Van phân phối khí nén điện từ và lưu ý khi mua sẽ giúp anh em thiết kế và logistic tránh được những sai lầm khi xây dựng hệ thống khí nén. Trước khi xây dựng bất kì một hệ thống khí nén nào, cho dù đơn giản chỉ với 1 xi lanh hay cả một dây chuyền tự động hóa, các kĩ sư thủy khí bao giờ cũng phác thảo ra những thiết bị khí nén sẽ sử dụng và tìm hiểu xem, liệu rằng chúng có sẵn trên thị trường hay không. Một thiết bị phải chờ đặt hàng từ nước ngoài hàng tháng trời cũng làm cho cả hệ thống không hoạt động được. Bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về van khí nén. Let’s go !
Trong hệ thống khí nén có rất nhiều loại van như van an toàn, van giảm áp, van phân phối, van tiết lưu, van đối trọng, van xả nhanh… Các loại van trên có thể được điều khiển bằng tay thủ công, van điều khiển khí nén, van điều khiển điện từ… Trong đó, van khí nén điện từ ngày nay được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất do đáp ứng được quá trình tự động hóa.
Trong bài viết này, mình sẽ tập trung nhiều vào van phân phối khí nén điện từ, bởi loại van phân phối khí nén điện từ được sử dụng trong bất kì một hệ thống khí nén nào. Với tần suất hoạt động nhiều hơn bất cứ một loại van khí nén nào khác, loại van điều khiển hướng này có thời gian sử dụng ngắn hơn những loại van khác rất nhiều. Hư hỏng van trong hệ thống chủ yếu là do hư hỏng van phân phối khí nén điện từ.
van khí nén
Rồi, anh em đi vào chức năng của van phân phối nói chung trước nhé.
1. Chức năng của van phân phối khí nén điện từ
Trước tiên giải thích cho anh em cụm từ dài ngoằng van phân phối khí nén điện từ. Trong hệ thống khí nén, tất cả các thiết bị được đặt tên theo chức năng và kiểu điều khiển của nó. Đôi khi, nếu đã hiểu kiểu điều khiển với nhau, các kĩ sư khí nén có thể bỏ kiểu điều khiển mà chỉ cần gọi van theo chức năng của nó.Tất nhiên, tên của các thiết bị mà họ gọi cũng sẽ trùng khớp với tên của thiết bị theo quy chuẩn chung của thế giới.
Vậy thì anh em có thể hiểu ngay van phân phối khí nén điện từ là gì rồi đúng không nào. Van theo nghĩa thông thường, anh em gặp rất nhiều, dù không theo nghề thủy lực khí nén. Van là một thiết bị hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái đóng mở để từ đó làm thay đổi lưu lượng môi chất đi qua nó. Đây là một định nghĩa chung nhưng rất rõ ràng. Mình sẽ giải thích thêm cho mấy bạn ở bộ phận mua hàng nhé.
Van sẽ đóng mở dưới sự tác động của điện, của tay người hay cơ cấu tự động nào đó. Tác động này người ta gọi là kiểu điều khiển. Lát nữa mình sẽ giải thích thêm cho các bạn ở phần kiểu điều khiển của van. Khi van đóng mở như vậy, môi chất trong hệ thống, chính là nước, dầu, hóa chất, khí… nói chung tồn tại dưới dạng thể khí lỏng đều được, chúng sẽ bị giữ lại hoặc được lưu thông để chảy đi đâu đó.
Tiếp theo là cụm từ van phân phối. Van phân phối tức hay còn gọi là van điều khiển hướng. Trong tiếng anh, van phân phối là Directional valve. Kĩ hơn một chút nhé, van điều khiển hướng của dòng chảy theo các hướng tùy thuộc vào mục đích. Giả sử van phân phối dùng để điều khiển trạng thái xi lanh khí nén. Nếu muốn xi lanh chuyển động từ trái qua phải, thì van phân phối sẽ thay đổi trạng thái để đưa dòng khí mang năng lượng sang khoang trái. Nếu muốn xi lanh chuyển động từ phải qua trái, van phân phối sẽ thay đổi trạng thái để đưa dòng khí mang năng lượng sang phải. Hoặc nếu muốn xi lanh khí nén dừng, van sẽ đóng mà không đưa bất cứ dòng khí nào vào khoang của xi lanh. Anh em nhìn hình rõ rồi đúng không nào.
