Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực

Khi bạn mở sơ đồ mạch thủy lực và nhìn thấy những đường cong có mũi tên chỉ qua chúng, bạn đang nhìn vào các van điều khiển dòng chảy. Những biểu tượng này có vẻ đơn giản nhưng chúng cho bạn biết chính xác cách máy điều khiển tốc độ, quản lý năng lượng và bảo vệ các bộ phận đắt tiền. Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực không chỉ là một bản vẽ. Đó là ngôn ngữ tiết lộ liệu máy khoan có kêu khi đang đột phá hay không, liệu cánh tay máy xúc có bị trôi khi chịu tải hay liệu hệ thống có lãng phí năng lượng khi làm nóng thùng dầu hay không.

Các ký hiệu sơ đồ cho các van này tuân theo tiêu chuẩn ISO 1219-1 mà các kỹ sư công nghiệp trên toàn thế giới sử dụng để ghi lại các hệ thống thủy lực. Học cách đọc các sơ đồ này có nghĩa là hiểu được từng đường, mũi tên và hình dạng hình học thể hiện điều gì trong phần cứng vật lý bên trong thân van.

Giải mã các thành phần ký hiệu ISO 1219-1

Van tiết lưu cơ bản xuất hiện trên sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực dưới dạng hai đường cong hướng vào nhau, tạo ra một lối đi hẹp cho chất lỏng. Những vòng cung đối diện này thể hiện sự hạn chế dòng chảy. Khi bạn nhìn thấy một mũi tên chéo đi qua biểu tượng này, điều đó có nghĩa là van có thể điều chỉnh được. Ai đó có thể vặn núm hoặc điều chỉnh vít để thay đổi mức độ mở van. Nếu không có mũi tên thì bạn đang nhìn vào một lỗ cố định không thể điều chỉnh được sau khi lắp đặt.

Hướng này rất quan trọng trong các sơ đồ này. Biểu tượng van một chiều trông giống như một quả bóng ngồi trên ghế hình chữ V. Khi chất lỏng chảy vào quả bóng, nó sẽ bịt kín. Khi chất lỏng chảy theo hướng khác, nó sẽ đẩy quả bóng ra khỏi chỗ ngồi và chảy tự do. Nhiều ứng dụng điều khiển luồng chỉ cần điều khiển tốc độ theo một hướng. Ví dụ, một bàn gia công cần tốc độ tiến dao chậm khi cắt nhưng sẽ quay trở lại nhanh chóng. Đây là lúc van tiết lưu một chiều phát huy tác dụng.

Trên sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực, van tiết lưu một chiều kết hợp ký hiệu van tiết lưu với ký hiệu van một chiều song song. Hai bộ phận này nằm cạnh nhau, thường được đặt trong một hộp có nét đứt cho thấy chúng được tích hợp vào một thân van vật lý. Dầu chảy một chiều bị điều tiết và làm chậm bộ truyền động. Dầu chảy theo hướng ngược lại sẽ đẩy van kiểm tra mở và bỏ qua van tiết lưu hoàn toàn, cho phép chuyển động quay trở lại nhanh chóng với mức giảm áp suất tối thiểu.

Van điều khiển lưu lượng bù áp bổ sung thêm một yếu tố ký hiệu khác: một mũi tên thẳng đứng nhỏ trên đường đầu vào hướng lên trên. Mũi tên này cho bạn biết van chứa bộ điều chỉnh áp suất tự động được tích hợp nối tiếp với van tiết lưu bằng tay. Bộ bù áp duy trì mức giảm áp suất không đổi qua lỗ tiết lưu bất kể tải thay đổi. Nếu không có tính năng này, khi xi lanh đẩy một tải nặng hơn, áp suất ngược tăng lên sẽ làm giảm chênh lệch áp suất trên van tiết lưu, điều này sẽ tự động làm chậm chuyển động ngay cả khi cài đặt van tiết lưu không thay đổi. Cơ chế bù trừ khắc phục sự cố này bằng cách cảm nhận cả áp suất ngược dòng và hạ lưu và tự động điều chỉnh bộ phận van bên trong để giữ mức giảm áp suất ở mức chính xác 0,5 đến 1,0 MPa.

Biểu tượng bù nhiệt độ xuất hiện ít phổ biến hơn nhưng lại quan trọng đối với các ứng dụng chính xác. Biểu tượng vòng tròn nhỏ hoặc nhiệt kế gần biểu tượng ga cho biết van sử dụng thiết kế lỗ có cạnh sắc thay vì một lối đi dài và hẹp. Các cạnh sắc nét tạo ra dòng chảy hỗn loạn trong đó hệ số xả vẫn tương đối ổn định mặc dù độ nhớt thay đổi. Khi dầu thủy lực nóng lên trong quá trình vận hành, độ nhớt của nó giảm theo cấp số nhân. Trong các đoạn dài và mỏng hoạt động trong điều kiện dòng chảy tầng, sự thay đổi độ nhớt này ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ dòng chảy theo định luật Hagen-Poiseuille. Một lỗ có cạnh sắc giúp giảm thiểu độ nhạy nhiệt độ này mà các kỹ sư gọi là bù nhiệt độ.

Các loại chính của Van điều khiển dòng chảy

Sơ đồ van điều khiển dòng thủy lực cho thấy ba họ van cơ bản, mỗi họ có đặc điểm ký hiệu và nguyên lý hoạt động riêng biệt.

