Nguyên lý hoạt động của van thuỷ lực chi tiết

Hệ thống thủy lực đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp và thiết bị cơ giới hiện đại. Nhờ khả năng truyền lực mạnh mẽ và khả năng điều khiển linh hoạt, chúng giúp các bộ phận máy móc vận hành hiệu quả hơn. Trong nội dung hôm nay, chúng ta sẽ cùng khám phá nguyên lý hoạt động của van thủy lực – một thành phần quan trọng quyết định hiệu suất và độ chính xác trong toàn bộ hệ thống.

Xem thêm: Cấu tạo van tiết lưu thuỷ lực đầy đủ

Đôi nét về van thuỷ lực

Van thủy lực, hay còn gọi trong tiếng Anh là hydraulic valves, là bộ phận thiết yếu giúp hệ thống thủy lực vận hành một cách ổn định và đồng bộ. Chúng đảm nhận vai trò điều tiết áp suất, kiểm soát mô-men xoắn và hướng chuyển động của chất lỏng, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ và các thiết bị truyền động.

Trong hầu hết các hệ thống thủy lực hiện đại, sự hiện diện của van thủy lực là điều gần như bắt buộc. Một hệ thống có thể cần đến một hoặc nhiều loại van khác nhau, tùy theo chức năng yêu cầu. Một số van có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất nhằm bảo vệ bơm và các bộ phận khỏi tình trạng quá tải hoặc quá nhiệt. Những loại khác lại giúp điều hướng dòng chảy dầu thủy lực trong các đường ống, xilanh và thiết bị chấp hành.

Việc lựa chọn đúng loại van thủy lực phù hợp với mục đích sử dụng sẽ quyết định hiệu quả vận hành của toàn bộ hệ thống. Chính vì thế, hiểu rõ từng loại van và nguyên lý hoạt động của van thủy lực là điều vô cùng quan trọng để đảm bảo hệ thống đạt hiệu suất cao, an toàn và bền bỉ.

Phân loại các loại van thuỷ lực hiện nay

Trong hệ thống thủy lực, các loại van điện từ thủy lực được chia thành ba nhóm chính dựa theo chức năng điều khiển: van điều khiển áp suất, van điều khiển hướng, và van điều khiển lưu lượng.

Van điều khiển áp suất: Loại van này chịu trách nhiệm kiểm soát và điều chỉnh áp suất trong hệ thống thủy lực, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và an toàn. Một số loại van tiêu biểu trong nhóm này bao gồm: van an toàn thủy lực, van cân bằng, van tuần hoàn và van giảm áp.

Van điều khiển hướng (van điện từ điều hướng): Được sử dụng để thay đổi hướng dòng chảy của lưu chất theo yêu cầu vận hành. Van có thể thực hiện các chức năng như chuyển hướng, đảo chiều, hồi lưu hoặc chặn dòng. Đây là loại van phổ biến nhất trong thực tế, có mặt trong hầu hết các hệ thống thủy lực hiện đại với đa dạng mẫu mã và thương hiệu.

Van điều khiển lưu lượng: Giúp người vận hành kiểm soát lưu lượng dòng chất lỏng hoặc khí trong đường ống theo mức mong muốn. Các dòng van thường gặp trong nhóm này bao gồm van bi, van cầu, van cánh bướm,… tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật.

Nguyên lý hoạt động của van thuỷ lực

Trong hệ thống thủy lực, mỗi loại van đảm nhận một chức năng riêng biệt, phù hợp với yêu cầu vận hành cụ thể. Tùy theo thiết kế và mục đích sử dụng, các loại van sẽ có cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van thủy lực khác nhau. Dưới đây là những nhóm van phổ biến nhất hiện nay:

1. Van điều khiển hướng (Directional Control Valves)

Đây là dòng van được sử dụng phổ biến nhất với nhiệm vụ chính là điều hướng dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống. Các loại van điều khiển hướng thường gặp gồm:

Van 1 chiều: Cho phép chất lỏng đi qua theo một hướng nhất định và ngăn chặn dòng chảy ngược. Gồm:

Dạng trượt: Cần lắp đặt nằm ngang để đảm bảo vận hành trơn tru.

Dạng cửa xoay: Cửa xoay mở ra khi có áp lực chất lỏng và tự đóng lại khi áp suất giảm.

Van 3/2: Gồm ba cửa (vào, ra, xả) và hai vị trí làm việc. Dùng để điều khiển xi lanh đơn. Khi chưa cấp điện, cửa vào đóng – khi có điện, cửa vào mở thông với cửa làm việc.

Van 4/2: Tương tự van 3/2 nhưng có thêm một cửa làm việc, hỗ trợ điều khiển chính xác hơn.

Van 4/3: Bao gồm 4 cửa (1 vào, 2 làm việc, 1 xả) và 3 vị trí làm việc. Thường dùng trong hệ thống yêu cầu điều khiển nhiều trạng thái của xi lanh.

