Khi bạn đang làm việc với máy móc công nghiệp nặng, việc hiểu cách năng lượng chất lỏng di chuyển trong hệ thống của bạn là điều cần thiết. Trung tâm của nhiều hệ thống thủy lực dòng chảy cao là một bộ phận quan trọng được gọi là van điều khiển hướng, đặc biệt là dòng WH của Bosch Rexroth. Những van này thoạt nhìn có thể không ấn tượng nhưng chúng đang thực hiện một số công việc nặng nhọc trong các nhà máy và cơ sở công nghiệp trên khắp thế giới.
Điều gì làm cho van điều khiển hướng trở nên quan trọng
Hãy coi van điều khiển hướng như một cảnh sát giao thông cho chất lỏng thủy lực. Công việc chính của nó là quyết định nơi chất lỏng đi, nơi trực tiếp điều khiển cách máy móc của bạn di chuyển. Cho dù bạn đang khởi động, dừng, tăng tốc hay thay đổi hướng của xi lanh thủy lực, van điều khiển hướng sẽ thực hiện điều đó.
Loại WH đặc biệt đề cập đến các van điều khiển hướng do phi công vận hành sử dụng áp suất thủy lực để điều khiển dòng chính. Điều này quan trọng hơn bạn nghĩ. Khi bạn đang xử lý tốc độ dòng chảy cao và khối lượng chất lỏng lớn, một van vận hành trực tiếp đơn giản sẽ không có đủ cơ để hoàn thành công việc. Các lực tác động lên một ống van lớn là rất lớn và đó là lúc hoạt động thí điểm trở nên cần thiết.
Bosch Rexroth đã thiết kế dòng WH của họ để xử lý chính xác những tình huống đòi hỏi khắt khe này. Các van này có thể quản lý áp suất lên tới 350 bar và tốc độ dòng chảy đạt 1100 lít mỗi phút. Nói một cách dễ hiểu, chúng ta đang nói về việc vận chuyển đủ chất lỏng thủy lực để cung cấp năng lượng cho các máy ép công nghiệp lớn, thiết bị đúc khuôn nặng và hệ thống xử lý vật liệu lớn.
Van điều khiển hướng dòng WH thực sự hoạt động như thế nào
Vẻ đẹp của van điều khiển hướng WH nằm ở thiết kế hai giai đoạn. Thay vì cố gắng di chuyển trực tiếp một ống lớn, nặng, hệ thống sử dụng một van thí điểm nhỏ để điều khiển một van chính lớn hơn nhiều. Đó là khuếch đại công suất đang hoạt động.
Đây là cách nó hoạt động trong thực tế. Giai đoạn thí điểm sử dụng một lượng nhỏ áp suất thủy lực để dịch chuyển một ống van nhỏ. Điều này tạo ra sự chênh lệch áp suất tác động lên các đầu của ống chính lớn hơn nhiều. Sự chênh lệch áp suất đó tạo ra đủ lực để vượt qua lực chất lỏng và ma sát, cho phép ống cuộn chính dịch chuyển vị trí và chuyển hướng toàn bộ dòng chảy của hệ thống.
Ký hiệu WH cho bạn biết đây hoàn toàn là điều khiển phi công bằng thủy lực. Tất cả các tín hiệu điều khiển đều đến từ nguồn áp suất thủy lực, không phải từ điện từ. Điều này làm cho van WH đặc biệt có giá trị trong những môi trường mà hệ thống điện có thể gặp sự cố, như các ứng dụng dưới nước, nhiệt độ khắc nghiệt hoặc môi trường dễ cháy nổ.
Bên trong thân van, bạn sẽ tìm thấy một lỗ khoan được gia công chính xác nơi ống thép cứng trượt qua lại. Ống cuộn có các rãnh và rãnh được thiết kế cẩn thận thẳng hàng với các cổng trên thân van. Khi ống cuộn di chuyển, nó sẽ mở và đóng các đường dẫn dòng chảy này, dẫn chất lỏng đến các bộ truyền động khác nhau hoặc quay trở lại bể chứa.
