Khi bạn làm việc với hệ thống thủy lực hoặc khí nén, việc hiểu sơ đồ van tỷ lệ trở nên cần thiết để thiết kế, xử lý sự cố và bảo trì thiết bị tự động hóa hiện đại. Sơ đồ van tỷ lệ cho thấy cách các bộ phận chính xác này kiểm soát dòng chảy và áp suất chất lỏng để đáp ứng với tín hiệu điện, thu hẹp khoảng cách giữa hệ thống điều khiển điện tử và chuyển động cơ học.
Không giống như các van bật tắt đơn giản chỉ có thể mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn, van tỷ lệ cung cấp khả năng điều khiển thay đổi ở bất kỳ vị trí nào trong khoảng mở từ 0% đến 100%. Khả năng điều chỉnh liên tục này khiến chúng trở nên quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu khả năng tăng tốc mượt mà, định vị chính xác và ứng dụng lực được kiểm soát. Các sơ đồ mà chúng tôi sử dụng để thể hiện các van này tuân theo các ký hiệu tiêu chuẩn hóa chủ yếu được xác định bởi ISO 1219-1, tạo ra một ngôn ngữ phổ quát mà các kỹ sư trên toàn thế giới có thể hiểu được.
Điều gì làm cho sơ đồ van tỷ lệ trở nên khác biệt
Sơ đồ van tỷ lệ chứa các yếu tố ký hiệu cụ thể giúp phân biệt ngay với các ký hiệu van tiêu chuẩn. Đặc điểm dễ nhận biết nhất là ký hiệu bộ truyền động tỷ lệ, bao gồm một cuộn dây điện từ được đặt trong một hộp có hai đường chéo song song đi qua nó. Những đường chéo này là dấu hiệu nhận dạng chính cho bạn biết van này cung cấp khả năng điều khiển tỷ lệ thay vì chuyển đổi đơn giản.
Khi bạn nhìn thấy một hình tam giác nét đứt nhỏ gần biểu tượng điện từ tỷ lệ, điều này cho biết van có thiết bị điện tử tích hợp (OBE). Các linh kiện điện tử tích hợp này xử lý các chức năng xử lý tín hiệu, khuếch đại và thường là điều khiển phản hồi trực tiếp trong thân van. Sự tích hợp này giúp đơn giản hóa việc cài đặt bằng cách giảm nhu cầu về tủ khuếch đại bên ngoài và độ phức tạp của hệ thống dây điện liên quan.
Bản thân vỏ van hiển thị nhiều vị trí, thường được mô tả dưới dạng van ba vị trí, bốn chiều (cấu hình 4/3). Không giống như các van điều khiển hướng tiêu chuẩn, sơ đồ van tỷ lệ thường hiển thị vị trí trung tâm với các đường dẫn dòng chảy được căn chỉnh một phần, cho thấy khả năng đo lưu lượng liên tục của van thay vì chỉ chặn hoặc mở hoàn toàn các cổng.
Đọc ký hiệu van tỷ lệ ISO 1219-1
Sơ đồ van tỷ lệ chứa các yếu tố ký hiệu cụ thể giúp phân biệt ngay với các ký hiệu van tiêu chuẩn. Đặc điểm dễ nhận biết nhất là ký hiệu bộ truyền động tỷ lệ, bao gồm một cuộn dây điện từ được đặt trong một hộp có hai đường chéo song song đi qua nó. Những đường chéo này là dấu hiệu nhận dạng chính cho bạn biết van này cung cấp khả năng điều khiển tỷ lệ thay vì chuyển đổi đơn giản.
Những đặc điểm gia công này, thường là các rãnh hình tam giác được cắt vào ống van, rất quan trọng để đạt được độ nhạy dòng chảy cao và độ tuyến tính gần vị trí 0. Nếu không có những sửa đổi hình học này, van sẽ thể hiện đặc tính điều khiển kém khi thực hiện những điều chỉnh nhỏ từ vị trí đóng.
Van điều khiển áp suất theo tỷ lệ, chẳng hạn như van giảm tỷ lệ hoặc van giảm áp, sử dụng các quy ước tượng trưng tương tự. Sự khác biệt chính nằm ở việc bổ sung bộ truyền động điện từ tỷ lệ và biểu tượng lò xo điều khiển áp suất. Khi bạn nhìn thấy những phần tử này kết hợp với hình tam giác nét đứt biểu thị OBE, bạn biết rằng bạn đang xem một thiết bị kiểm soát áp suất vòng kín, phức tạp.