Van 5/2 và 5/3: Được dùng với xi lanh tác động kép. Van 5/3 cho phép trạng thái trung gian – giúp xi lanh đứng yên khi cần.

2. Van điều khiển áp suất (Pressure Control Valves)

Nhóm van này có nhiệm vụ ổn định hoặc điều chỉnh áp suất trong hệ thống nhằm bảo vệ thiết bị và duy trì hiệu suất. Gồm các loại:

• Van an toàn (Relief Valve): Tự động mở để xả áp suất khi vượt quá ngưỡng, tránh gây hư hại cho hệ thống.
• Van cân bằng: Giữ áp suất ổn định để cân bằng tải, giúp cơ cấu không tự dịch chuyển dưới tác động của trọng lượng.
• Van tuần tự: Điều khiển quá trình vận hành theo trình tự định sẵn, chỉ cho phép dòng chảy tiếp theo khi đạt áp suất quy định.
• Van giảm áp (Pressure Reducing Valve): Dùng trong hệ thống có nhiều nhánh với áp suất làm việc khác nhau, giúp ổn định áp ở các khu vực cần thiết.

3. Van điều chỉnh lưu lượng (Flow Control Valves)

Hay còn gọi là van tiết lưu, chức năng chính là kiểm soát tốc độ dòng chảy của chất lỏng.

Van tiết lưu cố định: Không điều chỉnh được lưu lượng, thường lắp đặt cố định ở vị trí cần giảm tốc độ.

Van tiết lưu điều chỉnh: Có thể tăng/giảm lưu lượng tùy ý qua vít điều chỉnh. Có các dạng:

• 1 chiều: Chỉ điều chỉnh được theo một chiều.
• 2 chiều: Cho phép điều chỉnh lưu lượng ở cả hai chiều dòng chảy.

Nguyên lý hoạt động chung của van thủy lực

Dù cấu tạo khác nhau, các loại van thủy lực đều vận hành dựa trên những nguyên tắc cơ bản sau:

Đóng/mở dòng chất lỏng để kiểm soát lưu thông hoặc ngăn chặn dòng chảy.

Điều chỉnh tốc độ dòng chảy và áp suất theo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.

Định hướng dòng chảy, phân phối dầu đến các vị trí cần thiết nhằm kiểm soát chuyển động cơ cấu chấp hành.

Ưu và nhược điểm của van thuỷ lực

Ưu điểm của van điện từ thủy lực

Van điện từ thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động nhờ vào hàng loạt ưu điểm nổi bật như:

• Đa dạng về kích thước và vật liệu chế tạo, giúp phù hợp với nhiều quy mô hệ thống và điều kiện môi trường khác nhau, từ môi trường công nghiệp thông thường đến môi trường khắc nghiệt.
• Tương thích với nhiều mức điện áp (từ thấp đến cao), cho phép tích hợp linh hoạt vào nhiều thiết bị mà vẫn đảm bảo an toàn cho người vận hành.
• Hiệu quả trong điều khiển dòng chảy, giúp kiểm soát hướng đi và lưu lượng chất lỏng một cách nhanh chóng, chính xác và ổn định.
• Tốc độ phản hồi nhanh, khả năng đóng/mở tức thời mà không gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong hệ thống.
• Vận hành tự động bằng tín hiệu điện, có thể lắp đặt ở những vị trí nguy hiểm, trên cao hoặc khu vực độc hại – nơi con người không thể trực tiếp thao tác.
• Dễ dàng lắp đặt và thay thế, với các linh kiện phổ biến, dễ tìm, giúp giảm thời gian bảo trì và sửa chữa.
• Ứng dụng linh hoạt trong nhiều ngành nghề khác nhau, từ sản xuất công nghiệp, chế biến thực phẩm, ngành hóa chất cho đến các hệ thống xử lý nước và thiết bị dân dụng.

Nhược điểm của van điện từ thủy lực

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, van điện từ thủy lực cũng tồn tại một số hạn chế cần lưu ý khi lựa chọn và sử dụng:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với một số loại van cơ học, đặc biệt đối với hệ thống yêu cầu mức độ tự động hóa phức tạp.
• Tăng chi phí vận hành do sử dụng điện năng, nhất là trong các hệ thống hoạt động liên tục.
• Cuộn dây điện từ dễ bị hư hỏng nếu hoạt động liên tục hoặc không được bảo trì đúng cách, dẫn đến gián đoạn hệ thống.
• Nguy cơ cháy nổ trong trường hợp hệ thống bị quá tải từ trường hoặc vận hành trong thời gian dài mà không ngắt nghỉ.
• Yêu cầu nguồn điện ổn định, việc thay đổi điện áp đột ngột có thể gây hỏng thiết bị hoặc mất an toàn cho hệ thống.

Xem thêm: Ký hiệu các loại van thuỷ lực