3.4 Van mực
3.4.1 Van hộp mực kiểu poppet
Trong một số thiết kế, poppet phù hợp với một khoang và được giữ ở vị trí bằng một nắp hoặc tấm trên cùng chứa tất cả các kết nối thí điểm. Loại khác được thiết kế để phù hợp với các khoang tiêu chuẩn được sử dụng bởi một số van hộp mực thông thường. Các yếu tố logic có các ống cuộn cân bằng có thể được điều chỉnh và phần lớn được sử dụng làm điều khiển áp suất. Những loại có poppet khơng cân bằng chủ yếu được sử dụng cho chức năng chuyển đổi như điều khiển hướng hoặc nơi chuyển động của poppet có thể bị hạn chế như điều khiển dòng.
Những ưu điểm chính của van kiểu poppet là:
- tốc độ dịng chảy rất cao đối với kích thước vật lý tương đối nhỏ
- có thể lấy được một con dấu dương
có thể hoạt động cực kỳ nhanh chóng nhưng cũng có thể dễ dàng điều chỉnh để chuyển đổi mềm.
- hình dạng của poppet hoặc trường học cùng với chỗ ngồi của nó có thể thay đổi để cung cấp các đặc tính vận hành khác nhau cho cụm van
Nhược điểm lớn là các poppets không cân bằng, phản ứng với sự thay đổi áp suất trên tất cả các cổng, có thể hoạt động sai do áp suất tăng. Đặc biệt cẩn thận phải được thực hiện trong thiết kế mạch để đảm bảo hoạt động an toàn. Các chuyển động mở và đóng của popet trong van hộp mực phụ thuộc vào áp suất và là chức năng của lực tác động lên ba khu vực.
Nếu:
-Aa là diện tích có hiệu quả của poppet tại cổng A
- Ab là diện tích có hiệu quả của poppet tại cổng B
- Ax là diện tích có hiệu quả của poppet tại cổng X -Ax = Aa + Ab
Trong van kiểu poppet cân bằng hiển thị theo biểu đồ và ký hiệu trong Hình 3.69 Ab = 0
và diện tích Aa và Ac bằng nhau.
X điều khiển chức năng của van. Nếu X được kết nối với cổng B, van sẽ hoạt động như một van một chiều cho phép dòng chảy từ A đến B bằng cách mở poppet nhưng ngăn dịng chảy từ B sang A bằng cách đóng nắp poppet. Nếu cổng X được kết nối với áp suất bên ngồi, van có thể được sử dụng để kiểm soát áp suất
Trong van kiểu poppet không cân bằng được thể hiện theo biểu đồ và biểu tượng trong Hình 3.7, có thể thu được các tỷ lệ diện tích khác nhau, điển hình là:
Aa:Ax = 1:1.1 tại Ab = 0.1Aa Aa:Ax = 1:1.05 tại Ab = 0.05 Aa Aa:Ax = 1:2 tại Ab = Aa
Với lỗ thông hơi X, áp suất tại cổng A hoặc B chỉ phải thắng lực lò xo phân cực đối với dòng chảy theo một trong hai hướng. Tuy nhiên, nó có thể bị đóng lại do áp lực lên cảng hoa tiêu phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích
Ví dụ 3.7
Hãy xem xét van thể hiện trong Hình 3.7, trong đó tỷ lệ As: X là 1: 1.1. Lực tác dụng bởi lò xo điều khiển tương đương với 3 bar và áp suất thí điểm là 7 bar, Ax = Aa + Ab
nếu
Aa: Ax = 1: 1,1
Ab: Ax = (1.1-1): 1.1 = 0,1: 1,1
khi dòng chảy từ A đến B áp suất cần thiết tại A để van vừa mở được tính bằng lực dập tắt trên poppet.