Van phân phối thay đổi trạng thái xi lanh khí nén
Cụm từ cuối cùng, van phân phối khí nén điện từ chính là nói lên kiểu điều khiển của van. Trong thực tế, như đã đề cập ở trên, van nói chung, van phân phối cũng vậy, chúng ta sẽ có thể thay đổi trạng thái của van bằng lực tay thủ công, bằng lực điện từ, bằng lực đẩy khí nén, bằng lực đẩy thủy lực.
Chi tiết các kiểu điều khiển van, anh em nhìn vào tên anh em cũng hiểu. Mình sẽ đi sâu giải thích hơn một chút về kiểu điều khiển điện từ ở phần sau nhé. Anh em cũng lưu ý thêm rằng, van đóng mở ( shut off valve) cũng là một loại van phân phối đấy.
2. Cấu tạo van phân phối khí nén điện từ
Van khí nén trong hệ thống
Tìm hiểu về cấu tạo của van phân phối khí nén điện từ, anh em sẽ hiểu sâu về phần nguyên lí hoạt động phía dưới. Một sự thật hiển nhiên rằng, các loại van nói chung, van phân phối khí nén điện từ nói riêng cho dù trong các hệ thống cũ, ngay cả hiện tại và tương lai xa nữa, chưa từng tồn tại bất cứ một loại van made in Việt Nam nào.
Anh em cứ thử lên google seach thử valve made in Việt Nam cho google nó tìm kiếm toàn cầu xem có hay không. Đáng buồn thật!
Một xíu nữa lạc đề thôi để anh em hiểu tình hình ngành thủy khí nước nhà là, về cấu tạo, về nguyên lí hoạt động của van khí nén thì ai tìm hiểu hay qua đào tạo từ nước ngoài hoặc trong nước đều có thể hiểu rõ thế nhưng đều không thể gia công sản xuất van khí nén. Còn nhớ một thầy học tiến sĩ trên phòng thí nghiệm bộ môn Máy và Tự động thủy khí, Viện Cơ khí Động Lực, Đại học Bách Khoa Hà Nội nói rằng, không có bất cứ công ty nào, xưởng sản xuất nào có thể tạo ra một thiết bị, một phần tử thủy lực khí nén nào có thể mang vào thương mại được.
Các nhà sản xuất van khí nén nổi tiếng festo, smc, parker, airtac
Đây là tình trạng chung rồi anh em ạ. Van phân phối khí nén điện từ của chúng ta cũng như vậy. Sự chính xác cao và dung sai cho phép quá nhỏ để đảm bảo kín khít khiến cho các máy gia công của chúng ta trở thành lạc hậu, phương pháp gia công của chúng ta trở nên lỗi thời và các kĩ sư chế tạo trở thành thợ không lành nghề.
Qua lời kể của giáo sư tiến sĩ Ngô Sĩ Lộc, già dặn nhất viện mà mình may mắn là khóa cuối cùng được học, người có bằng phát minh được Mỹ công nhận kể, sinh viên xuất sắc nhất đạt 53 điểm 10 tuyệt đối khi còn học tại Liên Xô ngành thủy lực khí nén. Thầy kể rằng, trước kia cũng có nhà máy cơ khí chính xác của nhà nước mở ra ở Golden Land Thanh Xuân để chế tạo các thiết bị thủy lực. Một thời gian hoạt động nhưng cũng không hiệu quả, bơm không lên nổi 200 bar.
Nói như vậy thì cũng đã từng có nhà máy sản xuất thiết bị thủy lực khí nén ở nước ta. Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lí và phương pháp chế tạo, xong việc sản xuất lại là vấn đề khác. Hi vọng trong tương lai, chúng ta sẽ có những công ty chế tạo các thiết bị thủy lực khí nén.
Quay trở lại bài viết của chúng ta, mặc dù không sản xuất ra được, xong việc tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí, sẽ giúp anh em có thể lựa chọn và sử dụng thiết kế chúng cho hệ thống.
Về cấu tạo, van phân phối khí nén điện từ gồm 3 phần chính: phần vỏ van, phần lõi van( gioăng phớt làm kín đi kèm) và phần điều khiển van.