Van tiết lưu đơn giản

Van tiết lưu đơn giản đại diện cho thiết kế cơ bản nhất. Biểu tượng sơ đồ của nó chỉ hiển thị giới hạn có thể điều chỉnh mà không có bất kỳ thành phần bổ sung nào. Về mặt vật lý, van này thường sử dụng một ống cuộn hình kim có góc côn rất nhỏ tựa vào một mặt tựa có cạnh sắc. Xoay một tay cầm điều chỉnh sẽ di chuyển kim theo trục dọc theo một sợi nhỏ, tạo ra những thay đổi chính xác trong vùng dòng hình khuyên. Các van này có chi phí thấp hơn và chiếm không gian tối thiểu nhưng tốc độ dòng chảy của chúng thay đổi bất cứ khi nào áp suất hệ thống dao động hoặc nhiệt độ dầu thay đổi. Chúng hoạt động ở mức chấp nhận được đối với các ứng dụng có tải không đổi, như bộ truyền động bằng bánh mài hoặc băng tải, nhưng chúng không thể duy trì tốc độ ổn định trong các điều kiện tải khác nhau.

Van bù áp

Van bù áp suất, còn được gọi là van điều khiển lưu lượng có bù hoặc đơn giản là bộ điều chỉnh lưu lượng, xuất hiện trên sơ đồ với biểu tượng mũi tên cảm biến áp suất đặc trưng đó. Bên trong thân van có hai hạn chế nối tiếp: van tiết lưu điều chỉnh bằng tay và bộ điều chỉnh áp suất tự động. Bộ điều chỉnh bao gồm một ống lò xo có chức năng cảm nhận áp suất cả trước và sau khi điều chỉnh ga bằng tay. Khi tải tăng và áp suất hạ lưu tăng, chênh lệch áp suất qua van tiết lưu sẽ cố gắng giảm. Ống bù bù ngay lập tức phản ứng bằng cách mở rộng hơn, giảm hạn chế của chính nó, điều này buộc áp suất ngược dòng tăng vừa đủ để khôi phục lại mức giảm áp suất ban đầu qua van tiết lưu thủ công. Việc này diễn ra liên tục và tự động trong quá trình hệ thống vận hành.

Sự cân bằng lực trên ống bù tạo ra hành vi tự điều chỉnh này. Lực lò xo đẩy ống về vị trí đóng. Áp suất hạ lưu (áp suất tải) cũng đẩy nó về phía đóng. Áp lực ngược dòng đẩy nó về phía mở. Ở trạng thái cân bằng, áp suất ngược dòng bằng áp suất xuôi dòng cộng với lực lò xo chia cho diện tích hiệu dụng của ống chỉ. Bằng cách lựa chọn lò xo cẩn thận trong quá trình thiết kế van, các nhà sản xuất đặt mức giảm áp suất bù đến một giá trị cụ thể, thường là 0,5 MPa đối với các van nhỏ đến 1,0 MPa đối với các van công nghiệp lớn. Bởi vì sự sụt giảm áp suất này không đổi bất kể tải và do khu vực bướm ga được cài đặt và cố định thủ công nên tốc độ dòng chảy trở nên không phụ thuộc vào tải. Cần máy xúc sẽ kéo dài với tốc độ như nhau cho dù gầu rỗng hay chở hai tấn đất.

Van ưu tiên

Van ưu tiên hiển thị trong sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực dưới dạng hộp hình chữ nhật chứa ống thiên vị lò xo với ba cổng có nhãn P (bơm), CF (dòng chảy không đổi hoặc ưu tiên) và EF (dòng vượt quá hoặc bỏ qua). Các van này đảm bảo các chức năng quan trọng nhận được lưu lượng cần thiết trước khi cấp nguồn cho các mạch ít quan trọng hơn. Ứng dụng cổ điển là hệ thống lái trên máy xúc lật và máy kéo nông nghiệp. Mạch lái kết nối với CF, trong khi các chức năng làm việc như nghiêng gầu kết nối với EF. Một đường tín hiệu áp suất từ ​​bộ phận lái quay trở lại một đầu của ống van ưu tiên, đẩy vào lò xo. Khi người điều khiển quay vô lăng nhanh, áp suất tín hiệu này tăng lên, đẩy ống cuộn qua để định tuyến lưu lượng tối đa tới CF trong khi bóp nghẹt EF. Khi nhu cầu lái giảm, ống cuộn quay trở lại dưới tác dụng của lực lò xo, cho phép dòng chảy đến các chức năng làm việc. Điều này ngăn chặn tình huống nguy hiểm khi người vận hành không thể lái vì toàn bộ dòng bơm đang bị búa thủy lực hoặc phụ tùng khác tiêu thụ.

Van phân chia dòng chảy

Van phân chia dòng chảy, được hiển thị trên sơ đồ dưới dạng hộp có hai đầu ra và các biểu tượng van tiết lưu được kết nối với nhau bên trong, tạo lực bằng nhau (hoặc chia theo tỷ lệ) cho hai hoặc nhiều bộ truyền động bất kể sự khác biệt về tải trọng riêng lẻ của chúng. Việc đồng bộ hóa hai xi lanh đẩy tải không bằng nhau thường không thành công do xi lanh có lực cản thấp hơn chạy về phía trước. Bộ chia chứa hai phần tử điều chỉnh được khớp chính xác với các đường phản hồi áp suất kết nối chúng. Nếu một bên thấy tải cao hơn, áp suất tăng lên của nó sẽ truyền thông qua một đường dẫn bên trong tới van tiết lưu của bên kia, sau đó sẽ tự động hạn chế nhiều hơn để cân bằng việc phân chia dòng chảy. Bộ chia kiểu bánh răng sử dụng hai động cơ thủy lực được ghép cứng trên một trục chung, tạo ra sự dịch chuyển bằng nhau về mặt cơ học.