Cấu hình khác nhau cho các nhu cầu khác nhau
Van điều khiển hướng có nhiều cấu hình khác nhau và việc hiểu thuật ngữ sẽ giúp ích khi chọn van phù hợp. Những con số bạn nhìn thấy trong phần mô tả van đề cập đến số lượng cổng và vị trí.
Van bốn chiều, ba vị trí (viết là 4/3) có bốn kết nối chất lỏng và ba vị trí vận hành riêng biệt. Bốn cổng thường bao gồm nguồn cấp máy bơm, đường hồi bình và hai cổng làm việc kết nối với bộ truyền động của bạn. Ba vị trí thường bao gồm hai vị trí hoạt động để di chuyển xi lanh hoặc động cơ của bạn theo một trong hai hướng, cộng với vị trí ở giữa.
Vị trí trung tâm đó quan trọng hơn nhiều người nhận ra. Trong cấu hình trung tâm đóng, tất cả dòng chảy sẽ dừng lại khi van quay trở lại trung tâm. Điều này hoạt động tốt với máy bơm dịch chuyển cố định và khi bạn cần giữ vị trí chính xác. Một trung tâm mở cho phép dòng bơm quay trở lại bể ở vị trí trung tính, giảm sinh nhiệt nhưng có khả năng khiến bộ truyền động của bạn bị trôi khi chịu tải. Cấu hình trung tâm song song cung cấp một vị trí trung gian, dỡ tải máy bơm trong khi chặn các cổng truyền động.
Dòng WH cung cấp tất cả các điều kiện trung tâm này và hơn thế nữa. Bạn có thể đặt hàng van có lò xo định tâm, trong đó lò xo đẩy ống chỉ về vị trí trung tính hoặc định tâm bằng áp suất, trong đó áp suất thủy lực giữ cho ống cuộn ở giữa. Một số ứng dụng cần cấu hình bù lò xo hoặc chốt chặn thủy lực để giữ ống chỉ ở bất kỳ vị trí nào mà nó được lệnh lần cuối.
Thông số kỹ thuật quan trọng
Khi bạn so sánh các van điều khiển hướng, một số thông số kỹ thuật nhất định sẽ cho bạn biết van thực sự có thể làm gì trong hệ thống của bạn. Dòng WH bao gồm các kích thước danh nghĩa từ NG10 đến NG32. Kích thước danh nghĩa đó liên quan trực tiếp đến lưu lượng mà van có thể xử lý.
Van NG10 có thể xử lý 200 đến 300 lít mỗi phút, phù hợp với máy móc cỡ trung bình. Nâng cấp lên NG32 và bạn sẽ thấy công suất dòng chảy tối đa 1100 lít mỗi phút. Kích thước lớn hơn này là kích thước bạn chỉ định cho máy ép công nghiệp lớn nhất hoặc thiết bị sản xuất tốc độ cao.
Định mức áp suất làm việc tối đa 350 bar đưa van WH vào loại hiệu suất cao. Nhiều hệ thống công nghiệp hoạt động ở mức 200 đến 250 bar, do đó, khả năng chịu áp suất bổ sung đó sẽ mang lại mức an toàn và cho phép van hoạt động trong các mạch đòi hỏi khắt khe nhất.
Tất cả các van điều khiển hướng WH đều được lắp theo tiêu chuẩn ISO 4401. Tiêu chuẩn quốc tế này xác định chính xác vị trí của các cổng và cách gia công bề mặt lắp đặt. Tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì điều đó có nghĩa là bạn có thể đổi van Bosch Rexroth lấy van tương đương Parker hoặc Eaton mà không cần thay đổi ống góp hoặc hệ thống ống nước. Việc tiêu chuẩn hóa này giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian và tiền bạc trong việc thiết kế và bảo trì hệ thống.
Van hoạt động với chất lỏng thủy lực dầu khoáng hoặc este photphat trong phạm vi nhiệt độ từ âm 30 đến dương 80 độ C. Cửa sổ vận hành rộng này bao phủ hầu hết các môi trường công nghiệp mà không yêu cầu bù nhiệt độ đặc biệt.
