiều đường. Tuy nhiên, nếu hai bộ truyền động được vận hành cùng nhau, chúng sẽ cạnh tranh về dòng chảy và thông thường bộ truyền động nào có điện trở thấp hơn (tải nhẹ hơn) sẽ di chuyển trước hoặc nhanh hơn. Các mạch song song rất phổ biến trong các thiết bị hiện đại vì chúng cho phép điều khiển đa chức năng - ví dụ như nâng cần nâng trong khi vung một cánh tay cùng lúc.
Mạch nối tiếp: Các van hoặc bộ truyền động được sắp xếp thẳng hàng , sao cho chất lỏng chảy qua cái này rồi sang cái tiếp theo. Trong thực tế, một chức năng là hạ lưu của một chức năng khác. Điều này thường có nghĩa là bộ truyền động ngược dòng được ưu tiên – nó sẽ nhận được dòng chảy trước tiên và chỉ khi nó hoàn thành hoặc tạo áp suất thì chất lỏng sẽ cấp cho bộ truyền động tiếp theo. Nếu hai van nối tiếp và van đầu tiên được kích hoạt, nó có thể chuyển hướng toàn bộ dòng chảy, cắt các van hạ lưu (cho đến khi van đầu tiên được thỏa mãn hoặc được giải phóng). Các mạch nối tiếp có xu hướng gây ra hoạt động tuần tự : một bộ truyền động di chuyển, rồi đến bộ truyền động tiếp theo, thay vì đồng thời. Điều này có thể hữu ích cho việc tự động sắp xếp các chuyển động hoặc để đảm bảo an toàn (đảm bảo một hành động kết thúc trước khi một hành động khác bắt đầu), nhưng nó có thể hạn chế khả năng thực hiện hai việc cùng một lúc.
Một sự tương tự dễ hiểu là hãy nghĩ đến các mạch điện hoặc dòng nước: Một mạch song song giống như cắm hai thiết bị vào cùng một ổ cắm thông qua một dải nguồn – chúng có thể chạy cùng nhau (mặc dù chúng dùng chung nguồn điện sẵn có). Mạch nối tiếp giống như các thiết bị nối dây trong một chuỗi – mạch thứ hai chỉ nhận được điện qua mạch thứ nhất; nếu cái đầu tiên tắt thì cái thứ hai không nhận được gì. Tương tự như chất lỏng, hãy tưởng tượng hai bánh xe nước trong một dòng: song song, dòng nước tách ra và mỗi bánh xe có dòng chảy riêng; nối tiếp, nước phải quay bánh xe đầu tiên, sau đó phần còn lại sẽ quay bánh thứ hai. Trong trường hợp nối tiếp, bánh xe đầu tiên sẽ lấy những gì nó cần và bánh thứ hai sẽ nhận luồng 'còn sót lại' (và nếu bánh đầu tiên bị kẹt thì bánh thứ hai sẽ dừng hoàn toàn).
Cả hai cách tiếp cận đều không 'tốt hơn' trong mọi trường hợp – chúng chỉ phục vụ các mục đích khác nhau. Nhiều hệ thống thủy lực thực sự sử dụng kết hợp: một số chức năng song song, một số chức năng khác nối tiếp và sử dụng các van đặc biệt (như van tuần tự hoặc bộ chia dòng) để phối hợp khi cần thiết. Bây giờ, hãy xem van định hướng đa chiều được cấu hình như thế nào cho từng trường hợp.