Chiến lược cấu hình mạch

Nơi bạn đặt van điều khiển dòng chảy trong mạch thủy lực sẽ thay đổi cơ bản hoạt động, hiệu suất và đặc tính an toàn của hệ thống. Ba cách sắp xếp cổ điển là mạch đo vào, đo ra và ngắt mạch. Hiểu cách biểu diễn sơ đồ của chúng giúp các kỹ sư chẩn đoán các vấn đề về tốc độ và chọn giải pháp thích hợp.

Cấu hình điều chỉnh đồng hồ đo

Trong mạch đo lưu lượng, sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực hiển thị phần tử điều khiển lưu lượng được đặt giữa bơm và đầu vào bộ truyền động. Vị trí này hạn chế dầu đi vào xi lanh, kiểm soát tốc độ giãn nở bằng cách hạn chế chất lỏng có sẵn. Máy bơm tiếp tục cung cấp toàn bộ lượng dịch chuyển của nó, nhưng lưu lượng vượt quá lượng đi qua van tiết lưu sẽ đi qua van xả trở lại thùng chứa.

Các đặc tính áp suất trở nên rõ ràng khi phân tích các lực. Áp suất đầu vào của xi lanh bằng lực tải chia cho diện tích pít-tông ($$P_1 = F/A$$). Áp suất phía bơm được kẹp ở mức cài đặt van giảm áp, thường là 15 đến 35 MPa tùy theo ứng dụng. Điều này tạo ra sự sụt giảm áp suất lớn, không đổi trên van, tạo ra nhiệt bằng áp suất nhân với dòng chảy ($$P \\times Q$$). Hệ thống chạy nóng và máy bơm hoạt động mạnh để chống lại áp suất giảm ngay cả khi thực hiện công việc nhẹ nhàng.

Việc điều chỉnh đồng hồ đo hoạt động trơn tru đối với các tải điện trở trong đó ngoại lực cản trở chuyển động của xi lanh. Bàn máy phay tiếp xúc với phôi hoặc bánh mài tiến vào vật đúc đều thể hiện tải điện trở. Chuyển động vẫn được kiểm soát và có thể dự đoán được. Tuy nhiên, việc cắm đồng hồ vào sẽ tạo ra tình trạng nguy hiểm với tải quá mức, còn được gọi là tải âm hoặc tải chạy trốn. Xét một hình trụ thẳng đứng hạ một vật nặng. Trọng lực kéo cần piston xuống dưới nhanh hơn tốc độ dòng khí vào được điều tiết có thể lấp đầy phần kéo dài. Điều này tạo ra chân không trong buồng xi lanh, gây hư hỏng do tạo bọt, chuyển động thất thường và có khả năng xảy ra va chạm với tải. Vì lý do này, các kỹ sư không bao giờ sử dụng bộ điều tiết đồng hồ đo cho việc hạ cần, hạ xe nâng hoặc bất kỳ ứng dụng nào mà tải hỗ trợ chuyển động của xi lanh. Thay vào đó, sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực cho các ứng dụng này phải hiển thị cấu hình mạch đo hoặc mạch cân bằng.

Cấu hình điều tiết đồng hồ đo

Đồng hồ đo đặt van điều khiển lưu lượng trên cổng xả của bộ truyền động. Sơ đồ thể hiện van giữa xi lanh và bình chứa, hạn chế dầu chảy ra ngoài. Phía đầu vào kết nối khá trực tiếp với máy bơm, cho phép lấp đầy khoang mở rộng miễn phí. Xi lanh chỉ di chuyển nhanh khi van tiết lưu cho phép dầu thoát ra khỏi buồng rút.

Sự sắp xếp này tạo ra áp suất ngược ở phía ống xả, mang lại độ cứng và khả năng kiểm soát ngay cả khi tải quá tải. Khi trọng lực kéo tải trọng lơ lửng xuống, cổng xả được điều tiết sẽ ngăn cản sự thoát ra ngoài bằng cách giữ lại áp suất. Xi lanh tự phanh một cách hiệu quả bằng thủy lực. Điều này làm cho đồng hồ đo trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho trục khoan thẳng đứng, hạ cần cẩu và bất kỳ ứng dụng nào cần kiểm soát tải trọng âm.

Meter-out vượt trội ở độ mượt của chuyển động và khả năng giữ tải. Áp suất ngược cao giúp loại bỏ bất kỳ sự lỏng lẻo nào trong hệ thống và ngăn chặn các dao động chống trượt gây ra chuyển động giật ở tốc độ thấp. Các hoạt động gia công yêu cầu bề mặt hoàn thiện mịn và người vận hành cần trục cần bố trí tải trơn tru đều được hưởng lợi từ việc kiểm soát đồng hồ đo. Sự đánh đổi là hiệu suất thấp hơn và sinh nhiệt cao hơn so với hệ thống xả khí.