Van điều khiển lưu lượng theo tỷ lệ thường được ký hiệu là van hai vị trí, hai chiều hoặc các lỗ thay đổi, luôn được đánh dấu bằng bộ truyền động điều khiển tỷ lệ đặc trưng. Các van này hoạt động với không khí, khí, nước hoặc dầu thủy lực, khiến chúng trở thành bộ phận linh hoạt trong tự động hóa công nghiệp.
Van tỷ lệ hoạt động như thế nào: Chuyển đổi điện-thủy lực
Nguyên tắc cơ bản đằng sau hoạt động của van tỷ lệ liên quan đến việc chuyển đổi tín hiệu điện thành chuyển động cơ học chính xác. Khi bạn gửi tín hiệu điều khiển (thường là 0-10V hoặc 4-20mA) đến van, nó sẽ đi qua các thiết bị điện tử trên bo mạch tới một điện từ tỷ lệ. Bộ điện từ tạo ra một từ trường tỷ lệ với dòng điện đầu vào, làm di chuyển phần ứng hoặc pít tông nối với ống van hoặc con búp bê.
Nhiều van tỷ lệ hiện đại sử dụng điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM). Trong các hệ thốngPWM, thiết bị điện tử điều khiển nhanh chóng chuyển đổi điện áp sang bật và tắt cuộn dây điện từ. Bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc (tỷ lệ giữa thời gian đúng giờ và tổng thời gian chu kỳ), van đạt được khả năng điều khiển vị trí chính xác trong khi chuyển đổi tần số cao (thường khoảng 200 Hz) giúp khắc phục ma sát tĩnh trong các bộ phận chuyển động.
Tín hiệu hòa sắcPWM này phục vụ một mục đích quan trọng ngoài khả năng điều khiển cơ bản. Ma sát tĩnh giữa ống van và lỗ khoan có thể gây ra hiện tượng dính và phản ứng kém ở mức tín hiệu thấp. Sự rung động tần số cao liên tục từ hoà sắc chuyển đổi hiệu quả ma sát tĩnh thành ma sát động thấp hơn, giảm đáng kể dải chết và cải thiện khả năng phản hồi. Tuy nhiên, chuyển động nhanh này tạo ra lực giảm chấn nhớt đòi hỏi phải bù đắp thiết kế cẩn thận thông qua các ống cảm biến áp suất và hình dạng cân bằng bên trong.
| Loại van | Phạm vi mở | Phương pháp kiểm soát | Thời gian đáp ứng điển hình | Chi phí tương đối |
|---|---|---|---|---|
| Bật/Tắt (Rời rạc) | 0% hoặc chỉ 100% | Chuyển đổi hoạt động | 10-50 mili giây | Thấp |
| Van tỷ lệ | Biến 0-100% | PWM/Dòng điện với phản hồi LVDT | 100-165 mili giây | Trung bình |
| Van trợ lực | Biến đổi với tính năng động cao | Cuộn dây/động cơ mô-men xoắn bằng giọng nói với phản hồi có độ phân giải cao | 5-20 mili giây | Cao |
Khoảng cách hiệu suất giữa van tỷ lệ và van servo đã được thu hẹp đáng kể. Các van tỷ lệ hiện đại có phản hồi LVDT (Biến áp vi sai tuyến tính) tích hợp đạt được độ trễ thường dưới 8% và độ lặp lại trong vòng 2%. Mức hiệu suất này cho phép các van tỷ lệ xử lý được nhiều ứng dụng từng yêu cầu các van servo đắt tiền với chi phí chỉ bằng một nửa.
Thiết kế tác động trực tiếp và thiết kế do thí điểm vận hành
Khi bạn kiểm tra sơ đồ van tỷ lệ chặt chẽ hơn, bạn sẽ nhận thấy sự khác biệt về cấu trúc cho biết van sử dụng thiết kế tác động trực tiếp hay vận hành thí điểm. Sự khác biệt này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng lưu lượng và đánh giá áp suất của van.
Trong van tỷ lệ tác động trực tiếp, phần ứng điện từ kết nối trực tiếp với ống van hoặc ống van. Lực điện từ di chuyển bộ phận đo sáng mà không cần sự trợ giúp của thủy lực. Kết nối trực tiếp này mang lại độ chính xác điều khiển tuyệt vời và thời gian phản hồi nhanh, thường đạt được thời gian phản hồi từng bước khoảng 100 mili giây đối với kích thước giao diện lắp NG6 (CETOP 3). Tuy nhiên, lực sinh ra có giới hạn từ các cuộn dây điện từ tỷ lệ sẽ hạn chế các thiết kế tác động trực tiếp ở tốc độ dòng chảy và áp suất vừa phải.