Ứng dụng trong thế giới thực nơi WH Valves Excel
Bước vào bất kỳ cơ sở sản xuất hạng nặng nào, bạn có thể tìm thấy các van điều khiển hướng dòng WH đang hoạt động. Các nhà máy thép sử dụng chúng để điều khiển máy ép tạo hình lớn. Các nhà máy ép phun dựa vào chúng để tạo ra hệ thống kẹp lực cao giúp giữ khuôn đóng lại dưới áp suất cực lớn.
Máy công cụ lớn có một ứng dụng phổ biến khác. Khi trung tâm gia công CNC cần nhanh chóng định vị bàn nặng hoặc kẹp phôi, van điều khiển hướng WH sẽ cung cấp hành động chuyển đổi mạnh mẽ, quyết định cần thiết. Khả năng xử lý tốc độ dòng chảy cao của van có nghĩa là những chuyển động này diễn ra nhanh chóng, giảm thời gian chu kỳ và tăng năng suất.
Các thiết bị xử lý vật liệu như thang máy thủy lực và bệ nâng cũng được hưởng lợi từ công nghệ WH. Các ứng dụng này đòi hỏi độ tin cậy cao hơn hầu hết mọi thứ khác và thiết kế đơn giản, mạnh mẽ của van điều khiển hướng vận hành bằng phi công mang lại chính xác điều đó.
Điều làm cho van WH đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng này là khả năng chịu đựng của chúng đối với các điều kiện vận hành kém hoàn hảo. Hệ thống thủy lực công nghiệp thường không thể duy trì điều kiện chất lỏng siêu sạch mà các van tỷ lệ phức tạp hơn yêu cầu. Van WH hoạt động đáng tin cậy với độ sạch của chất lỏng thủy lực khoảng ISO 4406 20/18/15, trong khi van tỷ lệ có thể cần 19/16/13 hoặc cao hơn. Sự khác biệt về yêu cầu lọc đó trực tiếp dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn và thời gian bảo trì dài hơn.
So sánh các van WH với đối thủ cạnh tranh
Thị trường van điều khiển hướng công nghiệp bao gồm một số công ty lớn ngoài Bosch Rexroth. Bộ phận Vickers của Eaton cung cấp dòng DG3V-10 để vận hành phi công thủy lực và DG5V-10 cho vận hành phi công điện từ. Chúng cạnh tranh trực tiếp với van WH và WEH, cung cấp khả năng lưu lượng và xếp hạng áp suất tương tự.
Parker Hannifin sản xuất các loại van lớn vận hành bằng phi công trong dòng D81VW và dòng D-series rộng hơn. Giống như các loại van khác, các van này tuân thủ tiêu chuẩn lắp đặt ISO 4401 và mang lại hiệu suất tương đương.
Điều thú vị về bối cảnh cạnh tranh này là các thông số kỹ thuật cao cấp đã trở nên giống nhau đến mức nào. Cả ba nhà sản xuất lớn đều cung cấp các loại van có áp suất 350 bar và lưu lượng 1100 lít mỗi phút. Tất cả đều tuân theo các tiêu chuẩn lắp đặt giống nhau. Sự hội tụ này phản ánh nhu cầu thị trường về khả năng thay thế lẫn nhau và đã tạo ra tình huống cạnh tranh xảy ra nhiều hơn về các yếu tố phụ như thời gian giao hàng, hỗ trợ kỹ thuật và các tùy chọn cấu hình cụ thể thay vì giới hạn hiệu suất thuần túy.
Các nhà sản xuất châu Á cũng đã gia nhập thị trường các loại van tương thích với tiêu chuẩn ISO 4401. Các công ty như Huade và Shanghai Lixin cung cấp các sản phẩm tương thích với WH với mức giá cạnh tranh, đặc biệt hấp dẫn người mua ở các khu vực công nghiệp hóa nhanh chóng. Mặc dù các lựa chọn thay thế này có thể không mang lại sự nhận diện thương hiệu giống nhau nhưng chúng tuân theo các nguyên tắc thiết kế cơ bản và tiêu chuẩn lắp đặt giống nhau.
Những cân nhắc về bảo trì và các vấn đề thường gặp
Một ưu điểm đáng kể của van điều khiển hướng dòng WH là cấu hình bảo trì tương đối đơn giản của chúng. Không giống như các van tỷ lệ phức tạp có dung sai chặt chẽ và hệ thống phản hồi phức tạp, các van điều khiển bằng phi công truyền thống khá dễ tha thứ.