Cấu tạo van phân phối khí nén
2.1 Phần vỏ van phân phối khí nén điện từ
Phần vỏ van phân phối khí nén điện từ trong tiếng anh là housing.
Vỏ van khí nén
Phần vỏ van hay còn gọi là phần body của van. Vỏ van có kích thước lớn nhất trong van phân phối khí nén điện từ và nó được coi là chi tiết cơ sở. Vỏ van có nhiệm vụ tạo thành dòng cho môi chất khí nén đi qua. Các chi tiết khác là lõi van con trượt và cuộn hút điều khiển van sẽ được gắn lên phần vỏ van này.
Về phần vật liệu để tạo ra vỏ thân van, tùy thuộc vào mục đích sử dụng, tùy thuộc vào môi chất khí( không khí, ni tơ, oxi, heli, argon ….), chất lỏng( dầu, hóa chất, nước, nước biển), tùy thuộc vào điều kiện làm việc như nhiệt độ, áp suất… rất rất nhiều điều kiện, mà người ta có thể sử dụng vật liệu khác nhau để sản xuất thân van. Tất nhiên tỏng bài này là van phân phối khí nén điện từ nên mình sẽ loại trừ hẹp đi phần môi chất.
Hai vật liệu thường được sử dụng nhất để sản xuất van phân phối khí nén điện từ là thép không gỉ stainless và đồng Brass.
van khí nén thép không gỉ
Thép không gỉ hay được sử dụng để sản xuất van phân phối khí nén điện từ là thép 304 hoặc 316L với thành phần chính là sắt và crom với niken chống ăn mòn hiệu quả
Thân van sản xuất từ thép không gỉ dùng rộng rãi trong công nghiệp bởi đặc tính độ bền cao, chống mài mòn tốt, chống ăn mòn, dễ tạo phôi đúc, dễ gia công bằng các phương pháp thông thường trên máy CNC như khoan, tiện, khoét…
Thép không gỉ có ưu điểm là chống được sự ăn mòn nên có thể sử dụng được ngay cả ở hệ thống khí nén ngoài biến với sự tiếp xúc của nước biển.
2 loại thép không gỉ SUS 304 và SUS 316 được sử dụng để làm thân van phân phối khí nén điện từ giúp van có thể hoạt động ở nhiệt độ và áp suất cao. Thép không gỉ thường có nhiệt độ nóng chảy ở trên 1000 độ C, ví dụ nhiệt độ nóng chảy của inox 304 là 1400-1450 ° C nên với khoảng nhiệt độ của các môi chất hệ thống khí nén chỉ vài chục độ, chúng có thừa khả năng về hệ số nhiệt an toàn. Lưu lượng dòng khí có thể chảy với tốc độ cao mà không lo bị mài mòn.
van khí nén bằng đồng
Vật liệu còn lại để sản xuất thân van phân phối khí nén điện từ là đồng thau Brass. Đồng thau có thành phần chính là đồng nguyên chất Cu và kẽm Zn. Đồng cũng mang trong mình khả năng chống ăn mòn hiệu quả. Cơ tính đúc và hàn của đồng thau tốt hơn thép không gỉ rất nhiều. Tuy nhiên, đồng thau luôn luôn chưa một lượng chì Pb dưới 2% nên có vẻ như, van làm bằng đồng thau không được chấp nhận trong những ngành công nghiệp hóa dược phẩm hay thực phẩm.
Đồng thau có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng dưới 1000 độ C, thấp hơn của thép không gỉ song cũng đáp ứng được hầu hết các ứng dụng khí nén.
So sánh van thép không gỉ và van đồng cho anh em thấy, mặc dù chúng đều được sử dụng làm vật liệu sản xuất van có cơ tính gần gần như nhau, đều có khả năng chống gỉ, song vẫn có một chút khác biệt.
Thứ nhất, xét về giá cả, đây là yếu tốt đầu tiên mà mấy chị em nhà logistic quan tâm nhất. Van đồng sẽ rẻ hơn so với van thép không gỉ. Đây là do giá nguyên liệu trên thị trường quyết định.
Thứ 2, chất liệu thép không gỉ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn đồng thau( 1500 > 1000 độ).