Van tỷ lệ vận hành bằng thí điểm khắc phục những hạn chế này bằng cách sử dụng chính chất lỏng làm việc để hỗ trợ di chuyển ống van chính. Bộ điện từ tỷ lệ điều khiển một giai đoạn thí điểm nhỏ, điều khiển chất lỏng có áp suất tác động lên ống chính lớn hơn. Bộ khuếch đại thủy lực này cho phép các van vận hành bằng phi công xử lý tốc độ dòng chảy và áp suất cao hơn đáng kể, thường đạt tới 315 đến 345 bar (4.500 đến 5.000 PSI). Các ứng dụng như hệ thống đẩy máy khoan đường hầm và thiết bị di động hạng nặng thường sử dụng van tỷ lệ vận hành bằng thí điểm vì lý do này.
Sự đánh đổi đến trong thời gian đáp ứng. Các van điều khiển bằng phi công thường phản ứng chậm hơn so với các thiết kế tác động trực tiếp vì tín hiệu điều khiển trước tiên phải tạo ra áp suất trước khi ống chính di chuyển. Đối với van vận hành thí điểm NG10 (CETOP 5), thời gian phản hồi từng bước thường kéo dài đến 165 mili giây so với 100 mili giây đối với van NG6 tác động trực tiếp.
Tìm hiểu thiết kế ống van và các cạnh đo sáng
Trọng tâm của việc điều khiển tỷ lệ nằm ở thiết kế ống van. Khi bạn nhìn vào sơ đồ mặt cắt của van tỷ lệ, bạn sẽ nhận thấy ống cuộn có các đặc điểm hình học đặc biệt giúp phân biệt nó với các ống van chuyển mạch tiêu chuẩn.
Ống van điều khiển hướng theo tỷ lệ thường có các rãnh hình tam giác hoặc các rãnh được gia công chính xác. Các rãnh này đảm bảo rằng dòng chảy bắt đầu dần dần khi ống cuộn di chuyển từ vị trí trung tâm, mang lại đặc tính đo sáng tốt và độ tuyến tính được cải thiện gần bằng 0. Nếu không có những đặc điểm này, một ống cuộn có cạnh sắc sẽ có những thay đổi dòng chảy đột ngột và khả năng kiểm soát kém ở những chuyển vị nhỏ.
Chồng chéo ống chỉ là một tham số thiết kế quan trọng khác thường được chỉ định trong sơ đồ kỹ thuật, thường được hiển thị dưới dạng phần trăm như 10% hoặc 20%. Sự chồng chéo đề cập đến mức độ tiếp đất của ống chỉ bao phủ các lỗ cổng khi van nằm ở vị trí trung tâm (trung tính) của nó. Sự chồng chéo được kiểm soát giúp quản lý rò rỉ bên trong và xác định dải chết của van. Ví dụ: dòng D*FW của Parker sử dụng các loại ống cuộn khác nhau, trong đó loại B31 cung cấp độ chồng chéo 10% trong khi loại E01/E02 cung cấp độ chồng chéo 20%.
Dải chết biểu thị lượng tín hiệu điều khiển cần thiết để tạo ra chuyển động đầu tiên của ống cuộn. Một van có 20% dải chết cần 20% tín hiệu điều khiển hoàn toàn trước khi ống chỉ bắt đầu di chuyển. Dải chết này phải thắng lực ma sát tĩnh (ma sát) và liên quan trực tiếp đến thiết kế chồng ống cuộn. Các van hiện đại với OBE bao gồm khả năng bù dải chết do nhà máy thiết lập để đảm bảo ống cuộn bắt đầu di chuyển chính xác ở đầu vào điện tối thiểu, cải thiện độ tuyến tính gần bằng 0.
Phản hồi vị trí bằng cảm biến LVDT
Van tỷ lệ hiệu suất cao kết hợp các cảm biến Biến áp vi sai biến thiên tuyến tính (LVDT) để phản hồi vị trí. Khi bạn nhìn thấy biểu tượng phản hồi LVDT (thường được hiển thị dưới dạng mô-đun cảm biến S/U) trong sơ đồ van tỷ lệ, bạn đang xem van vòng kín có khả năng chính xác cao hơn đáng kể so với thiết kế vòng hở.