Kiểu hư hỏng phổ biến nhất là kẹt ống chỉ, thường là do chất lỏng thủy lực bị nhiễm bẩn. Các hạt nhỏ có thể tích tụ trong các khe hở nhỏ giữa ống cuộn và lỗ khoan, ngăn cản chuyển động trơn tru. Thay đổi chất lỏng thường xuyên và lọc đầy đủ sẽ ngăn ngừa hầu hết các vấn đề này.
Rò rỉ bên trong phát triển theo thời gian do sự mài mòn thông thường làm tăng khe hở giữa ống chỉ và lỗ khoan. Điều này thể hiện ở tốc độ truyền động chậm hơn, lực giảm và sinh nhiệt tăng. Khi rò rỉ bên trong trở nên quá mức, cách khắc phục thực sự duy nhất là thay van. Chi phí xây dựng lại thường vượt quá chi phí của một van mới đối với hầu hết các kích cỡ.
Rò rỉ bên ngoài từ vòng đệm hoặc kết nối khớp nối thường dễ giải quyết hơn. Nhiều con dấu có thể được thay thế mà không cần dụng cụ chuyên dụng. Tuy nhiên, nếu bản thân ống chỉ bị hỏng ở khu vực bịt kín thì việc thay thế là cần thiết.
Áp suất cung cấp trục điều khiển đáng được quan tâm đặc biệt trên van WH. Vì mạch điều khiển điều khiển vị trí ống chính nên bất kỳ vấn đề nào về áp suất điều khiển đều ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng của van. Cho dù sử dụng nguồn cung cấp trục điều khiển bên trong từ máy bơm chính hay nguồn cung cấp trục điều khiển bên ngoài từ một nguồn riêng biệt, áp suất đó phải duy trì ổn định và đủ để chuyển số đáng tin cậy.
Chi phí ban đầu của một van điều khiển hướng chất lượng có vẻ đáng kể. Các bộ lắp ráp Bosch Rexroth tầm trung có thể có giá khoảng 450 đô la, với các cấu hình lớn hơn hoặc phức tạp hơn sẽ có giá cao hơn. Tuy nhiên, tổng chi phí sở hữu phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy và tuổi thọ sử dụng. Van WH có thể duy trì hoạt động đáng tin cậy qua nhiều năm mà không cần chú ý nhiều.
Tương lai của công nghệ điều khiển hướng
Ngành công nghiệp van thủy lực không đứng yên. Hai xu hướng chính đang định hình lại cảnh quan, mặc dù chưa có xu hướng nào làm cho van kiểu WH trở nên lỗi thời.
Van điều khiển hướng tỷ lệ cung cấp khả năng kiểm soát dòng chảy thay đổi liên tục thay vì chuyển đổi bật tắt đơn giản. Bằng cách thay đổi tín hiệu đầu vào, bạn có thể điều khiển chính xác tốc độ và lực của bộ truyền động. Điều này mang lại lợi thế đáng kể cho các ứng dụng yêu cầu chuyển động mượt mà hoặc định vị chính xác. Tuy nhiên, van tỷ lệ yêu cầu chất lỏng thủy lực sạch hơn nhiều, yêu cầu hiệu chuẩn thường xuyên và thường tốn nhiều chi phí hơn để mua và bảo trì.
Thủy lực kỹ thuật số đại diện cho một sự thay đổi cơ bản hơn trong cách tiếp cận. Thay vì sử dụng các van tương tự như dòng WH hoặc van tỷ lệ, hệ thống thủy lực kỹ thuật số sử dụng dãy van bật tắt chuyển đổi nhanh. Bằng cách tạo xung nhanh cho các van này, hệ thống có thể đạt được khả năng điều khiển chính xác sánh ngang hoặc vượt xa các van tỷ lệ trong khi vẫn duy trì sự đơn giản và chắc chắn của các bộ phận bật-tắt.