Điều tiết chảy máu (Bỏ qua)

Mạch xả khí hiển thị van điều khiển lưu lượng theo đường nhánh song song với bộ truyền động, tạo ra một đường tắt trực tiếp tới bể chứa. Sơ đồ mô tả dòng bơm bị phân chia ở điểm chữ T, với một đường đi qua van tới bể chứa và đường còn lại nạp vào xi lanh. Đây là điều khiển trừ - van chuyển hướng dòng chảy không mong muốn thay vì hạn chế nguồn cung cấp thiết bị truyền động.

Van điều khiển lưu lượng bù áp bổ sung thêm một yếu tố ký hiệu khác: một mũi tên thẳng đứng nhỏ trên đường đầu vào hướng lên trên. Mũi tên này cho bạn biết van chứa bộ điều chỉnh áp suất tự động được tích hợp nối tiếp với van tiết lưu bằng tay. Bộ bù áp duy trì mức giảm áp suất không đổi qua lỗ tiết lưu bất kể tải thay đổi. Nếu không có tính năng này, khi xi lanh đẩy một tải nặng hơn, áp suất ngược tăng lên sẽ làm giảm chênh lệch áp suất trên van tiết lưu, điều này sẽ tự động làm chậm chuyển động ngay cả khi cài đặt van tiết lưu không thay đổi. Cơ chế bù trừ khắc phục sự cố này bằng cách cảm nhận cả áp suất ngược dòng và hạ lưu và tự động điều chỉnh bộ phận van bên trong để giữ mức giảm áp suất ở mức chính xác 0,5 đến 1,0 MPa.

Lợi thế về hiệu quả này khiến quá trình xả trở nên hấp dẫn đối với các ứng dụng tiết kiệm năng lượng như thiết bị nông nghiệp, băng tải xử lý vật liệu và thiết bị di động nơi mức tiêu thụ nhiên liệu là vấn đề quan trọng. Hệ thống chạy mát hơn và lãng phí ít năng lượng hơn dưới dạng nhiệt. Tuy nhiên, xả xả mang lại độ ổn định tốc độ kém vì lưu lượng bơm thay đổi theo áp suất (hiệu suất thể tích giảm khi áp suất tăng) và lưu lượng van xả cũng thay đổi theo áp suất thay đổi trên nó. Khi tải dao động, tốc độ dao động. Điều này hạn chế hiện tượng chảy tràn đối với các ứng dụng mà độ chính xác tuyệt đối về tốc độ không quan trọng, chẳng hạn như máy khuấy trộn hoặc băng tải con thoi gián đoạn. Giống như đồng hồ đo vào, xả khí không thể xử lý tải quá mức một cách an toàn vì nó không tạo ra áp suất ngược để chống lại chuyển động do tải gây ra. Bộ truyền động sẽ tăng tốc theo trọng lực hoặc quán tính bất kể cài đặt van xả.

Tính năng sơ đồ nâng cao cho các hệ thống phức tạp

Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực trong thế giới thực thường kết hợp nhiều loại van và thêm các bộ phận cảm biến để xử lý các yêu cầu điều khiển phức tạp.

Các van điều khiển lưu lượng theo tỷ lệ xuất hiện trên sơ đồ với biểu tượng hộp bổ sung tượng trưng cho điện từ tỷ lệ. Thiết bị truyền động điện này thay thế núm điều chỉnh thủ công. Dòng điện chạy qua cuộn dây điện từ tạo ra một lực từ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, đẩy ống van đến vị trí tương ứng. Tín hiệu 200 mA có thể tạo ra độ mở van 20 phần trăm, trong khi 1000 mA cho dòng chảy đầy đủ. Các van tỷ lệ hiện đại bao gồm các máy biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (cảm biến LVDT) đo vị trí ống cuộn thực tế và phản hồi trở lại bộ khuếch đại để điều khiển vòng kín. Điều này cho phép các đường dốc tăng tốc, cấu hình giảm tốc được điều khiển bằng máy tính và các chương trình vận tốc đa điểm không thể thực hiện được bằng van thủ công.

Sơ đồ van điều khiển dòng thủy lực cho máy ép phun cho thấy các van tỷ lệ điều khiển chuyển động của vít phun thông qua các đường cong vận tốc phức tạp. Vít bắt đầu từ từ để tránh phun nước, sau đó tăng tốc để lấp đầy khoang nhanh chóng, sau đó lại giảm tốc độ khi gần đầy để tránh bị đóng gói quá mức và nhấp nháy. Chương trình điều khiển có thể có tám điểm đặt vận tốc khác nhau trong hành trình phun, với sự chuyển tiếp mượt mà giữa chúng. Sơ đồ bao gồm các cảm biến vị trí (được vẽ dưới dạng các hộp nhỏ trên hình trụ) cho bộ điều khiển biết vị trí của vít, cho phép đồng bộ hóa vận tốc chính xác với vị trí.

Van ưu tiên cảm biến tải thể hiện sự phát triển của van ưu tiên cơ bản. Sơ đồ hiển thị một đường tín hiệu bổ sung (thường được vẽ dưới dạng đường đứt nét mảnh) chạy từ van quỹ đạo lái trở lại van ưu tiên. Đường này mang tín hiệu áp suất tỷ lệ thuận với nhu cầu lái. Khi người điều khiển quay bánh xe chậm mà không tải, áp suất tín hiệu thấp, có thể từ 2 đến 3 MPa. Bộ bù của van ưu tiên chỉ mở một phần cổng CF, gửi lưu lượng vừa đủ cho đầu vào lái nhẹ nhàng đó trong khi cho phép hầu hết lưu lượng tới EF để làm việc với các phụ kiện. Khi người điều khiển đánh lái hết tốc lực hoặc gặp lực cản lớn trong xi lanh lái, áp suất tín hiệu sẽ tăng lên 15 MPa trở lên. Áp suất này tác động lên ống van ưu tiên chống lại lò xo của nó, buộc van mở hoàn toàn đối với CF và gần như đóng đối với EF, đảm bảo tất cả lưu lượng bơm có sẵn đều đi đến tay lái. Kết quả là hệ thống lái luôn có cảm giác nhạy mà không lãng phí công suất bơm khi nhu cầu lái nhẹ. Hệ thống cảm biến tải động này giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu so với các hệ thống ưu tiên dòng chảy không đổi cũ hơn.