LVDT kết nối cơ học với ống van hoặc cụm phần ứng, liên tục đo vị trí vật lý thực tế. Tín hiệu vị trí này phản hồi lại bộ điều khiển hoặc bộ khuếch đại tích hợp, so sánh nó với vị trí được chỉ huy. Sau đó, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh dòng điện từ để duy trì vị trí ống cuộn mong muốn, tích cực bù các lực bên ngoài, ma sát cơ học và hiệu ứng trễ.
Độ trễ trong các van tỷ lệ thể hiện tính phi tuyến vốn có gây ra chủ yếu bởi từ tính dư và ma sát. Khi bạn tăng tín hiệu điều khiển, van sẽ mở ở những điểm hơi khác so với khi bạn giảm tín hiệu, tạo ra một vòng lặp đặc trưng trong đường cong dòng chảy so với dòng điện. Độ rộng của vòng trễ này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của điều khiển.
Phản hồi LVDT giải quyết vấn đề này bằng cách đo vị trí ống cuộn thực tế thay vì chỉ suy ra nó từ dòng điện đầu vào. Các thiết bị điện tử tích hợp liên tục điều chỉnh dòng điện từ dựa trên sai số giữa vị trí đo và vị trí lệnh, loại bỏ hiệu quả các lỗi định vị do hiện tượng trễ từ và ma sát gây ra. Điều khiển vòng kín này thường làm giảm độ trễ xuống dưới 8% của toàn dải, so với 15-20% hoặc hơn đối với các van tỷ lệ vòng hở.
Kiến trúc điều khiển vòng lặp mở và vòng kín
Sơ đồ van tỷ lệ thường xuất hiện trong sơ đồ hệ thống lớn hơn thể hiện kiến trúc điều khiển hoàn chỉnh. Việc hiểu liệu hệ thống sử dụng điều khiển vòng lặp mở hay vòng kín sẽ ảnh hưởng đến cả kỳ vọng về hiệu suất và phương pháp khắc phục sự cố.
Trong hệ thống điều khiển chuyển động vòng hở, bộ điều khiển điện tử sẽ gửi tín hiệu tham chiếu đến bộ điều khiển van (bộ khuếch đại) và van điều chỉnh các thông số thủy lực chỉ dựa trên tín hiệu đó. Không có phép đo đầu ra thực tế nào (lưu lượng, vị trí hoặc áp suất) được trả về bộ điều khiển. Kiến trúc đơn giản này hoạt động phù hợp với nhiều ứng dụng nhưng vẫn dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng trôi van, thay đổi tải, hiệu ứng nhiệt độ và hiện tượng trễ.
Hệ thống điều khiển chuyển động vòng kín bao gồm một cảm biến phản hồi bổ sung đo thông số đầu ra thực tế. Đối với ứng dụng định vị, đây có thể là cảm biến vị trí xi lanh (LVDT hoặc cảm biến từ giảo). Để kiểm soát áp suất, bộ chuyển đổi áp suất sẽ cung cấp phản hồi. Bộ điều khiển điện tử, thường thực hiện quy định PID (Tỷ lệ-Tích phân-Đạo hàm), so sánh điểm đặt mong muốn với phản hồi thực tế và liên tục điều chỉnh tín hiệu lệnh van để giảm thiểu lỗi.
Sự khác biệt giữa phản hồi cấp độ van (LVDT trên ống chỉ) và phản hồi cấp độ hệ thống (cảm biến vị trí xi lanh) đáng được chú ý. Một van tỷ lệ với phản hồi LVDT bên trong sẽ điều khiển chính xác vị trí ống chỉ nhưng không đo trực tiếp vị trí hoặc áp suất xi lanh. Để có độ chính xác cao nhất, hệ thống sử dụng cả hai: LVDT đảm bảo định vị ống van chính xác, trong khi các cảm biến bên ngoài đóng vòng xung quanh biến quy trình thực tế (vị trí, áp suất hoặc vận tốc).