Đạt được mạch thủy lực song song với van đa chiều
Trong cách bố trí mạch song song , mỗi van định hướng (hoặc từng phần của dãy van nhiều ống) kết nối với áp suất cung cấp một cách độc lập. Trên thực tế, điều này có nghĩa là tất cả các cổng P của van được nối với một đường áp suất chung (đa tạp) từ máy bơm và tất cả các cổng T quay trở lại đường bể. Khi không có van nào được kích hoạt, chất lỏng (từ bơm chuyển vị cố định trong hệ thống tâm mở) thường lưu thông qua đường tâm mở tới bể. Thời điểm bất kỳ một ống cuộn nào chuyển sang cung cấp năng lượng cho một xi lanh, nó sẽ chặn đường vòng trung tâm đó và hướng dòng chảy vào các đường song song của cụm van. Sau đó, dầu sẽ được cung cấp cho tất cả các bộ truyền động trong mạng song song. Nếu nhiều cuộn được di chuyển cùng một lúc, dòng chảy sẽ phân chia - mặc dù không phải lúc nào cũng bằng nhau. Thông thường, bộ truyền động có tải ít nhất (điện trở thấp nhất) sẽ di chuyển trước vì nó cho phép dòng chảy dễ dàng hơn, một hiện tượng được gọi là hiệu ứng 'đường đi có ít lực cản nhất'. Người vận hành thường quan sát thấy điều này khi một chức năng chậm lại khi một chức năng khác, tải nặng hơn, được vận hành đồng thời – tải nhẹ hơn sẽ đánh cắp dòng chảy cho đến khi điện trở của nó tăng lên.
Thiết kế van cho mạch song song: Van nhiều đoạn hiện đại thường được chế tạo với mạch điện song song (đôi khi còn gọi là thiết kế 'tâm song song'). Điều này đảm bảo rằng khi một phần được kích hoạt, các phần ở hạ lưu vẫn có thể tiếp cận được áp suất. Ví dụ, nhiều máy xúc và máy xúc sử dụng các dãy van song song để người lái có thể di chuyển đa tác vụ. Nếu có nhiều hơn một chức năng được tham gia, lưu lượng bơm sẽ được phân phối và thường bộ bù áp suất hoặc điều khiển lưu lượng được sử dụng để cân bằng tốc độ. Trong mạch song song không bù, nếu hai cuộn mở, tất cả dòng chảy có thể đi đến một bộ truyền động cho đến khi gặp đủ tải, sau đó bộ kia bắt đầu - đây là lý do tại sao các chức năng nâng và cuộn có thể tương tác. Nhiều giải pháp khác nhau như van chia sẻ dòng chảy hoặc hệ thống cảm biến tải được thêm vào để giải quyết vấn đề đó, nhưng về cơ bản, bố trí song song là thứ cho phép vận hành đồng thời.
Việc thiết lập một mạch song song với các van rời rạc rất đơn giản: kết nối tất cả các cổng P với nhau với máy bơm (hoặc bộ sưu tập áp suất cao chung) và tất cả các cổng T với nhau với đường hồi lưu của bể. Các cổng làm việc của mỗi van đi tới xi lanh hoặc động cơ tương ứng. Nếu sử dụng van nhiều chiều có cổng N (vượt quá nguồn) , bạn thường lắp một phích cắm để chuyển van thành dòng chảy song song ở tâm mở (để ở trạng thái trung tính, dòng chảy đi từ cổng T đến bể chứa, không ra khỏi N). Trong cấu hình song song, cổng N có thể bị chặn hoặc được sử dụng cho mục đích riêng (chẳng hạn như chỉ cấp nguồn cho phụ kiện khi các chức năng chính không hoạt động). Theo mặc định, nhiều van đơn khối thủy lực tiêu chuẩn có tính năng song song: ví dụ: 'mạch song song' là thiết kế phổ biến, trong khi 'mạch song song (nối tiếp)' có thể là một lựa chọn đặc biệt.
Lợi ích của mạch song song: Ưu điểm lớn là khả năng điều khiển độc lập – bộ truyền động không phải di chuyển theo trình tự cố định. Bạn có thể bắt đầu hoặc dừng bất kỳ chuyển động nào bất kể chuyển động nào khác (tùy thuộc vào công suất bơm). Điều này lý tưởng khi bạn muốn máy thực hiện các hành động kết hợp, chẳng hạn như lái khi lái xe hoặc nâng nông cụ trong khi kéo dài nông cụ. Nhược điểm là vấn đề chia sẻ luồng; nếu một bộ truyền động yêu cầu áp suất thấp và lưu lượng cao, nó có thể làm hỏng bộ truyền động khác. Các nhà thiết kế giảm thiểu điều này bằng các van điều khiển dòng chảy, van ưu tiên hoặc máy bơm cảm biến tải để đảm bảo mỗi chức năng đều nhận được lưu lượng cần thiết. Tuy nhiên, các mạch song song vẫn là lựa chọn phù hợp cho các hệ thống nhiều bộ truyền động đòi hỏi tính linh hoạt.