Mạch phân chia dòng chảy cho các xi lanh đồng bộ hiển thị các đường phản hồi bên trong trên sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực dưới dạng các đường chấm chéo nối hai phần tử tiết lưu. Một nhánh có thể hiển thị áp suất tải cao hơn, khiến bộ phận tiết lưu của nó mở nhẹ. Thông qua đường cân bằng áp suất, tín hiệu áp suất này đến piston điều khiển của nhánh kia, buộc van tiết lưu của nó phải hạn chế tương ứng. Hai bên liên tục điều chỉnh để duy trì tỷ lệ dòng chảy thiết kế, thường là 50-50 cho các xi lanh bằng nhau hoặc 60-40 hoặc các tỷ lệ khác cho tải không bằng nhau. Sơ đồ phân biệt rõ ràng giữa các bộ chia kiểu động cơ (thể hiện bằng ký hiệu hai bánh răng trên một trục chung) và bộ chia kiểu ống chỉ (thể hiện bằng các phần tử ga nối với nhau). Bộ chia loại động cơ cung cấp khả năng phân chia cực kỳ chính xác nhưng chi phí cao hơn và chiếm nhiều không gian hơn. Bộ chia kiểu ống chỉ đủ cho các ứng dụng như đồng bộ hóa cửa sau xe ben trong đó độ chính xác trong khoảng 5 phần trăm là đủ.

Nghiên cứu trường hợp ứng dụng công nghiệp

Nhìn vào sơ đồ hệ thống hoàn chỉnh cho thấy cách các kỹ sư kết hợp các van điều khiển dòng chảy để giải quyết những thách thức vận hành thực tế.

Mạch xoay máy xúc minh họa việc sử dụng điều tiết đồng hồ đo một cách tinh vi. Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực cho bộ truyền động xoay của máy xúc 30 tấn cho thấy các cổng xả của động cơ thủy lực cấp liệu qua các van kiểm tra van tiết lưu đồng hồ đo trước khi đến bể chứa. Khi người vận hành bắt đầu quay, các van này sẽ hạn chế dòng chảy ra ngoài, tạo ra áp suất ngược giúp tăng tốc nhẹ nhàng cấu trúc nặng 8 tấn mà không bị sốc. Khi xích đu đến gần vị trí mục tiêu, người vận hành sẽ đưa cần điều khiển về vị trí trung tính và van điều khiển chính bắt đầu định tuyến dòng chảy trở lại bể chứa. Nhưng khối lượng quay có quán tính cực lớn và muốn tiếp tục quay. Động cơ bây giờ hoạt động như một máy bơm được dẫn động bằng quán tính, đẩy dầu ngược qua mạch. Việc hạn chế đồng hồ đo ra sẽ ngăn chặn dòng chảy ngược tự do này, tạo ra lực cản phanh. Nếu không có tính năng này, máy sẽ vượt quá mục tiêu hàng mét và sau đó dao động khi người điều khiển cố gắng dừng khối lượng đang lắc lư. Sơ đồ cũng cho thấy các van giảm áp được kết nối chéo giữa các cổng động cơ. Các van an toàn này giới hạn áp suất giảm tốc tối đa ở khoảng 35 MPa. Khi phanh khẩn cấp xảy ra (cần điều khiển của người vận hành đóng về vị trí trung tính), lực quán tính tăng vọt sẽ tạo ra áp suất vượt quá 50 MPa, làm hỏng vòng đệm và vòng bi động cơ.

Sơ đồ máy ép phun thể hiện sự chuyển đổi từ kiểm soát dòng chảy sang kiểm soát áp suất trong chu trình đúc. Xi lanh phun chính hoạt động qua một số giai đoạn có thể nhìn thấy trên sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực. Trong quá trình đổ đầy khuôn, một van lưu lượng tỷ lệ lớn sẽ kiểm soát vận tốc khi vít ép nhựa nóng chảy vào khoang. Sơ đồ cho thấy dòng chảy di chuyển qua van đến đầu nắp xi lanh trong khi đầu thanh thoát nước tự do vào bể. Việc đổ đầy có thể mất từ ​​1 đến 3 giây tùy thuộc vào kích thước bộ phận. Khi khuôn đạt mức đầy 95 phần trăm, bộ chuyển đổi áp suất (được hiển thị dưới dạng biểu tượng kim cương nhỏ) trên đường nắp sẽ phát hiện áp suất tăng. Bộ điều khiển chuyển đổi chế độ. Van lưu lượng tỷ lệ giảm xuống một khe hở nhỏ (hiển thị bằng tín hiệu dòng điện giảm) trong khi van áp suất tỷ lệ (ký hiệu khác, hiển thị bằng biểu tượng lò xo áp suất) tiếp quản, giữ áp suất gói ở mức 10 đến 15 MPa trong 5 đến 20 giây trong khi nhựa nguội đi. Áp suất này ngăn chặn các vết chìm khi polyme co lại. Việc chuyển đổi chế độ yêu cầu cả hai van hoạt động đồng thời theo kiểu phối hợp mà sơ đồ thể hiện bằng các đường điều khiển (điện, được hiển thị dưới dạng đường đứt nét) chạy từ cả hai van đến hộp điều khiển trung tâm.

