Hãy nghĩ về một van điều khiển dòng theo tỷ lệ là "công tắc điều chỉnh độ sáng thông minh" của các hệ thống thủy lực. Giống như một công tắc mờ hơn cho phép bạn điều khiển mức độ sáng của ánh sáng, các van này cho phép bạn kiểm soát chính xác mức độ nhanh chóng của dầu thủy lực chảy qua hệ thống của bạn.
Tại sao điều này quan trọng:
Các van thủy lực truyền thống được mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn - như một công tắc ánh sáng thông thường. Các van tỷ lệ cung cấp cho bạn điều khiển trơn tru, chính xác - giống như công tắc điều chỉnh độ sáng đó. Điều khiển trơn tru này có nghĩa là:
- Ít sốc và rung động hơn trong máy móc của bạn
- Chuyển động chính xác hơn của xi lanh và động cơ thủy lực
- Hiệu quả năng lượng tốt hơn
- Hoạt động mượt mà hơn
Khái niệm cơ bản
Đây là cách nó hoạt động theo thuật ngữ 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 theo tỷ lệ theo tín hiệu đó
Kiểm soát dòng chảy
Tín hiệu hơn = lưu lượng nhiều hơn, ít tín hiệu hơn = ít dòng chảy
Hoạt động trơn tru
Thay đổi xảy ra dần dần, không đột nhiên
Mối quan hệ tỷ lệ này là những gì làm cho các van này có giá trị trong các hệ thống thủy lực hiện đại.
Tại sao chúng quan trọng: Sự tiến hóa từ điều khiển đơn giản đến thông minh
Theo cách cũ: điều khiển Bang-Bang
Trước đây, hầu hết các hệ thống thủy lực được sử dụng các van bật/tắt đơn giản (được gọi là điều khiển "Bang-Bang"). Các van này có hai cài đặt:
- Mở hoàn toàn:Dòng chảy tối đa
- Đóng hoàn toàn:Không có dòng chảy
Các vấn đề với Bang-Bang Control:
- Áp lực đột ngột tăng đột biến khi các van mở hoặc đóng nhanh
- Rung động và căng thẳng cơ học trên thiết bị
- Khó đạt được tốc độ hoặc vị trí chính xác
- Chất thải năng lượng từ hoạt động đầy đủ liên tục
Cách mới: Kiểm soát tỷ lệ
Van tỷ lệ đã thay đổi mọi thứ bằng cách cung cấp:
Gia tốc trơn tru
Thay vì chuyển động dừng khởi động, máy móc di chuyển trơn tru từ phần còn lại 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 dòng chảy mà nó cần, khi nó cần nó.
Chất lượng sản phẩm tốt hơn
Chuyển động mượt mà hơn có nghĩa là kết quả tốt hơn trong các quy trình sản xuất.
Giảm bảo trì
Ít sốc và rung động có nghĩa là tuổi thọ thiết bị dài hơn.
Tác động trong thế giới thực
Xem xét một máy ép phun các bộ phận nhựa:
- Hệ thống cũ:RAM tiêm di chuyển ở tốc độ tối đa hoặc dừng hoàn toàn, gây ra khuyết tật và vật liệu lãng phí
- Hệ thống mới:Tốc độ RAM thay đổi trơn tru trong suốt chu kỳ tiêm, tạo ra các phần phù hợp, chất lượng cao
Sự phát triển này từ điều khiển đơn giản đến thông minh đã làm cho các van tỷ lệ trở nên thiết yếu trong sản xuất hiện đại.
Cách chúng hoạt động: Bên trong công nghệ
Hiểu cách các van điều khiển dòng theo tỷ lệ hoạt động giúp bạn chọn và sử dụng chúng tốt hơn. Hãy phá vỡ các thành phần chính:
1. Điện từ tỷ lệ: não
Các điện từ tỷ lệ giống như não của van. Không giống như các solenoids thông thường là bật hoặc tắt, các solenoids theo tỷ lệ có thể tạo ra một lượng lực khác nhau dựa trên tín hiệu điện mà chúng nhận được.