Đạt được mạch thủy lực nối tiếp với van đa chiều
Trong cách sắp xếp mạch nối tiếp , các van được kết nối lần lượt sao cho đầu ra của van này nối với đầu vào của van tiếp theo. Để hình dung điều này, hãy tưởng tượng đường áp suất từ máy bơm đi vào cổng P của Van 1; sau đó dòng chảy ra khỏi Van 1 (khi ở trạng thái trung tính) sẽ đi vào cổng P của Van 2, v.v. Cổng nguồn vượt quá (N) trên van là chìa khóa để thực hiện điều này - nó mang dòng áp suất cao tới van tiếp theo trong khi van ban đầu vẫn có đường quay trở lại bể riêng khi nó hoạt động. Bằng cách lắp đặt bộ chuyển đổi nguồn ngoài vào phần đầu ra của van, bạn sẽ cô lập dòng chảy: dòng áp suất cao đi ra cổng N để cấp cho các van hạ lưu và cổng T trên van đó chỉ xử lý việc hồi lưu bình áp suất thấp. Về bản chất, cổng N trở thành phần tiếp nối nối tiếp của đường áp lực.
Khi các van (hoặc các phần) nối tiếp nhau như thế này thì van (hoặc các phần) gần máy bơm nhất sẽ được ưu tiên. Chất lỏng lần lượt chảy qua từng van . Nếu van đầu tiên được kích hoạt, nó thường chuyển hướng dòng bơm vào bộ truyền động của nó và ngăn dòng chảy tiếp cận xa hơn (cho đến khi nhu cầu của van đầu tiên được đáp ứng hoặc nó được đưa về trạng thái trung tính). Chỉ khi Van 1 ở trạng thái trung tính thì dòng chảy tự do mới chuyển sang Van 2 (và sau đó Van 2 mới có thể sử dụng nó). Nếu Van 1 mở một phần (điều tiết), Van 2 chỉ có thể nhận được bất kỳ lưu lượng (hoặc áp suất) dư thừa nào mà 1 không sử dụng. Đây là lý do tại sao các mạch nối tiếp vốn tạo ra điều khiển tuần tự hoặc dựa trên mức độ ưu tiên . Ví dụ: nếu bạn cắm hai xi lanh nâng nối tiếp qua các van, thì xi lanh thứ nhất có thể mở rộng hoàn toàn trước khi xi lanh thứ hai di chuyển, đảm bảo trình tự có trật tự (điều này có thể được mong muốn trong các ứng dụng như triển khai các chân chống lần lượt).
Thiết kế van cho mạch nối tiếp: Van trung tâm mở với ống cuộn trung tâm (chuỗi) song song được sử dụng trong các hệ thống bơm cố định cổ điển. Ở trạng thái trung tính, mỗi van truyền chất lỏng sang van tiếp theo như thể thông qua một đường ống liên tục tới bể chứa. Khi một van được kích hoạt, ống cuộn của nó sẽ cắt đường dẫn dòng chảy xuôi dòng (ưu tiên chức năng của nó). Ví dụ, các máy xúc lật cũ hơn thường có dãy van máy xúc nối tiếp với van máy xúc lật - việc gắn máy xúc lật có thể lấy dòng chảy từ máy xúc lật trừ khi ống máy xúc lật ở trạng thái trung tính. Để thực hiện một mạch nối tiếp với các van mô-đun hiện đại, bạn sử dụng cổng chuyển tiếp (nguồn vượt quá) . Cổng N (tiếp theo) của van đầu tiên cấp nguồn cho đầu vào của van thứ hai, cổng N của nó cấp nguồn cho van thứ ba, v.v., chỉ có đầu ra của van cuối cùng mới đi vào bể. Mỗi van trong dây chuyền phải được trang bị công suất vượt quá để có thể xử lý toàn bộ dòng bơm bên trong mà không bị hư hỏng (tức là đã lắp ống bọc hoặc bộ chuyển đổi). Tầm quan trọng của cổng N được các nhà sản xuất nhấn mạnh: nó đặc biệt có ý nghĩa 'để tạo kết nối giữa hai van điều khiển' như một liên kết chuyển tiếp áp suất cao.