| Tính năng | Bộ khuếch đại bên ngoài / Không có OBE | Điện tử trên tàu (OBE) |
|---|---|---|
| Kiểm soát tín hiệu đầu vào | Biến dòng điện hoặc điện áp sang bảng bên ngoài | Điện áp/dòng điện công suất thấp (±10V, 4-20mA) |
| Dấu chân vật lý | Yêu cầu không gian tủ cho bộ khuếch đại | Giảm không gian tủ điện |
| Điều chỉnh trường | Điều chỉnh mở rộng thông qua bảng bên ngoài (độ lợi, độ lệch, đường dốc) | Điều chỉnh cài đặt gốc đảm bảo độ lặp lại cao |
| Độ phức tạp của dây | Hệ thống dây điện phức tạp, có thể cần cáp được bảo vệ | В передвижном оборудовании, включая экскаваторы, бульдозеры и сельскохозяйственную технику, во всех гидравлических контурах широко используются гидравлические обратные клапаны. Эти приложения требуют надежной работы в суровых условиях с загрязнением, вибрацией и широкими перепадами температур. |
| Tính nhất quán giữa các van | Phụ thuộc vào hiệu chuẩn bộ khuếch đại | Tính nhất quán cao khi bộ khuếch đại được hiệu chỉnh theo van cụ thể |
Thiết bị điện tử tích hợp hiện đại (OBE) đơn giản hóa đáng kể việc cài đặt hệ thống. Các van này chỉ yêu cầu nguồn điện 24 VDC tiêu chuẩn và tín hiệu lệnh công suất thấp. Các thiết bị điện tử trên bo mạch xử lý việc điều hòa tín hiệu, chuyển đổi nguồn (thường tạo ra điện áp làm việc ±9VDC từ nguồn cung cấp 24VDC), xử lý tín hiệu LVDT và điều chỉnh PID. Hiệu chuẩn tại nhà máy đảm bảo hiệu suất nhất quán trên nhiều van mà không cần điều chỉnh trường, giảm thời gian lắp đặt và loại bỏ sự thay đổi do điều chỉnh bộ khuếch đại bên ngoài.
Đường cong hiệu suất và đặc tính động
Bảng dữ liệu kỹ thuật cho van tỷ lệ bao gồm một số đường cong hiệu suất giúp định lượng hành vi động và trạng thái ổn định. Hiểu cách đọc các biểu đồ này sẽ giúp ích cho cả việc lựa chọn van và xử lý sự cố.
Đường cong trễ biểu thị tốc độ dòng chảy so với dòng điện điều khiển, hiển thị vòng đặc tính hình thành khi bạn tăng dòng điện (mở van) so với dòng điện giảm (đóng van). Độ rộng của vòng lặp này, được biểu thị bằng phần trăm của tổng phạm vi đầu vào, cho biết khả năng lặp lại của van. Van tỷ lệ chất lượng đạt được độ trễ dưới 8%, nghĩa là chênh lệch giữa đường dẫn mở và đóng kéo dài dưới 8% của toàn bộ phạm vi tín hiệu điều khiển.
Biểu đồ phản hồi từng bước cho thấy van phản ứng nhanh như thế nào trước sự thay đổi đột ngột của tín hiệu lệnh. Chúng thường hiển thị đầu ra của van (vị trí dòng chảy hoặc ống cuộn) đạt tỷ lệ phần trăm cụ thể (thường là 90%) của lệnh đầy đủ bước. Đối với van định hướng tỷ lệ tác động trực tiếp NG6, thời gian phản hồi bước điển hình là khoảng 100 mili giây, trong khi kích thước NG10 lớn hơn cần khoảng 165 mili giây. Thời gian phản hồi nhanh hơn (8-15 mili giây đối với một số thiết kế) cho thấy hiệu suất động tốt hơn nhưng thường có chi phí cao hơn.
Các đặc điểm dải chết xuất hiện trên biểu đồ hiển thị tín hiệu điều khiển tối thiểu cần thiết để tạo ra chuyển động ban đầu của ống cuộn. Một van có dải chết 20% cần 1/5 tín hiệu đầy đủ trước khi dòng chảy bắt đầu. Dải chết này tồn tại để khắc phục ma sát tĩnh và liên quan đến thiết kế chồng lên ống chỉ. Nếu không có sự bù dải chết thích hợp, van có độ phân giải điều khiển kém ở gần trung tâm, khiến việc định vị chính xác trở nên khó khăn.