Các mạch tái tạo cho chuyển động tiếp cận nhanh xuất hiện thường xuyên trong sơ đồ máy ép và máy đúc. Để tăng tốc độ máy ép 500 tấn tiếp cận phôi trước khi tác dụng lực tạo hình, các kỹ sư kết nối cổng đầu thanh của xi lanh với cổng đầu nắp của nó thông qua van một chiều do phi công vận hành. Điều này tạo ra một vòng khép kín trong đó dầu rời khỏi phía thanh truyền (khu vực A₁) chảy trực tiếp vào phía nắp (khu vực A₂ = A₁ - A_rod) thay vì đi vào bể chứa. Vì A₂ nhỏ hơn A₁ nên dòng điện phía thanh truyền vượt quá nhu cầu phía nắp. Máy bơm cung cấp phần thiếu hụt (dòng chảy diện tích A_rod), nhưng ở tốc độ được xác định bằng lưu lượng bơm chia cho diện tích thanh, thường nhanh hơn 3 đến 5 lần so với tốc độ mở rộng thông thường. Khi thanh nén tiếp xúc với phôi, áp suất tải tăng lên, tác động lên van một chiều do phi công vận hành như trong sơ đồ. Áp suất tăng sẽ đóng đường tái sinh và mạch chuyển sang trạng thái mở rộng bình thường với khả năng chịu lực tối đa. Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực phải thể hiện rõ ràng vòng tái sinh này với hướng van thích hợp, vì việc lắp đặt van một chiều về phía sau sẽ khóa toàn bộ hệ thống.

Chẩn đoán khắc phục sự cố bằng sơ đồ

Khi hệ thống thủy lực phát sinh các vấn đề về kiểm soát tốc độ, sơ đồ mạch sẽ cung cấp lộ trình khắc phục sự cố bằng cách tiết lộ mối quan hệ áp suất và các điểm hỏng hóc.

Dòng chảy trôi theo thời gian thường cho thấy các ảnh hưởng liên quan đến nhiệt độ hoặc lỗi bù áp suất. Nếu hệ thống chạy chậm lại sau 20 phút hoạt động, bước chẩn đoán đầu tiên là xác nhận xem van điều khiển lưu lượng có tính năng bù nhiệt độ hay không (biểu tượng lỗ có cạnh sắc trên sơ đồ). Van kim tiêu chuẩn không có bù sẽ cho thấy lưu lượng tăng từ 15 đến 25 phần trăm khi hệ thống nóng lên từ 30°C đến 60°C do độ nhớt của dầu giảm theo cấp số nhân theo nhiệt độ. Trong điều kiện dòng chảy tầng trong các đoạn tiết lưu dài, tốc độ dòng chảy tỷ lệ nghịch với độ nhớt theo nguyên tắc dòng chảy Hagen-Poiseuille. Nếu sơ đồ hiển thị van bù nhiệt độ (được biểu thị bằng ký hiệu dấu chấm và dòng hoặc ký hiệu cạnh sắc), nhưng độ trôi vẫn xảy ra thì vấn đề có thể nằm ở sự nhiễm bẩn. Lớp sơn bóng cặn từ dầu bị oxy hóa bao phủ ống cuộn bù, tạo ra ma sát ngăn cản ống cuộn theo dõi sự thay đổi áp suất một cách chính xác. Bộ bù bị "kẹt" ở một vị trí, biến van bù áp đắt tiền thành van tiết lưu cơ bản với lưu lượng phụ thuộc vào tải.

Kiểm tra mức giảm áp suất thực tế qua van nghi ngờ sẽ xác nhận chẩn đoán này. Lắp đặt đồng hồ đo áp suất tại các cổng vào và ra như trên sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực. Đo chênh lệch áp suất trong điều kiện không tải và đầy tải. Bộ bù chức năng duy trì ΔP không đổi (thường là 0,5 đến 1,0 MPa) bất kể tải. Nếu ΔP giảm đáng kể khi có tải thì bộ bù đã hỏng. Biện pháp khắc phục là tháo rời và vệ sinh hoặc thay thế nếu vượt quá giới hạn hao mòn. Mã độ sạch ISO 4406 cho dầu phải là 19/17/14 hoặc cao hơn đối với các van chính xác, nghĩa là không quá 2500 hạt lớn hơn 4 micron trên 100mL chất lỏng.

Các vấn đề về tốc độ đảo ngược với van tiết lưu một chiều hướng trực tiếp đến việc kiểm tra trục trặc của van. Sơ đồ thể hiện dầu chảy ngược qua van nên dễ dàng đẩy mở bi kiểm tra và bỏ qua van tiết lưu. Nếu chuyển động ngược lại chậm, quả bóng kiểm tra bị kẹt do bị nhiễm bẩn hoặc lò xo kiểm tra bị gãy và đẩy quả bóng vào vị trí trung gian làm chặn một phần dòng chảy. Súng đo nhiệt độ hồng ngoại quét thân van thường phát hiện ra lỗi này - khu vực xung quanh van một chiều bị kẹt chạy rất nóng (có thể từ 80 đến 90°C) do áp suất giảm cao do dầu bị đẩy qua khe tiết lưu nhỏ thay vì khu vực đường vòng lớn của van một chiều. Mức tăng nhiệt độ bằng với thời gian giảm áp suất lưu lượng chia cho nhiệt dung riêng và tốc độ dòng khối của dầu và có thể dễ dàng đo được bằng các dụng cụ không tiếp xúc.