Px x Aa = (Px + lò xo) Ax Pa = (Px + lò xo) Ax / Aa = (7 + 3) (1.1 / 1) = 11bar
Nếu dòng chảy từ B đến A, áp suất cần thiết tại B để chỉ mở van một lần nữa thu được bằng cách cân bằng các lực trên poppet
Pb x Ab = (Px + lò xo) Ax Pb = (Px + lò xo) (Ax / Ab) do đó
Pb = (7 + 3) (1,1 / 0,1) = 110 bar
Do đó, một áp suất rất thấp trên cổng hoa tiêu X có thể cân bằng áp suất cao trên cổng B. Trong trường hợp khơng có áp suất tại cổng X, van sẽ mở để chảy theo một trong hai hướng với điều kiện áp suất tại cổng A hoặc B đủ để vượt qua lực sinh khối của lò xo. Áp suất thực tế cũng sẽ giảm theo tỷ lệ của các diện tích tấm thảm. Trong ví dụ này (trong đó Ax: Aa = 1.1: 1) khi Px bằng 0 van sẽ mở nếu Pa = 3.3 bar hoặc Pb = 33 bar Van hộp mực thường đóng
Các van được đóng lại trừ khi có tín hiệu điều khiển rất hữu ích để chặn mạch hoặc ngăn chuyển động của cơ cấu chấp hành.
Phần tử logic thể hiện trong Hình 3.71 thường đóng và sẽ khơng phản ứng với áp suất tại A hoặc B trong khi phi cơng được thơng gió. Áp suất hoa tiêu tại cổng X cần thiết để mở van được phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích hiệu dụng của poppet, lị xo sinh khí và áp suất ngược trên cổng A và B
Ax (Px - lò xo) = (Aa x Pa) + (Ab x Pb)
Ởdạng cơ bản, van hoạt động như một van một chiều vận hành bằng phi cơng. Có sẵn các biến thể có nguồn cung cấp hoa tiêu bên trong từ cổng A hoặc B thông qua một lỗ thốt nước. Chúng được giải thích chi tiết hơn trong phần này
Van poppet hoạt động cực kỳ nhanh chóng và đơi khi điều này có thể khơng mong muốn. Cửa sổ bật lên hạn chế cho phép chuyển đổi mềm và thậm chí có thể được sử dụng làm điều khiển luồng. Trong van cơ bản (Hình 3.72), bộ hạn chế được hình thành bởi một hình chiếu có khía trên mũi của tấm đệm. Khi poppet nâng lên, các rãnh thuôn nhọn được mở ra, dần dần mở đường dẫn dòng giữa các cổng A và B; kết thúc trơn tru cũng đạt được tương tự. Hành động được kiểm soát được gọi là 'chuyển mạch mềm'.
Khi được sử dụng như một bộ điều khiển dòng chảy, việc điều chỉnh được thực hiện bằng một thiết bị cơ học để hạn chế việc mở nắp. Dòng chảy bị hạn chế như nhau ở cả hai hướng nhưng van vẫn có thể được đóng lại bằng áp suất hoa tiêu tại cổng X (Hình 3.73)
Có thể bố trí điều khiển dịng chảy một chiều bằng cách tự điều khiển van từ một trong các cổng làm việc. Hoa tiêu từ cổng B ngăn dòng chảy từ B đến A trong khi cho phép dịng có kiểm sốt từ A đến B.
Các thiết bị hạn chế đột quỵ trên van hộp mực là công cụ hỗ trợ hữu ích để bảo trì. Chúng có thể được vặn hồn tồn về nhà để cách ly mạch điện hoặc thiết bị truyền động. Trong trường hợp hộp mực thường đóng, một bộ hạn chế hành trình có thể được sử dụng để 'mở' van để làm giảm áp suất một mạch hoặc mở khóa một thiết bị truyền động để cho phép chuyển động bằng tay
Hìn
h 3.73: Điều khiển lưu lượng( hai chiều)
Van ống điều khiển bằng điện từ
Bằng cách kết hợp với điều khiển hướng hoạt động bằng điện từ thông thường, phần tử logic có thể được sử dụng như một van điện từ hai vị trí, hai cổng được điều khiển đường dẫn bên trong( hình 3.74). Nếu lưu lượng đi từ A đến B thì với điện tử khử năng lượng, đầu mở ra so với lị xo và có dịng chảy qua van. Khi điện từ được cung cấp năng lượng thì đầu đó được giữ bởi áp suất đầu vào trong ống. Đi từ B đến A và với điện từ khử năng lượng, van đường dẫn bị đóng. Cung cấp năng lượng cho bộ điện từ giải phóng tín hiệu cho phép ụ động đó mở dựa vào lị xo.