Lợi ích và cân nhắc của các mạch nối tiếp: Ưu điểm chính là bạn có thể dễ dàng tạo mức ưu tiên hoặc điều khiển trình tự mà không cần thêm các van tuần tự – chức năng ngược dòng đương nhiên được ưu tiên. Kết nối nối tiếp cũng đơn giản hóa hệ thống ống nước trong các hệ thống chỉ có một chức năng được mong đợi hoạt động tại một thời điểm (dòng chảy chỉ chảy xuống khi mỗi van ngược dòng được đáp ứng). Nó có thể giảm số lượng ống từ một máy bơm (một đường vào, một đường ra từ một chuỗi van). Tuy nhiên, có những cân nhắc và hạn chế quan trọng:
Hoạt động tuần tự: Như đã lưu ý, hoạt động đồng thời bị hạn chế hoặc không thể thực hiện được nếu không có van bù áp suất đặc biệt. Trong nhiều trường hợp đây là một bất lợi vì nó hạn chế khả năng đa nhiệm. Nó chỉ được sử dụng một cách có chủ ý khi muốn thực hiện lần lượt hoặc chấp nhận được. Mặt khác, các nhà thiết kế thích hệ thống song song hoặc cảm biến tải cho máy móc hiện đại để cho phép chuyển động kết hợp.
Giảm áp suất và nhiệt: Đẩy chất lỏng qua nhiều van nối tiếp có thể gây giảm áp suất tích lũy. Mỗi van và các đường dẫn bên trong của nó đều tăng thêm lực cản. Vào thời điểm chất lỏng đến van hạ lưu, áp suất sẵn có của nó có thể giảm (đặc biệt nếu chức năng ngược dòng đang được sử dụng). Năng lượng không được sử dụng sẽ chuyển thành nhiệt. Do đó, các mạch nối tiếp có thể kém hiệu quả hơn nếu nhiều van thường xuyên hoạt động hoặc nếu sử dụng đường dẫn dòng chảy dài.
Phù hợp với công suất van: Khi liên kết các van nối tiếp, hãy đảm bảo mỗi van có thể xử lý toàn bộ lưu lượng và áp suất của hệ thống . Tất cả dòng chảy cho các bộ truyền động tiếp theo đều đi qua các phòng trưng bày của van ngược dòng. Nếu tốc độ dòng chảy vượt quá mức định mức của các van đó, bạn có nguy cơ bị tổn thất áp suất, hư hỏng van hoặc hoạt động không ổn định (ví dụ như kẹt ống chỉ hoặc rò rỉ). Tương tự như vậy, mỗi van nối tiếp sẽ thấy áp suất từ cả tải của chính nó và bất kỳ tải nào phía sau xếp chồng lên nhau. Nếu một phần được đặt ở áp suất thấp hơn, nó có thể làm hỏng các chức năng ở hạ lưu hoặc khiến chúng ngừng hoạt động. Việc lựa chọn và hiệu chuẩn đúng các van (phù hợp với thông số lưu lượng/áp suất và cài đặt giảm áp) là điều cần thiết để vận hành loạt van an toàn, hiệu quả.