Xi lanh bị trượt (trôi chậm khi có tải) khi van định hướng nằm ở vị trí trung tính cho thấy có sự rò rỉ bên trong qua ống hoặc đế của van điều khiển lưu lượng. Điều này không hiển thị trực tiếp trên sơ đồ, nhưng hiểu được mạch sẽ giúp chẩn đoán. Nếu sơ đồ thể hiện sự tiết lưu của đồng hồ đo thì xi lanh bị khóa do dầu đọng lại khi van định hướng đóng lại. Áp suất bị giữ lại cao ở phía thanh truyền tạo ra sự chênh lệch áp suất trên van điều khiển lưu lượng mặc dù cả hai cổng của nó đều kết nối với các buồng bị tắc. Bất kỳ sự mài mòn nào trên ống van hoặc đế van đều có thể gây rò rỉ vi mô từ áp suất cao đến áp suất thấp, và xi lanh sẽ trôi từ từ. Các giải pháp duy nhất là van bịt kín chặt hơn (thiết kế không rò rỉ thay vì loại ống cuộn), thêm một van kiểm tra vận hành bằng phi công riêng biệt (van đối trọng) để khóa tải tích cực hoặc chấp nhận lượng trôi nhỏ nếu nó không ảnh hưởng đến hoạt động.

Các biến thể tốc độ được đồng bộ hóa với những thay đổi áp suất hệ thống báo hiệu sự cần thiết phải bù áp suất ở những nơi không tồn tại. Nếu sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực hiển thị ký hiệu ga cơ bản mà không có mũi tên bù thì tốc độ dòng chảy của van sẽ theo căn bậc hai của chênh lệch áp suất. Việc xem xét sơ đồ mạch hiển thị cài đặt van xả của hệ thống, đường cong lưu lượng bơm và cấu hình tải của bộ truyền động có thể dự đoán mức độ thay đổi tốc độ. Với áp suất giảm 10 MPa và áp suất tải 5 MPa, ΔP có sẵn trên van tiết lưu mét là 5 MPa. Nếu áp suất tải tăng lên 7 MPa trong quá trình cắt nặng, ΔP khả dụng sẽ giảm xuống 3 MPa và lưu lượng giảm xuống $$\\sqrt{3/5} = 0,77$$ hoặc 77% tốc độ ban đầu - tốc độ giảm 23% rất đáng chú ý. Kỹ sư nhận thấy điều này sắp xảy ra bằng cách phân tích các vùng áp suất của sơ đồ và đề xuất nâng cấp lên van điều khiển lưu lượng bù áp (có biểu tượng mũi tên bù).

Đọc sơ đồ để đưa ra quyết định thiết kế hệ thống

Các kỹ sư sử dụng sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực không chỉ để khắc phục sự cố mà còn là công cụ dự đoán trong quá trình thiết kế hệ thống để tránh các sự cố trước khi chúng xảy ra.

Khi lựa chọn cấu trúc liên kết mạch, sơ đồ giúp hình dung các cơ chế dòng năng lượng và tổn thất. Vẽ mạch hoàn chỉnh với tất cả các hạn chế được hiển thị cho thấy nơi xảy ra tổn thất điều tiết. Trong hệ thống đồng hồ đo, năng lượng lãng phí bằng áp suất bơm nhân với lưu lượng vượt quá đi qua van xả. Đối với máy bơm 100 lít/phút chạy ở áp suất giảm 20 MPa với chỉ 40 LPM đi đến bộ truyền động thông qua van tiết lưu, nhiệt sinh ra là $$20 \\text{ MPa} \\times 60 \\text{LPM} = 20 \\text{ kW}$$ chất thải nhiệt tinh khiết. Điều này cần một bộ làm mát dầu lớn và chất lỏng đạt nhiệt độ khoảng 65°C ngay cả khi làm mát. Ứng dụng tương tự sử dụng cấu trúc liên kết xả khí có thể chỉ chạy ở áp suất làm việc 8 MPa (được xác định bởi tải), gây lãng phí $$8 \\text{ MPa} \\times 60 \\text{ LPM} = 8 \\text{ kW}$$, tức là ít hơn một nửa tải nhiệt. Hệ thống có thể sử dụng bộ làm mát nhỏ hơn, dầu duy trì ở nhiệt độ 45°C, tuổi thọ của máy bơm kéo dài theo năm và mức tiêu thụ điện năng giảm theo tỷ lệ.