Cách nó hoạt động:
- Nhận tín hiệu điện (dòng điện hoặc điện áp)
- Tạo ra lực từ tỷ lệ với tín hiệu đó
- Thêm tín hiệu = lực từ tính hơn
- Lực này di chuyển các bộ phận bên trong của van
Các tính năng chính:
- Sử dụng năng lượng DC cho hoạt động trơn tru
- Thường sử dụng tín hiệu PWM (điều chế độ rộng xung) khoảng 200 Hz
- Có thể bao gồm "hoà" - những rung động nhỏ làm giảm ma sát
2. Cơ thể ống và van: Bộ điều khiển dòng chảy
Bên trong thân van ngồi một xi lanh được gia công chính xác gọi là ống chỉ. Bộ đệm này trượt qua lại để điều khiển dòng chảy.
Tính năng thiết kế ống chỉ
- Đo sáng rãnh:Hình dạng đặc biệt (V, U hoặc hình chữ nhật) cắt vào ống chỉ kiểm soát cách thay đổi dòng chảy với vị trí ống chỉ
- Đặc điểm chồng chéo:Cách các cạnh đệm thẳng hàng với các cổng ảnh hưởng đến phản ứng của van
Đặc điểm dòng chảy
- Dòng chảy tuyến tính:Dòng chảy tăng tỷ lệ theo chuyển động của ống
- Dòng chảy tiến bộ:Dòng chảy tăng nhiều hơn ở các khe hở lớn hơn, giúp kiểm soát tốt hơn ở các luồng thấp
3. Bồi thường áp lực: Duy trì dòng chảy nhất quán
Một trong những tính năng quan trọng nhất trong các van tỷ lệ chất lượng là bù áp suất. Hệ thống này đảm bảo rằng dòng chảy không đổi ngay cả khi áp suất tải thay đổi.
Vấn đề không có bồi thường:Nếu bạn đang nâng tải nặng, áp suất ngược sẽ tăng, giảm dòng chảy ngay cả khi lỗ mở của van vẫn giữ nguyên.
Giải pháp:Một bộ bù áp suất tự động điều chỉnh giảm áp suất trên ống chính để giữ cho nó không đổi.
Những lợi ích:
- Dòng chảy chỉ phụ thuộc vào tín hiệu van, không phải tải
- Hành vi hệ thống có thể dự đoán được
- Lập trình và kiểm soát dễ dàng hơn
4. Hệ thống phản hồi: Đảm bảo độ chính xác
Các van tỷ lệ cao hơn bao gồm các hệ thống phản hồi giám sát vị trí ống thực tế và so sánh nó với vị trí mong muốn.
| Loại van | Nhận xét | Sự chính xác | Trị giá | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| Van vòng mở | Không có phản hồi | Vừa phải | Thấp hơn | Các ứng dụng cơ bản |
| Van vòng kín | Cảm biến LVDT | Cao | Cao hơn | Ứng dụng chính xác |
Các loại van điều khiển dòng theo tỷ lệ
Các van tỷ lệ có trong một số cấu hình. Hiểu các loại này giúp bạn chọn đúng cho ứng dụng của bạn.
Theo cơ chế ổ đĩa
Van tác dụng trực tiếp
Điện từ trực tiếp di chuyển ống
- Phản hồi nhanh (5-10 mili giây)
- Kích thước nhỏ gọn
- Thiết kế đơn giản
Hạn chế:Giới hạn ở các luồng nhỏ hơn (<50 l/phút) và áp lực (<210 bar)
Tốt nhất cho:Các hệ thống nhỏ, thiết bị y tế, giai đoạn thí điểm cho các van lớn hơn
Van vận hành phi công (hai giai đoạn)
Một van thí điểm nhỏ điều khiển luồng dầu để di chuyển ống chính
- Có thể xử lý các luồng cao (tối đa 1600 L/phút)
- Áp lực cao (lên đến 350 bar)
Hạn chế:Phản hồi chậm hơn (~ 100 ms)
Tốt nhất cho:Máy móc hạng nặng, hệ thống công nghiệp lớn, ứng dụng công suất cao
Theo chức năng
Van điều khiển dòng chảy
- Công việc chính là kiểm soát tốc độ dòng chảy
- Thường là cấu hình 2 chiều hoặc 3 chiều
- Thường bao gồm bồi thường áp lực
- Kiểm soát tốc độ của bộ truyền động
Van điều khiển định hướng
- Kiểm soát cả dòng chảy và hướng
- Thông thường các van 4 chiều, 3 vị trí
- Thay thế nhiều van đơn giản
- Kiểm soát xi lanh hoặc hướng động cơ và tốc độ
Van điều khiển áp suất
- Kiểm soát áp lực hệ thống hơn là dòng chảy
- Bao gồm các van cứu trợ và van giảm áp
- Duy trì áp lực vận hành an toàn
Tỷ lệ so với các loại van khác
Hiểu cách các van tỷ lệ so sánh với các công nghệ khác giúp bạn đưa ra quyết định tốt hơn.