Thứ 3, Van làm bằng đồng thau có tính chất chịu hàn tốt hơn van làm bằng thép không gỉ. Tất nhiên, ít khi van người ta dùng phương pháp gia công là hàn, xong vẫn tồn tại chứ không hẳn là không có.
Thứ 4, khả năng chống ăn mòn. Xét chung chung thì cả 2 loại van đồng và van làm bằng thép không gỉ đều chống ăn mòn được. Nếu xét sâu hơn thì van thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn cao hơn so với van đồng. Thế nên, van thép không gỉ thoải mái dùng trong môi trường nước biển.
van khí nén trong thực phẩm
Thứ 5 là yếu tốt tạo nên sự khác biệt cuối cùng của van đồng và van thép không gỉ. Luôn tồn tại một lượng chì nhất định trong đồng thau. Chì có hại cho sức khỏe con người thế nên, trong hầu hết và tất cả các trường hợp, không bao giờ được phép sử dụng van đồng trong các ứng dụng hóa học dược phẩm, thực phẩm. Van thép không gỉ thì thoải mái vì không gây hại cho con người.
2.2 Phần lõi van phân phối khí nén điện từ
Lõi van phân phối khí nén điện từ trong tiếng anh là spool.
Lõi van khí nén
Phần lõi van phân phối khí nén điện từ hay còn gọi là con trượt van hay cũng có thể được gọi là piston van. Lõi van này sẽ trượt dọc theo vỏ van để làm kín hoặc trả lại không gian rỗng cho van giúp khí lưu thông từ cửa nạp lên cửa đẩy và từ cửa hồi ra cửa xả.
Làm thế nào mà van phân phối khí nén điện từ có thể thay đổi trạng thái được? đó là nhờ sự dịch chuyển dọc theo van của lõi van. Lực điện từ sẽ được cuộn hút( mình sẽ tìm hiểu ở ngay phần sau) sinh ra và hút lõi van khiến piston van di chuyển để có thể thay đổi trạng thái van.
Lực hút tạo ra thông thường không lớn lắm, nguồn 24 V thường được cung cấp cho các cuộn hút.
nguyên lí hoạt động của cuộn hút
Về vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ, chúng phải có tính chất từ để cuộn hút có thể tác động được tốt. Có nhiều vật liệu mang tính chất từ như thép, coban, niken nhưng bên cạnh đó, chúng còn phải đáp ứng được các điều kiện phụ như độ bền, giá cả, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn….
Thép carbon là vật liệu truyền thống được sử dụng làm vật từ tính. Ngoại trừ thép không gỉ 304 ra thì tất cả các loại thép khác đều có thể được từ hóa và dùng làm lõi van điện từ.
Thép có tỉ lệ hàm lượng carbon càng cao thì tạo ra từ tính càng mạnh. Anh em biết rằng là thép có thành phần chính là sắt Fe cộng với carbon dưới 2% đúng không nào. Càng ít carbon, tức là càng gần về sắt Fe nguyên chất thì khi từ hóa, từ tính của thép càng mạnh.
Sau khi quá trình từ hóa được diễn ra, thép sẽ giữ từ tính đó mãi mãi và không bao giờ mất đi. Chúng ta sẽ không thể làm mất đi khả năng từ bằng việc cố gắng khử tính chất từ. Một sự thật thật thú vị anh em ạ.
Vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ đầu tiên là oxit sắt. Trong thực tế, các oxit của các kim loại khác như mangan oxit, coban oxit cũng có thể được sử dụng để từ hóa, miễn sao độ từ thẩm của nó lớn hơn 1. Độ từ thẩm càng cao thì từ trường tạo ra càng mạnh anh em nhé.
Mặc dù có nhiều oxit có khả năng làm được lõi van phân phối khí nén điện từ, xong vì các nguyên nhân như sắt có tính thẩm từ cao hơn cả, giá cạnh tranh hơn nên oxit sắt được sử dụng nhiều hơn cả.
vật liệu sắt hợp kim làm van điện từ
Ngày nay, các nhà sản xuất van phân phối khí nén điện từ thường xuyên sử dụng sắt hợp kim kẽm, mangan để chế tạo nên thép có độ thẩm từ khoảng 18000 mạnh hơn cả trăm lần so với độ từ thẩm của oxit sắt truyền thống.
Vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ tiếp theo là sắt nguyên chất. như đã trình bày ở trên, thép càng gần tới sắt nguyên chất thì có độ từ thẩm càng cao.