Sự nhiễm bẩn và mài mòn ảnh hưởng trực tiếp đến các đường cong hiệu suất này theo những cách có thể dự đoán được. Khi các hạt tích tụ giữa ống và lỗ khoan, ma sát tĩnh sẽ tăng lên. Điều này biểu hiện dưới dạng vòng trễ mở rộng và dải chết tăng lên. Bằng cách lập biểu đồ định kỳ các đặc tính dòng chảy so với dòng điện thực tế và so sánh chúng với thông số kỹ thuật của nhà máy, đội bảo trì có thể phát hiện sự xuống cấp trước khi nó gây ra lỗi hệ thống. Khi độ trễ vượt quá giới hạn quy định từ 50% trở lên, van thường cần được vệ sinh hoặc thay thế.
| đặc trưng | Giao diện NG6 | Giao diện NG10 | Ý nghĩa kỹ thuật |
|---|---|---|---|
| Phản hồi bước (0 đến 90%) | 100 mili giây | 165 mili giây | Thời gian để đạt được sự thay đổi lưu lượng/áp suất động |
| Độ trễ tối đa | <8% | <8% | Độ lệch giữa tín hiệu tăng và giảm |
| Độ lặp lại | <2% | <2% | Tính nhất quán đầu ra cho đầu vào nhất định qua các chu kỳ |
| Áp suất vận hành tối đa (P, A, B) | 315 thanh (4.500 PSI) | 315 thanh (4.500 PSI) | Hạn chế thiết kế hệ thống về an toàn và tuổi thọ |
Mạch tích hợp hệ thống và ứng dụng
Sơ đồ van tỷ lệ đạt được ý nghĩa đầy đủ khi được xem trong các mạch thủy lực hoàn chỉnh. Sơ đồ hệ thống định vị thủy lực vòng kín điển hình bao gồm bộ nguồn (bơm và bình chứa), van điều khiển hướng tỷ lệ, xi lanh thủy lực làm bộ truyền động và cảm biến vị trí cung cấp phản hồi.
``` [Hình ảnh sơ đồ mạch thủy lực có van tỷ lệ] ```Sơ đồ mạch cho thấy sự sụt giảm áp suất tại các cổng van (thường được gắn nhãn là ΔP₁ và ΔP₂), minh họa cách đo lưu lượng kiểm soát cân bằng lực trên bộ truyền động. Đối với xi lanh có tỷ lệ diện tích 2:1 (các diện tích đầu piston và đầu thanh truyền khác nhau), van phải tính đến các yêu cầu về dòng chảy chênh lệch trong quá trình kéo dài và rút lại. Sơ đồ van tỷ lệ cho biết cấu hình cổng nào đạt được chuyển động trơn tru theo cả hai hướng.
Trong các ứng dụng ép phun, van tỷ lệ thủy lực kiểm soát chính xác lực kẹp, tốc độ phun và cấu hình áp suất trong suốt chu trình đúc. Các ứng dụng này yêu cầu nhiều van tỷ lệ hoạt động theo trình tự phối hợp, được phản ánh trong sơ đồ mạch phức tạp hiển thị van điều khiển áp suất để kẹp, van điều khiển dòng chảy cho tốc độ phun và điều khiển hướng chuyển động của khuôn.
Các thiết bị di động như cần cẩu và cầu di động sử dụng hệ thống thủy lực vòng kín trong đó các van tỷ lệ điều khiển đầu ra của bơm dịch chuyển thay đổi. Bằng cách điều chỉnh lưu lượng bơm thay vì tiêu tán năng lượng qua van tiết lưu, các hệ thống này đạt được hiệu quả cao hơn. Sơ đồ mạch thường hiển thị một bơm sạc duy trì 100 đến 300 PSI ở nhánh áp suất thấp của mạch chính, với các van tỷ lệ quản lý hướng, khả năng tăng tốc, giảm tốc, tốc độ và mô-men xoắn mà không có các bộ phận điều khiển áp suất hoặc dòng chảy riêng biệt.
Những cân nhắc về hiệu quả năng lượng ảnh hưởng lớn đến triết lý thiết kế mạch. Van điều khiển hướng tỷ lệ truyền thống đạt được sự kiểm soát thông qua việc tiết lưu, chuyển đổi năng lượng thủy lực thành nhiệt qua các lỗ đo. Bộ điều khiển tiêu tán này mang lại độ chính xác tuyệt vời cho bộ điều khiển nhưng đòi hỏi khả năng làm mát chất lỏng thích hợp. Ngược lại, điều khiển dịch chuyển thay đổi giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng bằng cách điều chỉnh nguồn thay vì tiêu tán dòng chảy dư thừa qua các van xả. Các nhà thiết kế phải cân bằng giữa tính đơn giản của việc điều khiển tiết lưu với lợi ích đạt được về hiệu quả từ các phương pháp tiếp cận dịch chuyển thay đổi.