Tỷ lệ so với van bật/tắt
| Tính năng | Van bật/tắt | Van tỷ lệ |
|---|---|---|
| Loại kiểm soát | 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% |
| Cú sốc hệ thống | Cao (thay đổi đột ngột) | Thấp (chuyển tiếp mượt mà) |
| Sử dụng năng lượng | Thường lãng phí | Hiệu quả (nhu cầu phù hợp) |
| Sự phức tạp | Mạch đơn giản | Điện tử phức tạp hơn |
| Trị giá | Chi phí ban đầu thấp | Chi phí ban đầu cao hơn |
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 (10-20 lần nữa) |
| Khả năng chịu ô nhiễm | Cao | Thấp (cần dầu rất sạch) |
| Sự 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 mở/đóng đơn giản
- Chi phí là mối quan tâm chính
- Ứng dụng có thể chịu được sốc và rung động
- Kiểm soát chính xác không bắt buộc
Chọn các van tỷ lệ khi:
- Bạn cần điều khiển vị trí hoặc tốc độ thay đổi
- Hoạt động trơn tru là quan trọng
- Hiệu quả năng lượng quan trọng
- Độ chính xác vừa phải là đủ
- Làm việc trong môi trường công nghiệp điển hình
Chọn van servo khi:
- Độ chính xác cực cao là bắt buộc
- Đáp ứng rất nhanh là cần thiết
- Chi phí là thứ yếu cho hiệu suất
- Bạn có thể duy trì chất lỏng thủy lực rất sạch
- Ứng dụng đòi hỏi nó (hàng không vũ trụ, thử nghiệm)
Các số liệu hiệu suất chính mà bạn cần biết
Khi chọn van tỷ lệ, một số số liệu hiệu suất xác định mức độ hoạt động của nó trong ứng dụng của bạn.
Xếp hạng dòng chảy và áp lực
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 các yêu cầu tốc độ bộ 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
Áp lực giảm
- Áp suất bị mất trên van ở dòng chảy định mức
- Thấp hơn là tốt hơn cho hiệu quả
- Điển hình: 5-35 bar (70-500 psi) ở dòng chảy định mức
Độ chính xác và độ lặp lại
Trễ
Sự khác biệt đầu ra khi tiếp cận cùng một điểm từ các hướng khác nhau
- Điển hình: 2-5% quy mô đầy đủ
- Thấp hơn là tốt hơn cho các ứng dụng chính xác
Tuyến tính
Làm thế nào gần với luồng của van theo tín hiệu đầu vào
- Điển hình: ± 2% của quy mô đầy đủ
- Van tuyến tính dễ kiểm soát hơn
Độ lặp lại
Tính nhất quán khi trở về tín hiệu đầu vào giống nhau
- Điển hình: ± 1-3% của quy mô đầy đủ
- Quan trọng cho sản xuất nhất quán
Chết chen
Phạm vi tín hiệu đầu vào không tạo ra đầu ra
- Điển hình: 2-5% phạm vi tín hiệu đầy đủ
- Gây ra bởi sự chồng chéo của ống chỉ, cần thiết để niêm phong
Bảng so sánh hiệu suất
| Loại van | Phạm vi dòng chảy | Áp lực | Thời gian phản hồi | Trễ | Khả năng chịu ô nhiễm | Chi phí tương đối |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tỷ lệ cơ bản | 7-100 l/phút | Lên đến 280 bar | 20-100 ms | 3-5% | Cao | 2-4x |
| Tỷ lệ vòng kín | 7-1000 l/phút | Lên đến 350 thanh | 10-50 ms | 1-2% | Cao | 4-8x |
| Tỷ lệ servo | 10-500 l/phút | Lên đến 350 thanh | 5-20 ms | <1% | Vừa phải | 8-15x |
| Servo thực sự | 5- |