Lõi van bằng sắt nguyên chất
Về mặt lí thuyết thì là như vậy, song để có sắt nguyên chất, quá trình sản xuất ra loại vật liệu này phức tạp và đòi hỏi chi phí cao hơn. Cái này là một trong những ảnh hưởng lớn tới giá thành của một con van điện từ.
Vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ thứ 3 là hợp kim sắt niken Fe- Ni. Ni ken chiếm khoảng 45 tới 80% sẽ tạo nên từ tính tuyệt vời sau quá trình ủ nhiệt độ cao. Độ từ thẩm của loại hợp kim này gấp 10 tới 20 lần độ từ thẩm của thép silic chính là thép kĩ thuật điện mà chúng ta thấy trong các máy biến áp. vật liệu này cũng có tính chất tốt để sử dụng làm lõi van.
Hợp kim Fe- Ni làm lõi van khí nén
Vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ thứ 4 là hợp kim sắt nhôm Fe – Al. Phần ưu điểm duy nhất mà mình biết được từ nhà sản xuất lõi van điện từ khí nén là nó gây tổn thất dòng điện rất thấp, trọng lượng nhẹ hơn so với các loại vật liệu làm lõi van khác.
Vật liệu nhôm làm lõi van khí nén
Vật liệu làm lõi van phân phối khí nén điện từ cuối cùng chính là hợp kim sắt Coban. Lượng coban khoảng 50 % cho mật độ từ thông max và nó thường chỉ đưa vào sản xuất lõi van trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ aerospace.
2.3 Gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ
Gioăng van phân phối khí nén điện từ trong tiếng anh là Seal.
Gioăng làm kín trên thân con trượt van khí nén
Trong tất cả các bộ phận, cơ cấu máy, ở đâu có sự chuyển động tương đối giữa 2 chi tiết mà môi chất là chất lỏng, chất khí thì ở đó bắt buộc phải sử dụng gioăng phớt làm kín. Trong van phân phối khí nén điện từ, do có sự dịch chuyển tương đối giữa thân van và lõi van, vì thế luôn luôn phải trang bị gioăng phớt làm kín.
Kiến thức về mảng gioăng phớt làm kín, mình đã trình bày rất chi tiết cho anh em rồi. Ở phần này, mình sẽ chỉ tình bày kiến thức về gioăng phớt liên quan tới việc làm kín van phân phối khí nén điện từ trong một phạm vi hẹp thôi. Anh em tham khảo bài viết sau trước nhé.
Gioăng phớt trong van phân phối khí nén điện từ rất nhỏ gọn và có khả năng chống mài mòn tốt. Vật liệu làm kín van phân phối khí nén điện từ rất đa dạng, anh em hãy cùng tôi đi tìm hiểu các loại vật liệu này trước.
Vật liệu của gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ đầu tiên là Nitrile rubber tức là cao su buna N. Loại O-ring làm kín cho con trượt van làm từ cao su Buna N thích hợp cho môi chất là khí, chất lỏng như nước và cả dầu nữa. Dải nhiệt độ làm việc của doăng là -18 độ C tới 80 độ C. Nó được sản xuất phổ biến nhất làm doăng làm kín van phân phối khí nén điện từ.
Gioăng làm kín cao su buna N
Nhược điểm của cao su buna N là khả năng chống lại axit kém, khả năng chống lại ánh sáng mặt trời cũng kém. Hai nhược điểm này không phải là yếu tố gì to tát bởi vì van phân phối khí nén điện từ của chúng ta không hề phải làm việc dưới môi trường, điều kiện làm việc như vậy.
Khả năng chống mài mòn, chống rách, chống trầy xước mang đến khả năng ứng dụng rộng rãi cho doăng làm kín van phân phối khí nén điện từ. Bên cạnh dùng môi chất là khí nén, nước, dầu, cao su buna N còn được dùng với cả môi chất rượu, sữa, amoniac trong công nghiệp thực phẩm và bảo quản.