Độ phức tạp và bảo trì: Sự sắp xếp nối tiếp có nghĩa là hệ thống phụ thuộc lẫn nhau – một lỗi hoặc rò rỉ ở một van có thể ảnh hưởng đến tất cả các chức năng ở hạ lưu. Có nhiều kết nối hơn trong một chuỗi, làm tăng độ phức tạp. Việc bảo trì và kiểm tra thường xuyên các cài đặt áp suất, rò rỉ và ô nhiễm là rất quan trọng. Tuy nhiên, cách tiếp cận nối tiếp có thể tiết kiệm không gian (ít đường bơm hơn) và chi phí (bơm đơn giản hơn hoặc van xả đơn cho dây chuyền), vì vậy đây là một sự đánh đổi.
Ứng dụng ví dụ: Xét một thang máy thủy lực có hai tầng phải nâng lên tuần tự. Bằng cách kết nối nối tiếp các van điều khiển xi lanh, giai đoạn đầu tiên sẽ mở rộng hoàn toàn trước khi áp suất tích tụ đủ để thúc đẩy giai đoạn thứ hai - đạt được trình tự đơn giản mà không cần điều khiển điện tử. Trong một trường hợp khác, sách hướng dẫn sử dụng máy xúc lật của Trung Quốc lưu ý rằng van đa chiều của nó có thiết kế mạch nối tiếp bên trong để điều khiển các xi lanh cần và nghiêng, khóa từng bộ phận ở vị trí khi cần thiết. Điều này đảm bảo rằng khi cả hai ống cuộn đều không hoạt động, cả hai xi lanh vẫn ở nguyên vị trí (trung tâm đóng) và dòng bơm sẽ đi vào bể (đường dẫn trung tâm mở) và khi một ống cuộn hoạt động, nó sẽ chuyển hướng dòng chảy cho chức năng đó trong khi chức năng kia vẫn bị khóa. Những thiết kế như vậy minh họa cách các mạch nối tiếp có thể đáp ứng các yêu cầu vận hành cụ thể để đảm bảo an toàn hoặc đơn giản.
Sử dụng van đa chiều để xây dựng mạch mong muốn
Với sự hiểu biết về song song và nối tiếp, chúng ta có thể tóm tắt cách các van đa chiều giúp đạt được từng chiều:
Thiết lập mạch song song: Sử dụng van (hoặc ống góp van nhiều ống) với nguồn cấp áp suất chung. Trong cụm van đơn khối hoặc van từng phần, hãy chọn cấu hình song song sao cho việc dịch chuyển bất kỳ ống chỉ nào sẽ hướng dòng chảy đến phần đó trong khi vẫn duy trì nguồn cung cấp cho phần khác. Đảm bảo máy bơm có thể cung cấp lưu lượng kết hợp nếu nhiều chức năng hoạt động cùng nhau. Nếu cần, hãy thêm các van điều khiển dòng chảy hoặc cảm biến tải để quản lý việc phân chia dòng chảy giữa các nhánh. Tất cả các đường trở về đều đi vào bể. (Hãy coi mỗi van như một nhánh của đường chính.)
Thiết lập mạch nối tiếp: Liên kết các van sử dụng tính năng vượt quá nguồn điện (chuyển tiếp). Đầu ra (cổng N) của van đầu tiên cấp nguồn cho đầu vào của van tiếp theo, v.v. Sử dụng các ống cuộn trung tâm song song hoặc trung tâm mở cho phép dòng chảy qua ở mức trung tính. Đặt chức năng quan trọng có mức độ ưu tiên cao nhất làm chức năng đầu tiên trong dòng. Xác minh xếp hạng của từng van để biết lưu lượng bơm đầy đủ. Tùy chọn, thêm van tuần tự hoặc van điều chỉnh áp suất nếu bạn cần ngưỡng áp suất chính xác để chuyển từ chức năng này sang chức năng tiếp theo (để tinh chỉnh trình tự). Tất cả các van trung gian phải có cổng bể chỉ xử lý dòng hồi lưu của riêng chúng chứ không phải toàn bộ dòng bơm. Van cuối cùng trong chuỗi đổ vào bể ở cuối chuỗi. (Hãy coi mỗi van như một mắt xích trong một chuỗi, chuyển dòng chảy sang van tiếp theo.)