Khắc phục sự cố hệ thống van tỷ lệ
Sự suy giảm hiệu suất ở các van tỷ lệ thường biểu hiện dưới dạng những thay đổi trong các đường cong đặc tính đã thảo luận trước đó. Hiểu các dạng lỗi này giúp thiết lập các quy trình chẩn đoán hiệu quả.
Sự ô nhiễm là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra các vấn đề về van tỷ lệ. Các hạt nhỏ tới 10 micromet có thể cản trở chuyển động của ống cuộn, gây ra hiện tượng ma sát (ma sát tĩnh cao) đòi hỏi dòng điện ban đầu tăng lên để khắc phục. Điều này xuất hiện khi dải chết tăng lên và vòng trễ mở rộng. Duy trì độ sạch của chất lỏng thủy lực theo tiêu chuẩn độ sạch ISO 4406 (thường là 19/17/14 hoặc cao hơn đối với van tỷ lệ) ngăn ngừa hầu hết các hư hỏng liên quan đến ô nhiễm.
Các vấn đề về trôi dạt và rò rỉ xuất phát từ sự mài mòn của phốt hoặc van bên trong. Khi vòng đệm bị xuống cấp, rò rỉ bên trong cho phép bộ truyền động bị trôi ngay cả khi van nằm ở vị trí trung tâm. Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất bịt kín. Nhiệt độ cao làm loãng chất lỏng và làm giảm chất lượng vật liệu bịt kín, trong khi nhiệt độ thấp làm tăng độ nhớt và giảm tính linh hoạt của phốt, cả hai đều gây ra các vấn đề về điều khiển.
Sự mệt mỏi của lò xo do đạp xe liên tục và tiếp xúc với nhiệt biểu hiện ở việc trở về vị trí trung tâm chậm hoặc không hoàn toàn. Các lò xo định tâm giúp đưa ống cuộn về trạng thái trung tính dần dần mất lực qua hàng triệu chu kỳ, cuối cùng cần phải thay thế hoặc tân trang lại van.
Sơ đồ xử lý sự cố có hệ thống thường bắt đầu bằng việc xác minh về điện. Kiểm tra điện áp nguồn điện (thường là 24 VDC ±10%), mức tín hiệu lệnh và tính toàn vẹn của hệ thống dây điện. Đo điện trở điện từ để phát hiện lỗi cuộn dây. Đối với các van có OBE, nhiều mẫu cung cấp đầu ra chẩn đoán cho biết các lỗi bên trong.
Chẩn đoán cơ học bao gồm kiểm tra áp suất tại các cổng van. Áp suất giảm lớn qua van (vượt quá thông số kỹ thuật) cho thấy tắc nghẽn hoặc hao mòn bên trong. Đo lưu lượng giúp xác minh rằng lưu lượng thực tế phù hợp với yêu cầu hệ thống ở các tín hiệu điều khiển nhất định. Giám sát nhiệt độ xác định tình trạng quá nhiệt do điều tiết quá mức hoặc làm mát không đủ.
Các chương trình bảo trì dự đoán nên bao gồm việc xác minh hiệu suất định kỳ. Bằng cách vẽ đồ thị các đặc điểm dòng chảy so với dòng điện thực tế hàng năm và so sánh chúng với các phép đo cơ bản, đội bảo trì có thể theo dõi sự xuống cấp dần dần. Khi độ trễ đo được tăng 50% so với thông số kỹ thuật ban đầu, hãy lên lịch làm sạch hoặc thay thế van trong thời gian bảo trì tiếp theo thay vì chờ hỏng hoàn toàn.
Chọn van tỷ lệ phù hợp
Khi bạn đang thiết kế một hệ thống hoặc thay thế các bộ phận, việc lựa chọn van tỷ lệ đòi hỏi phải cân bằng một số thông số kỹ thuật với các hạn chế về chi phí và không gian.
- Khả năng lưu lượng đến đầu tiên.Tính toán vận tốc truyền động cần thiết và nhân với diện tích piston để xác định tốc độ dòng chảy. Thêm giới hạn an toàn (thường là 20-30%) và chọn van có lưu lượng định mức bằng hoặc cao hơn yêu cầu này. Hãy nhớ rằng lưu lượng của van thay đổi theo độ giảm áp suất qua van; luôn kiểm tra đường cong dòng chảy ở mức chênh lệch áp suất vận hành của bạn.