Van ống lỗ
Một lỗ trong ụ động cung cấp một luồng lưu lượng đến cổng X từ các cổng làm việc. Hoạt động của van được điều khiển bởi chặn hoặc thông hơi cổng X. Khi cổng X bị chặn áp suất từ cổng làm việc thích hợp trên diện tích ụ động đầy và đóng van. Điều này được biểu thị một cách tượng trưng như trên hình 3.75 tại (a) là điều khiển bên trong từ cổng A, (b) từ cổng B and (c) từ A hoặc B. Trong cả ba sự sắp xếp khi điện từ được khử năng lượng và cổng X được thơng trong hình 3.75(a) chỉ cho phép lưu lượng trong van từ B đến A. Sự sắp xếp trong hình 3.75(b) cho phép lưu lượng từ A đến B và điều đó trong hình 3.75(c) ngăn chặn lưu lượng từ một trong hai hướng.
Hình 3.75: Van hộp mực lỗ. Đường dẫn bên trong: (a) từ cổng A; (b) từ cổng B; (c) từ cổng A hoặc B.
Chuyển đổi từ xa của các phần tử hộp mực
Hình 3.76 cho xem van hộp mực hai vị trí hai cổng được điều khiển bên ngồi từ một nguồn áp suất từ xa P. Bằng cách cung cấp năng lượng điện từ, đường dẫn dòng chảy qua van hộp mực bị chặn; với điện từ khử năng lượng dòng chảy tự do đi từ A đến B và từ B về A. Van điện từ có thể được cung cấp ngược lại để cung cấp năng lượng cho điện từ sẽ mở ra đường dẫn dịng chảy qua hộp mực. Họ có thể sử dụng van an tồn để xả bớt lưu lượng bơm trong trường hợp hỏng điều khiển chu kỳ. Hoạt động của van sẽ rất sẽ rất
nhanh dẫn đến tăng áp suất do đóng hoặc mở nhanh. Hiệu ứng này có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng tấm đẹm loại bộ hạn chế để mở hoặc đóng dần đường dẫn dòng chảy. Một cải tiến khác thường là lắp một bộ hạn chế thường là một lỗ cố định vào đường dẫn để làm chậm chuyển động của tấm đệm. Khởi đầu mềm mại cho một hệ thống. Bằng cách sử dụng một bộ chặn cơ học có thể điều chỉnh được giới hạn chuyển động của tấm đệm, van trở thành van điều khiển lưu lượng biến đổi hoạt động bằng điện từ từ xa (Hình 3.77). Điện từ khơng thay đổi tốc độ dịng chảy. Điều này được cài đặt trước bởi bộ điều khiển cơ học và sẽ giống nhau theo cả hai hướng và nó khơng được bù áp suất độ nhớt. Bộ điện từ được sử dụng để bật và tắt van theo yêu cầu.
Hình 3.76: Đường dẫn bên ngồi, van hộp mực hai cổng hai vị trí
HÌnh 3.77: Van điều khiển lưu lượng biến đổi hoạt động bằng điện từ từ xa
Nguồn điều khiển đường dẫn
Phần tử logic của hộp mực có thể là:
(a) Đường dẫn tự động được sử dụng một trong hai hoặc cả hai của cổng làm việc (e. g. Hình 3.74)
(b) Đường dẫn bên trong từ cổng làm việc qua lỗ bên trong ụ động (e. g. Hình 3.75)
(c) Đường dẫn bên ngoài từ nguồn điều khiển áp suất ( e. g. Hình 3.76)
Các thành phần tự hoặc được thử nghiệm nội bộ là các thử nghiệm nội bộ. Sự hiện diện của áp suất đường dẫn phụ thuộc vào áp lực tại khu vực làm việc. Áp suất đường dẫn có thể sẵn sàng mọi lúc, không phụ thuộc vào điều kiện tại các cổng làm việc.
