Hãy coi van điều khiển lưu lượng tỷ lệ như "công tắc điều chỉnh độ sáng thông minh" của hệ thống thủy lực. Giống như công tắc điều chỉnh độ sáng cho phép bạn kiểm soát độ sáng của đèn, các van này cho phép bạn kiểm soát chính xác tốc độ dầu thủy lực chảy qua hệ thống của bạn. [Đầu tiên hãy hiểuvan tỷ lệ là gì.]
Tại sao điều này lại quan trọng:
Van thủy lực truyền thống có thể mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn - giống như một công tắc đèn thông thường. Các van tỷ lệ giúp bạn điều khiển mượt mà, chính xác - giống như công tắc điều chỉnh độ sáng. Kiểm soát trơn tru này có nghĩa là:
- Ít sốc và rung trong máy móc của bạn
- Chuyển động chính xác hơn của xi lanh và động cơ thủy lực
- Hiệu quả năng lượng tốt hơn
- Tổng thể hoạt động mượt mà hơn
Khái niệm cơ bản
Đây là cách nó hoạt động một cách đơn giản:
Đầu vào điện
Bạn gửi tín hiệu điện (thường là 4-20 mA hoặc 0-10V) đến van
Phản ứng theo tỷ lệ
Van mở tương ứng với tín hiệu đó
Kiểm soát dòng chảy
Nhiều tín hiệu hơn = lưu lượng nhiều hơn, tín hiệu ít hơn = lưu lượng ít hơn
Hoạt động trơn tru
Những thay đổi diễn ra dần dần, không đột ngột
Mối quan hệ tỷ lệ này là điều làm cho các van này trở nên có giá trị trong các hệ thống thủy lực hiện đại.
Tại sao chúng quan trọng: Sự phát triển từ điều khiển đơn giản đến điều khiển thông minh
Cách cũ: Kiểm soát Bang-Bang
Trước đây, hầu hết các hệ thống thủy lực đều sử dụng van bật/tắt đơn giản (được gọi là điều khiển "bang-bang"). Các van này có hai cài đặt:
- Mở hoàn toàn:Lưu lượng tối đa
- Đóng hoàn toàn:Không có dòng chảy
Các vấn đề với việc kiểm soát bang-bang:
- Áp suất tăng đột ngột khi van mở hoặc đóng nhanh
- Rung động và ứng suất cơ học trên thiết bị
- Khó đạt được tốc độ hoặc vị trí chính xác
- Lãng phí năng lượng từ hoạt động toàn dòng liên tục
Cách mới: Kiểm soát theo tỷ lệ
Van tỷ lệ đã thay đổi mọi thứ bằng cách cung cấp:
Tăng tốc mượt mà
Thay vì chuyển động khởi động-dừng giật cục, máy móc chuyển động trơn tru từ trạng thái nghỉ sang tốc độ tối đa.
Kiểm soát tốc độ chính xác
Bạn có thể đặt tốc độ chính xác cho các phần khác nhau của chu kỳ máy.
Hiệu quả năng lượng
Hệ thống chỉ sử dụng luồng nó cần, khi nó cần.
Chất lượng sản phẩm tốt hơn
Chuyển động mượt mà hơn có nghĩa là kết quả tốt hơn trong quy trình sản xuất.
Giảm bảo trì
Ít sốc và rung hơn có nghĩa là tuổi thọ thiết bị dài hơn.
Tác động trong thế giới thực
Hãy xem xét một máy ép phun sản xuất các bộ phận bằng nhựa:
- Hệ thống cũ:Máy ép phun di chuyển hết tốc độ hoặc dừng hẳn, gây ra khuyết tật và lãng phí vật liệu
- Hệ thống mới:Tốc độ ram thay đổi trơn tru trong suốt chu kỳ phun, tạo ra các bộ phận có chất lượng cao, ổn định
Sự phát triển từ điều khiển đơn giản sang điều khiển thông minh này đã làm cho van tỷ lệ trở nên cần thiết trong sản xuất hiện đại.
Cách chúng hoạt động: Bên trong công nghệ
Hiểu cách thức hoạt động của van điều khiển lưu lượng tỷ lệ sẽ giúp bạn lựa chọn và sử dụng chúng tốt hơn. Hãy chia nhỏ các thành phần chính.
[Tìm hiểu đầy đủnguyên lý làm việc của van tỷ lệ]
1. Điện từ tỷ lệ: Bộ não
Bộ điện từ tỷ lệ giống như bộ não của van. Không giống như các cuộn dây điện từ thông thường bật hoặc tắt, các cuộn dây điện từ tỷ lệ có thể tạo ra các lượng lực khác nhau dựa trên tín hiệu điện mà chúng nhận được.