Mạch kết hợp: Một số hệ thống sử dụng mạch lai. Ví dụ: hai van có thể chạy song song (cả hai đều nhận được lưu lượng bơm) trong khi van thứ ba được đưa xuống hạ lưu của các van đó thông qua một trình tự - thực sự là một hỗn hợp song song nối tiếp. Các cụm van đa chiều (như van 6 chiều đã thảo luận) cho phép thực hiện điều này bằng cách cung cấp nhiều cổng để kết nối các van một cách sáng tạo. Một kỹ sư có thể kết nối một số cổng nhất định để thiết lập một phần của mạch nối tiếp và phần khác song song. Mục tiêu là đảm bảo mỗi bộ truyền động có được dòng chảy phù hợp vào đúng thời điểm. Đối với các hệ thống phức tạp, các khối đa tạp thường được thiết kế với các lối đi bên trong để đạt được mạng lưới các đường dẫn nối tiếp/song song mong muốn.
Phần kết luận
Hiểu thuật ngữ 'hai vị trí ba chiều' và 'ba vị trí sáu chiều' là điều cơ bản khi lựa chọn hoặc thảo luận về van thủy lực. Van 3/2 cung cấp khả năng điều khiển hai trạng thái đơn giản cho bộ truyền động một dòng hoặc tín hiệu điều khiển, trong khi van 6/3 cung cấp giải pháp đa cổng, đa trạng thái để định tuyến dòng chảy phức tạp hơn, thường bao gồm khả năng dễ dàng cấu hình chuỗi hoặc mạch song song bằng cách liên kết các van.
Khi thiết kế mạch thủy lực, việc quyết định giữa cấu hình song song và nối tiếp (hoặc kết hợp) sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách vận hành của máy. Các mạch song song cho phép chuyển động đồng thời, độc lập với chi phí chia sẻ luồng, khiến chúng trở nên phổ biến trong các hệ thống yêu cầu đa nhiệm. Các mạch nối tiếp thực thi hoạt động tuần tự và mức độ ưu tiên, có thể đơn giản hóa một số điều khiển nhất định nhưng hạn chế chuyển động đồng thời. Van định hướng đa chiều, đặc biệt là những van có cổng tiên tiến như cổng N để cấp nguồn vượt trội, là những khối xây dựng cho phép các kỹ sư triển khai các mạch này trong thực tế – từ van điện từ đơn giản điều khiển một xi-lanh đến ống góp nhiều ống điều phối toàn bộ thiết bị nặng.
Bằng cách sử dụng loại và cấu hình van thích hợp, đồng thời chú ý đến nhu cầu kiểm soát dòng chảy và điều khiển tuần tự , các nhà thiết kế có thể đảm bảo hệ thống thủy lực hoạt động như dự định. Ví dụ, nếu hai xi lanh phải di chuyển cùng nhau, có thể chọn thiết lập van song song với bộ điều khiển dòng chảy; nếu một cái luôn phải di chuyển trước cái kia, thì liên kết nối tiếp hoặc van tuần tự sẽ đạt được điều đó. Luôn xem xét nhu cầu tải, độ an toàn của hệ thống (ví dụ: vị trí giữ, có thể yêu cầu trung tâm đóng hoặc van khóa) và nhu cầu mở rộng tiềm năng trong tương lai (ví dụ: thêm một van khác ở hạ lưu thông qua nguồn điện vượt quá). Với sự nắm vững các khái niệm và thuật ngữ này, người ta có thể tự tin đọc sơ đồ thủy lực hoặc bảng thông số kỹ thuật và đưa ra quyết định sáng suốt trong thiết kế năng lượng chất lỏng.
Câu hỏi thường gặp: Các loại van thủy lực và cấu hình mạch
Câu 1: Van ba chiều hai vị trí trong hệ thống thủy lực là gì?