- Định mức áp suất phải vượt quá áp suất hệ thống tối đavới biên độ an toàn thích hợp. Hầu hết các van tỷ lệ công nghiệp đều xử lý được 315 bar (4.500 PSI) trên các cổng chính, đủ cho hệ thống thủy lực công nghiệp và di động thông thường. Các ứng dụng áp suất cao hơn có thể yêu cầu van servo hoặc thiết kế tỷ lệ chuyên dụng.
- Vấn đề tương thích tín hiệu điều khiểnđể tích hợp hệ thống. Hầu hết các van hiện đại đều chấp nhận tín hiệu điện áp (±10V) hoặc dòng điện (4-20mA). Tín hiệu điện áp hoạt động tốt khi chạy cáp ngắn trong khi tín hiệu dòng điện chống nhiễu điện trên khoảng cách xa hơn. Xác minh đầu ra bộ điều khiển của bạn phù hợp với yêu cầu đầu vào van hoặc lập kế hoạch chuyển đổi tín hiệu phù hợp.
- Yêu cầu về thời gian đáp ứngphụ thuộc vào động lực ứng dụng của bạn. Đối với các thiết bị chuyển động chậm như máy ép hoặc các giai đoạn định vị, phản hồi 100-150 mili giây là đủ. Thay vào đó, các ứng dụng tốc độ cao như ép phun hoặc hệ thống treo chủ động có thể cần van servo có phản hồi dưới 20 mili giây.
- Cân nhắc về môi trườngbao gồm phạm vi nhiệt độ hoạt động, khả năng chống rung và hướng lắp đặt. Van có OBE mang lại khả năng chống rung vượt trội vì thiết bị điện tử được gắn trực tiếp vào thân van, loại bỏ các kết nối cáp dễ bị tổn thương giữa van và bộ khuếch đại. Nhiệt độ hoạt động thường dao động từ -20°C đến +70°C đối với các thiết kế tiêu chuẩn, với các phiên bản chuyên dụng dành cho các điều kiện khắc nghiệt.
Tương lai của công nghệ van tỷ lệ
Công nghệ van tỷ lệ tiếp tục phát triển theo hướng hiệu suất cao hơn và tích hợp thông minh hơn. Các thiết kế hiện đại ngày càng kết hợp chẩn đoán tiên tiến, cung cấp khả năng theo dõi sức khỏe theo thời gian thực và bảo trì dự đoán. Các giao thức truyền thông như IO-Link cho phép các van tỷ lệ báo cáo dữ liệu vận hành chi tiết bao gồm số chu kỳ, nhiệt độ, áp suất bên trong và các lỗi được phát hiện.
Sự hội tụ giữa hiệu suất van tỷ lệ và van servo vẫn tiếp tục. Khi các nhà sản xuất van tỷ lệ cải thiện độ chính xác gia công ống chỉ và triển khai các thuật toán điều khiển tiên tiến trong hệ thống OBE, khoảng cách hiệu suất sẽ thu hẹp lại. Đối với nhiều ứng dụng từng yêu cầu van servo đắt tiền, van tỷ lệ hiện đại có phản hồi LVDT giờ đây mang lại độ chính xác và khả năng lặp lại đầy đủ với chi phí thấp hơn đáng kể.
Hiệu quả năng lượng thúc đẩy sự đổi mới trong cả thiết kế thành phần và hệ thống. Hình dạng van mới giảm thiểu sự sụt giảm áp suất trong khi vẫn duy trì độ chính xác điều khiển, giảm sinh nhiệt và tiêu thụ điện năng. Các cải tiến ở cấp độ hệ thống bao gồm các chiến lược điều khiển thông minh phối hợp nhiều van tỷ lệ để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tổng thể thay vì điều khiển từng van một cách độc lập.
Hiểu sơ đồ van tỷ lệ cung cấp nền tảng để làm việc hiệu quả với các thiết bị tự động hiện đại. Cho dù bạn đang thiết kế hệ thống mới, khắc phục sự cố cài đặt hiện tại hay chọn thành phần để nâng cấp, khả năng diễn giải các ký hiệu tiêu chuẩn hóa này và ý nghĩa của chúng sẽ mang lại cho bạn cái nhìn sâu sắc quan trọng về hành vi và đặc điểm hiệu suất của hệ thống. Các sơ đồ không chỉ thể hiện các ký hiệu thành phần tĩnh mà còn gói gọn hàng thập kỷ cải tiến kỹ thuật trong công nghệ điều khiển điện-thủy lực.