Nó hoạt động như thế nào:
- Nhận tín hiệu điện (dòng điện hoặc điện áp)
- Tạo ra lực từ tỷ lệ thuận với tín hiệu đó
- Nhiều tín hiệu hơn = lực từ nhiều hơn
- Lực này làm di chuyển các bộ phận bên trong của van
Các tính năng chính:
- Sử dụng nguồn DC vận hành êm ái
- Thường sử dụng tín hiệuPWM (điều chế độ rộng xung) khoảng 200 Hz
- Có thể bao gồm "hòa sắc" - những rung động nhỏ làm giảm ma sát
2. Thân ống và van: Bộ điều khiển dòng chảy
Bên trong thân van có một xi lanh được gia công chính xác gọi là ống chỉ. Ống này trượt qua lại để kiểm soát dòng chảy.
Tính năng thiết kế ống chỉ
- Các khía đo sáng:Các hình dạng đặc biệt (V, U hoặc hình chữ nhật) được cắt vào ống cuộn để kiểm soát dòng chảy thay đổi theo vị trí ống cuộn
- Đặc điểm chồng chéo:Cách các cạnh ống chỉ thẳng hàng với các cổng ảnh hưởng đến phản ứng của van
Đặc điểm dòng chảy
- Dòng chảy tuyến tính:Lưu lượng tăng tỷ lệ thuận với chuyển động của ống chỉ
- Dòng chảy lũy tiến:Lưu lượng tăng nhiều hơn ở các khe hở lớn hơn, giúp kiểm soát tốt hơn ở lưu lượng thấp
3. Bù áp suất: Duy trì dòng chảy ổn định
Một trong những tính năng quan trọng nhất của van tỷ lệ chất lượng là bù áp suất. Hệ thống này đảm bảo lưu lượng không đổi ngay cả khi áp suất tải thay đổi.
Vấn đề không được bồi thường:Nếu bạn đang nâng một vật nặng, áp suất ngược sẽ tăng lên, làm giảm lưu lượng ngay cả khi độ mở van vẫn giữ nguyên.
Giải pháp:Bộ bù áp suất sẽ tự động điều chỉnh độ giảm áp suất trên ống chính để giữ cho nó không đổi.
Những lợi ích:
- Lưu lượng chỉ phụ thuộc vào tín hiệu van chứ không phụ thuộc vào tải
- Hành vi hệ thống có thể dự đoán được
- Lập trình và điều khiển dễ dàng hơn
4. Hệ thống phản hồi: Đảm bảo tính chính xác
Van tỷ lệ cao cấp hơn bao gồm hệ thống phản hồi theo dõi vị trí ống cuộn thực tế và so sánh nó với vị trí mong muốn.
| Loại van | Nhận xét | Sự chính xác | Trị giá | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| Van vòng hở | Không có phản hồi | Vừa phải | Thấp hơn | Ứng dụng cơ bản |
| Van vòng kín | Cảm biến LVDT | Cao | Cao hơn | Ứng dụng chính xác |
Các loại van điều khiển lưu lượng tỷ lệ
Van tỷ lệ có nhiều cấu hình. Hiểu những loại này sẽ giúp bạn chọn loại phù hợp cho ứng dụng của mình.
Bằng cơ chế truyền động
Van tác động trực tiếp
Điện từ trực tiếp di chuyển ống chỉ
- Phản hồi nhanh (5-10 mili giây)
- Kích thước nhỏ gọn
- Thiết kế đơn giản
Hạn chế:Giới hạn ở lưu lượng nhỏ hơn (<50 L/phút) và áp suất (<210 bar)
Tốt nhất cho:Hệ thống nhỏ, thiết bị y tế, giai đoạn thử nghiệm cho van lớn hơn
Van vận hành thí điểm (Hai giai đoạn)
Một van thí điểm nhỏ kiểm soát dòng dầu để di chuyển ống chỉ chính
- Có thể xử lý lưu lượng cao (lên tới 1600 L/phút)
- Áp suất cao (lên tới 350 bar)
Hạn chế:Phản hồi chậm hơn (~100 ms)
Tốt nhất cho:Máy móc hạng nặng, hệ thống công nghiệp lớn, ứng dụng năng lượng cao
Theo chức năng
Van điều khiển dòng chảy
- Công việc chính là kiểm soát tốc độ dòng chảy
- Thông thường cấu hình 2 chiều hoặc 3 chiều
- Thường bao gồm bù áp suất
- Kiểm soát tốc độ thiết bị truyền động
Van điều khiển hướng
- Kiểm soát cả dòng chảy và hướng
- Thông thường van 4 ngả, 3 vị trí
- Thay thế nhiều van đơn giản
- Xi lanh điều khiển hoặc hướng và tốc độ động cơ
Van điều khiển áp suất
- Kiểm soát áp suất hệ thống thay vì lưu lượng
- Bao gồm van giảm áp và van giảm áp
- Duy trì áp suất vận hành an toàn
Tỷ lệ thuận với các loại van khác
Hiểu được tỷ lệ van so với các công nghệ khác sẽ giúp bạn đưa ra quyết định tốt hơn.