Thủy lực kỹ thuật số hứa hẹn tiết kiệm năng lượng lớn bằng cách loại bỏ nhiều tổn thất do điều tiết vốn có trong các hệ thống truyền thống. Công nghệ này cũng cung cấp khả năng dự phòng tích hợp vì nhiều van nhỏ có thể bù đắp nếu một van bị hỏng. Chi phí sản xuất có thể giảm đáng kể khi khối lượng tăng lên, vì van kỹ thuật số sản xuất đơn giản hơn so với van tỷ lệ chính xác.
Bất chấp những tiến bộ này, van điều khiển hướng WH truyền thống vẫn duy trì những ưu điểm quan trọng. Chúng yêu cầu thiết bị điện tử điều khiển ít phức tạp hơn, chịu được ô nhiễm tốt hơn van tỷ lệ và tích hợp hoàn toàn vào các hệ thống hiện có được xây dựng theo tiêu chuẩn ISO 4401. Đối với các ứng dụng cần chuyển mạch dòng chảy cao, mạnh mẽ mà không cần điều khiển liên tục, van WH vẫn là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất.
Bosch Rexroth nhận ra những áp lực cạnh tranh này và đã phát triển chiến lược Thủy lực Kết nối của mình. Cách tiếp cận này bổ sung các cảm biến và giao diện kỹ thuật số cho các bộ phận thủy lực truyền thống, đưa chúng vào môi trường Công nghiệp 4.0 mà không yêu cầu thiết kế lại hệ thống hoàn chỉnh. Van WH có cảm biến áp suất tích hợp và giám sát vị trí có thể cung cấp dữ liệu có giá trị cho việc bảo trì dự đoán trong khi vẫn thực hiện chức năng chuyển mạch cơ bản.
Thực hiện lựa chọn van phù hợp
Việc lựa chọn giữa van điều khiển hướng WH truyền thống và các công nghệ mới hơn tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể của bạn. Đối với các hệ thống mới yêu cầu kiểm soát tốc độ chính xác hoặc cấu hình chuyển động phức tạp, van tỷ lệ hoặc thủy lực kỹ thuật số có ý nghĩa mặc dù chi phí và nhu cầu bảo trì cao hơn.
Đối với các bộ phận thay thế trong hệ thống hiện có, van WH thường là lựa chọn thiết thực nhất. Chúng phù hợp với các mẫu lắp đặt tiêu chuẩn ISO 4401, hoạt động với các mạch thí điểm hiện có và mang lại độ tin cậy đã được chứng minh. Tập trung lựa chọn nhà cung cấp của bạn vào các công ty cung cấp hỗ trợ kỹ thuật tốt và các tùy chọn cấu hình cụ thể mà bạn cần, như thời gian chuyển đổi có thể điều chỉnh hoặc định tâm áp suất.
Khi khó hoặc không thể đạt được việc kiểm soát ô nhiễm, các van điều khiển hướng vận hành bằng phi công truyền thống rõ ràng hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế theo tỷ lệ. Các ngành như khai thác mỏ, lâm nghiệp và phá dỡ thường thuộc loại này. Khoảng hở bên trong lớn hơn của van WH và thiết kế đơn giản hơn có thể chịu đựng được các điều kiện có thể nhanh chóng phá hủy các bộ điều khiển phức tạp hơn.
Điều quan trọng là làm cho công nghệ van phù hợp với nhu cầu thực tế của hệ thống thay vì tự động chọn tùy chọn mới nhất. Van điều khiển hướng dòng WH vẫn được sản xuất trong nhiều thập kỷ vì chúng giải quyết hiệu quả các vấn đề thực tế. Chúng sẽ tiếp tục phục vụ các hệ thống công nghiệp miễn là các ứng dụng tồn tại coi trọng sự đơn giản, mạnh mẽ và khả năng lưu lượng cao thông qua điều khiển biến đổi liên tục.
Hiểu cách thức hoạt động của các van này, chức năng hoạt động tốt của chúng và các giải pháp thay thế có thể phục vụ tốt hơn sẽ giúp bạn đưa ra quyết định sáng suốt cho hệ thống thủy lực cụ thể của mình. Cho dù bạn đang bảo trì thiết bị hiện có hay thiết kế hệ thống lắp đặt mới, van điều khiển hướng WH xứng đáng được coi là giải pháp đáng tin cậy đã được chứng minh cho các ứng dụng kiểm soát chất lỏng công suất cao.