Tính toán tăng cường áp suất được lấy trực tiếp từ hình học của sơ đồ. Khi một hình trụ có đường kính lỗ khoan 100mm và đường kính thanh 50mm, diện tích đầu nắp là 7854 mm2 trong khi diện tích đầu thanh chỉ là 5890 mm2 (diện tích hình khuyên = toàn bộ diện tích trừ đi diện tích thanh). Tỷ lệ diện tích là 1,33 có nghĩa là việc điều tiết đồng hồ đo sẽ tăng áp suất lên ít nhất 33%. Nếu máy bơm cung cấp 15 MPa cho đầu nắp thì áp suất ở đầu thanh khi không có tải trọng bên ngoài trở thành ít nhất là 20 MPa chỉ do hình học. Thêm tải điện trở đẩy lùi 3 MPa và áp suất đầu thanh đạt 23 MPa. Mọi ống mềm, khớp nối và vòng đệm trên mạch đầu thanh đó cần có mức áp suất trên 25 MPa (có giới hạn an toàn), nếu không sẽ xảy ra hỏng hóc. Các kỹ sư đánh dấu những tính toán này trực tiếp trên sơ đồ bằng chú thích áp suất hiển thị mức tối đa dự kiến ​​tại mỗi vị trí.

Sơ đồ cũng hướng dẫn kích thước van dòng chảy. Hệ số dòng chảy Cv hoặc Kv xuất hiện trong danh mục van, biểu thị tốc độ dòng chảy khi giảm áp suất 1 bar. Nếu hệ thống yêu cầu 60 LPM thông qua van bù áp suất duy trì 0,5 MPa (5 bar) ΔP, sau đó hoạt động ngược lại, van cần $$Cv = Q / \\sqrt{\\Delta P} = 60 / \\sqrt{5} = 27$$ gallon mỗi phút ở 1 bar. Điều này xác định model nào trong phạm vi của nhà sản xuất phù hợp với ứng dụng. Kích thước quá lớn gây lãng phí tiền bạc và tạo ra phản ứng kiểm soát chậm; kích thước dưới mức gây ra sụt áp quá mức, nóng lên và xói mòn.

Hiểu cách nhiều van điều khiển dòng chảy tương tác sẽ ngăn ngừa các lỗi thiết kế. Một lỗi phổ biến là đặt hai van tiết lưu nối tiếp mà không nhận ra chúng tạo thành một bộ chia điện áp tương đương. Nếu van A có diện tích mở A₁ và van B có diện tích mở A₂, cả hai đều nối tiếp nhau, thì tổng lưu lượng được xác định bằng độ mở nhỏ hơn và tổng áp suất giảm. Kỹ sư không thể kiểm soát tốc độ một cách độc lập bằng cả hai van - van điều chỉnh A thay đổi sự phân bổ áp suất và ảnh hưởng đến dòng chảy của van B ngay cả khi cài đặt của B không thay đổi. Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực phải thể hiện các hạn chế nối tiếp này và thiết kế nên loại bỏ các hạn chế dư thừa hoặc cố tình sử dụng chúng để kiểm soát chính xác tỷ lệ giảm áp suất.

Phần kết luận

Sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực sử dụng ký hiệu ISO 1219-1 cung cấp cho các kỹ sư sự hiểu biết đầy đủ về kiểm soát tốc độ hệ thống, hiệu suất năng lượng và các chế độ lỗi trước khi xây dựng phần cứng. Các biểu tượng hạn chế cong cho biết van hoạt động như một van tiết lưu cơ bản, bộ điều chỉnh bù áp suất hay bộ chia ưu tiên. Các chỉ báo mũi tên cho thấy khả năng điều chỉnh và tính năng bù. Vị trí đặt mạch - đồng hồ đo vào, đồng hồ đo ra hoặc xả ra - xác định khả năng và hiệu suất tải. Việc đọc các sơ đồ này đòi hỏi phải hiểu cả các tiêu chuẩn đồ họa và nguyên lý cơ học chất lỏng đằng sau mỗi ký hiệu. Mũi tên chéo có nghĩa là sự điều chỉnh của con người. Mũi tên thẳng đứng có nghĩa là bù áp suất. Van một chiều song song có nghĩa là điều khiển một hướng với dòng chảy ngược tự do.

Các kỹ sư chọn cấu trúc liên kết mạch bằng cách phân tích hướng tải, độ cứng yêu cầu, hiệu suất chấp nhận được và xếp hạng áp suất. Họ chẩn đoán các hư hỏng bằng cách so sánh các dự đoán sơ đồ với áp suất và nhiệt độ đo được. Họ định cỡ các thành phần bằng cách sử dụng phương trình dòng chảy và tính toán áp suất bắt nguồn từ hình dạng mạch. Sơ đồ đóng vai trò là ngôn ngữ chung giữa các nhà thiết kế, kỹ thuật viên và người khắc phục sự cố, cho phép ai đó ở Chicago chẩn đoán một máy đang vận hành ở Singapore bằng cách xem lại sơ đồ và yêu cầu đo áp suất cụ thể tại các điểm kiểm tra được đánh dấu.

Nắm vững sơ đồ van điều khiển lưu lượng thủy lực có nghĩa là nhận ra rằng mọi dòng và biểu tượng đều thể hiện phần cứng vật lý và sự biến đổi năng lượng có thể đo lường được. Sự ép giữa hai đường cong thể hiện sự va chạm của các phân tử trong một dòng phản lực hỗn loạn, nhiệt độ tăng lên do ma sát và khả năng kiểm soát tốc độ chính xác giúp cho máy móc hiện đại trở nên khả thi. Cho dù ứng dụng là cần cẩu máy xúc hạ thấp an toàn dưới trọng lực, khuôn ép phun với cấu hình vận tốc tám đoạn hay bàn nghiền đơn giản cấp liệu ở tốc độ không đổi, sơ đồ sẽ cho biết chính xác cách kiểm soát dòng chảy hoàn thành nhiệm vụ và nơi vấn đề có thể xuất hiện.