Lực chọn phương pháp thí điểm chính xác là quan trọng trong thiết kế mạch. Việc sử dụng các thành phần đường dẫn nội bộ nhằm đơn giản hóa thiết kế mạch và ống góm nhưng cần phải xem xét toàn bộ chu kỳ vận hành khi kiểm tra xem có nguồn ống dẫn khơng. Đường dẫn bên ngồi đơi khi dẫn đến mạch phức tạp hơn nhưng có thể một số hoạt động điều khiển khác nhau trong hệ thống được thực hiện bởi một phần tử duy nhất.
Chyển đổi nhiều phần tử
Cần có bốn phần thử lơgic hộp mực để điều khiển một máy nghiền thủy lưc tác động kép. Thao tác với các đường ống thí điểm để mở hoặc đóng 4 phần tử logic một cách đập lập cho phép đạt được 12 điều kiện van ống đệm 4 cổng tương đương. Chúng được lập bảng như trong hình 3.78. Mỗi tín hiệu đường dẫn phải được điều khiển bởi một phân đoạn riêng biệt van điều khiển. Các điều kiện đa dạng này cho phép thiết bị truyền động:
Hình 3.78: Mười hai điều kiện van bốn cổng tương đương Được điều khiển theo một trong hai
hướng Được khóa ở van trung tâm
Không được phép kéo dài nhưng được phép rút lại và ngược lại
Nếu các kết nối ống dẫn được phép theo cặp, tức là W + Y = X + Z và được điều khiển bởi van hai vị trí và bốn cổng, mạng lưới sẽ hoạt động nhưng một đường dẫn bốn cổng hai vị trí van hoạt động, trạng thái van ống đệm tương đương thứ ba và thứ tư được lập bảng trong Hình 3.78. Xi lanh chỉ thể dừng lại ở cuối hành trình của nó và nếu van điều khiển là loại lò xo điện tử đơn trở lại thì xi lanh sẽ ln đặt về lại một hành trình. Sử dụng van điều khiển ba vị trí cho phép sử dụng van ống đệm thứ nhất hoặc thứ hai trạng thái cũng đạt được, tùy thuộc vào điều kiện trung tâm của van được chọn. Van ống điều khiển áp suất
Chúng bao gồm một ụ động cân bằng ( tức là với tỉ lệ 1:1) với đường dẫn có thể kết nối với van điều khiển áp suẩt cái đó có thể được tích hợp hoặc điều khiển từ xa với van ống. Trong Hình 3.79, cổng A kết nối với nguồn cung cấp áp suất để được điều khiển và cổng B sẽ tới thùng chứa. Các lỗ thốt khí trong các đường dẫn có tác dụng làm giảm áp suất bất kỳ và ngăn chặn hiện tượng rung. Cổng V là một cổng thơng hơi có thể được sử dụng để thơng hơi van từ xa hoặc cho van hoạt động với áp suất thấp hơn so với cài đặt của van giảm áp chính. Thể hiện sơ đồ trong Hình 3.80. Trong mạch này, trạng thái của van
điều khiển trong hướng đường thông hơi xác định nguồn điều khiên của van điều khiển. Trong điều điện trung tâm , dịng được thơng hơi và áp suất tại cổng A chỉ phải được qua lị xo van ống. Với van ở tình trạng “đường xe điện”, điều khiển bằng bộ điều khiển từ xa trong khi “giao nhau” bộ giảm áp bên trong cài đặt áp lực hoạt động.
Hình 3.80: Điều khiển áp suất từ xa
Áp suất có thể được điều khiển điện bằng cách thay thế một số tỉ lệ van điều khiển áp suất van xả bên ngồi RV2 trên Hình 3.80. Nếu loại điều khiển đó được thơng qua, khuyến nghị rằng áp suất thí điểm hoạt động bằng tay bên trong RV1 ( thiết lập ở áp suất mạch tối đa) vẫn được kết hợp trong trường hợp trục trặc hoặc sự cố của nguồn cung cấp điên cho van tỉ lệ( van tỉ lệ đượng thảo luận thêm trong chương 8)