Van ba chiều hai vị trí (còn gọi là van định hướng 3/2) là loại van định hướng thủy lực có ba cổng và hai vị trí hoạt động ổn định. Nó thường được sử dụng để điều khiển các xi lanh tác động đơn hoặc đường dẫn thí điểm, cho phép chất lỏng chảy ở một vị trí và thoát ra bể ở vị trí khác. Các van này thường được kích hoạt bằng điện từ hoặc bằng tay và phù hợp cho các nhiệm vụ kiểm soát chất lỏng bật/tắt đơn giản.
Câu 2: Van định hướng sáu chiều ba vị trí có tác dụng gì?
Van sáu chiều ba vị trí (van 6/3) là loại van định hướng đa chức năng với sáu cổng và ba vị trí ống chỉ. Nó cho phép định tuyến dòng chảy phức tạp, thường bao gồm cả việc dỡ tải trung tính và cấp nguồn ngoài cấu hình để điều khiển nhiều bộ truyền động. Các van này thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu điều khiển nối tiếp song song hoặc hỗn hợp , chẳng hạn như máy xúc lật hoặc mô-đun thủy lực tích hợp.
Câu 3: Sự khác biệt giữa mạch thủy lực nối tiếp và song song là gì?
Trong mạch thủy lực song song , nhiều bộ truyền động nhận chất lỏng từ đường áp suất chung, cho phép chuyển động đồng thời. Trong mạch thủy lực nối tiếp , dòng chảy đi từ van hoặc bộ truyền động này sang van hoặc bộ truyền động tiếp theo, tạo ra hiệu ứng điều khiển tuần tự hoặc ưu tiên. Mạch nối tiếp lý tưởng cho các hoạt động yêu cầu chuyển động từng bước; mạch song song hỗ trợ chức năng độc lập, đồng thời.
Câu hỏi 4: Kết nối nguồn van thủy lực ngoài (cổng N) hoạt động như thế nào?
Cổng N , còn được gọi là cổng nguồn ngoài , cho phép một van định hướng truyền chất lỏng áp suất cao đến các van hạ lưu trong một cấu hình thủy lực nối tiếp . Khi sử dụng cổng N, van được cấu hình với bộ chuyển đổi nguồn ngoài để phân chia áp suất và đường dẫn dòng chảy trở lại, cho phép vận hành van theo chuỗi mà không làm đói các bộ truyền động tiếp theo.
Câu hỏi 5: Tôi có thể kết nối cổng T (bể) của một van với cổng P (áp suất) của van tiếp theo trong mạch thủy lực không?
Không, việc kết nối trực tiếp cổng T của một van với cổng P của van tiếp theo là không chính xác trong hầu hết các hệ thống thủy lực. Cổng bình chứa là một đường hồi áp suất thấp và việc sử dụng nó làm nguồn cung cấp sẽ làm cạn kiệt van áp suất tiếp theo. Thay vào đó, hãy sử dụng cổng N (cấp nguồn) để cung cấp áp suất cho các van tiếp theo trong cấu hình nối tiếp.
Câu hỏi 6: Tại sao xảy ra hiện tượng mất cân bằng dòng chảy trong hệ thống thủy lực song song?
Trong thiết lập van thủy lực song song , các bộ truyền động cạnh tranh nhau để có cùng một lưu lượng bơm. Do đường đi có lực cản nhỏ nhất nên bộ truyền động có tải nhẹ hơn thường di chuyển trước, có khả năng gây mất cân bằng dòng chảy. Hiện tượng này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng van điều khiển lưu lượng bù áp suất hoặc công nghệ cảm biến tải để đảm bảo phân phối dòng chảy đều.
Câu 7: Loại van thủy lực nào là tốt nhất để điều khiển tuần tự các bộ truyền động?
Để đạt được khả năng điều khiển bộ truyền động tuần tự , hãy sử dụng các van định hướng nối tiếp hoặc tích hợp các van tuần tự trong hệ thống. Một mạch thủy lực nối tiếp thực thi trật tự chuyển động một cách tự nhiên, đặc biệt khi kết hợp với van sáu chiều ba vị trí hoặc thiết kế ống trung tâm song song chỉ truyền dòng sau khi đáp ứng nhu cầu ngược dòng.