Van tỷ lệ và van bật/tắt
| Tính năng | Van bật/tắt | Van tỷ lệ |
|---|---|---|
| Loại điều khiển | Nhị phân (mở/đóng) | Liên tục (biến) |
| Kiểm soát dòng chảy | Dòng chảy đầy đủ hoặc không có dòng chảy | Bất kỳ dòng chảy nào từ 0-100% |
| Sốc hệ thống | Cao (thay đổi đột ngột) | Thấp (chuyển tiếp mượt mà) |
| Sử dụng năng lượng | Thường lãng phí | Hiệu quả (phù hợp với nhu cầu) |
| Độ phức tạp | Mạch đơn giản | Điện tử phức tạp hơn |
| Trị giá | Chi phí ban đầu thấp | Chi phí ban đầu cao hơn |
Van tỷ lệ so với van servo
| Tính năng | Van tỷ lệ | Van servo |
|---|---|---|
| Sự chính xác | Tốt (±2-5%) | Tuyệt vời (± 0,5%) |
| Tốc độ phản hồi | Trung bình (2-50 Hz) | Rất nhanh (>100 Hz) |
| Trị giá | Vừa phải | Cao (hơn 10-20 lần) |
| Dung sai ô nhiễm | Cao | Thấp (cần dầu rất sạch) |
| Độ phức tạp | Vừa phải | Cao |
| BẢO TRÌ | Tiêu chuẩn | Chuyên |
Khi nào nên chọn từng loại
Chọn Van Bật/Tắt khi:
- Bạn chỉ cần điều khiển đóng/mở đơn giản
- Chi phí là mối quan tâm hàng đầu
- Ứng dụng có thể chịu được sốc và rung
- Kiểm soát chính xác là không cần thiết
Chọn Van tỷ lệ khi:
- Bạn cần điều khiển tốc độ hoặc vị trí thay đổi
- Quan trọng là vận hành êm ái
- Vấn đề hiệu quả năng lượng
- Độ chính xác vừa phải là đủ
- Làm việc trong môi trường công nghiệp điển hình
Để biết chi tiết cụ thể về thủy lực, xemhướng dẫn van tỷ lệ thủy lực
Chọn Van servo khi:
- Cần độ chính xác cực cao
- Cần phản ứng rất nhanh
- Chi phí chỉ là thứ yếu so với hiệu suất
- Bạn có thể duy trì chất lỏng thủy lực rất sạch
- Ứng dụng yêu cầu nó (hàng không vũ trụ, thử nghiệm)
Các số liệu hiệu suất chính bạn cần biết
Khi chọn van tỷ lệ, một số số liệu hiệu suất sẽ xác định mức độ hoạt động của nó trong ứng dụng của bạn.
Xếp hạng lưu lượng và áp suất
Tốc độ dòng chảy tối đa
- Thường được chỉ định ở mức giảm áp suất tiêu chuẩn (như 5 bar hoặc 70 psi)
- Phạm vi điển hình: 7-1000 L/phút (2-260 GPM)
- Chọn dựa trên yêu cầu tốc độ thiết bị truyền động của bạn
Áp suất tối đa
- Giới hạn áp suất vận hành an toàn
- Phạm vi điển hình: 280-400 bar (4000-5800 psi)
- Phải vượt quá áp suất tối đa của hệ thống của bạn
Giảm áp suất
- Áp suất bị mất qua van ở lưu lượng định mức
- Thấp hơn là tốt hơn cho hiệu quả
- Điển hình: 5-35 bar (70-500 psi) ở lưu lượng định mức
Độ chính xác và độ lặp lại
Độ trễ
Chênh lệch đầu ra khi tiếp cận cùng một điểm từ các hướng khác nhau
- Điển hình: 2-5% toàn thang đo
- Thấp hơn là tốt hơn cho các ứng dụng chính xác
tuyến tính
Dòng chảy của van tuân theo tín hiệu đầu vào chặt chẽ như thế nào
- Điển hình: ±2% toàn thang đo
- Van tuyến tính dễ điều khiển hơn
Độ lặp lại
Tính nhất quán khi trở về cùng một tín hiệu đầu vào
- Điển hình: ±1-3% toàn thang đo
- Quan trọng để sản xuất ổn định
Dải chết
Phạm vi tín hiệu đầu vào không tạo ra đầu ra
- Điển hình: 2-5% toàn dải tín hiệu
- Gây ra bởi sự chồng chéo của ống chỉ, cần thiết cho việc niêm phong
Bảng so sánh hiệu suất
| Loại van | Phạm vi dòng chảy | Áp lực | Thời gian đáp ứng | Độ trễ | Dung sai ô nhiễm | Chi phí tương đối |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tỷ lệ cơ bản | 7-100 L/phút | Lên đến 280 thanh | 20-100 mili giây | 3-5% | Cao | 2-4x |
| Tỷ lệ vòng kín | 7-1000 L/phút | Lên đến 350 thanh | 10-50 mili giây | 1-2% | Cao | 4-8x |
| Tỷ lệ thuận với servo | 10-500 L/phút | Lên đến 350 thanh | 5-20 mili giây | <1% | Vừa phải | 8-15x |