Vật liệu của gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ thứ 2 là cao su Ethylene Propylene diene Monome. Với nhiệt độ làm việc trong khoảng -20 độ C tới 140 độ C, loại doăng làm kín van phân phối khí nén điện từ là một trong số ít vật liệu có thể làm việc ở giới hạn nhiệt trên 100 độ C.
gioăng làm kín van bằng EPDM gioăng
Loại cao su này có khả năng kháng được axit, kiểm, muối tốt hơn doăng làm kín làm từ cao su buna N. Đặc điểm này anh em ý để có thể lựa chọn van phân phối khí nén điện từ cho những ứng dụng mà môi chất là axit, kiềm hay nước muối nhé.
Nhược điểm của loại gioăng làm kín con trượt trong van phân phối khí nén điện từ là nó không có khả năng kháng các loại dầu hay axit đậm đặc. Một nhược điểm hết sức quan trọng khiến nó không được sử dụng rộng rãi trong hệ thống khí nén. Anh em biết là, trong các hệ thống khí nén thông thường, bộ lọc khí nén hay sử dụng phương pháp bôi trơn làm mát phun sương dầu để hạn chế ma sát, làm mát cho xi lanh khí nén. Loại doăng làm kín làm từ vật liệu này không phải sự lựa chọn tối ưu cho hệ thống khí nén thông thường,
Vật liệu của gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ thứ 3 là cao su viton FKM. Các nhà sản xuất van phân phối khí nén điện từ cho biết rằng, ở nơi nào mà cao su bu na N, cao su etylen propylen không thể sử dụng được thì nơi đó ắt hẳn phải sử dụng đến loại doăng phớt làm kín con trượt của van phân phối khí nén điện từ là cao su viton.
gioăng viton làm kín piston van
Viton là loại cao su thích hợp với hầu hết các loại khí, nước, xăng. Dải nhiệt độ làm việc từ -20 độ C tới 170 độ C cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ của các loại vật liệu làm doăng van phân phối khí nén điện từ bên trên.
Môi chất mà doăng làm kín con trượt viton được sử dụng rộng rãi là nước nóng, axit, kiềm, dầu, và dung dịch muối. Bên cạnh đó, đặc điểm chung của cao su viton là có sức chống chịu được với cả ánh sáng mặt trời và ozon, nó là loại vật liệu có phẩm chất tốt ứng dụng rộng rãi với các môi chất.
Nhược điểm duy nhất mà doăng làm kín van phân phối khí nén điện từ làm bằng viton đến từ môi chất a xê tôn. Anh em cũng lưu ý đặc điểm này.
Vật liệu của gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ thứ 4 là nhựa Teflon PTFE.
gioăng phớt teflon lõi van
Một loại gioăng phớt chất lượng tốt cho tất cả mọi ứng dụng. Khả năng thích hợp cho mọi loại chất khí, chất lỏng.
Dải nhiệt độ làm việc của gioăng phớt làm từ Teflon có thể nói là rất rất rộng, từ -180 độ C tới 260 độ C thật là khủng khiếp. Gioăng phớt làm kín van phân phối khí nén điện từ làm từ Teflon được sử dụng rộng rãi với các môi chất là hơi nước hay các chất trong ngành công nghiệp thực phẩm. Khả năng chống mài mòn cực tốt, kháng lại hầu hết các hóa chất.
Nhược điểm của gioăng làm kín con trượt van phân phối khí nén điện từ làm từ nhựa teflon là axit hydro florit. Anh em cần lưu ý loại axit này nhé
Vật liệu của gioăng làm kín van phân phối khí nén điện từ cuối cùng là silicon. Silicon lam doăng phớt thì rất hiếm gặp, bản thân mình cũng ít khi dùng loại phớt này.
Mặc dù vậy, trong catalog của các hãng sản xuất van phân phối khí nén điện từ vẫn đưa loại phớt làm từ silicon vào.
gioăng làm kín silicon
Ưu điểm của vật liệu silicon là chống chịu thời tiết tốt, nhiệt độ lạnh tốt, chống chịu được hóa chất, dầu và ngay cả với axit. Nhiệt độ làm việc của gioăng phớt làm kín van phân phối khí nén điện từ rơi vào khoảng từ -54 độ C tới 232 độ C. Một dải nhiệt độ rất lí tưởng đối với các ứng dụng thủy lực khí nén.
Nhược điểm của silicon khiến chúng không phải là vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gioăng phớt làm kín mặc dù có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao là mềm.
Đặc tính mềm khiến silicon không thể chịu đựng được áp suất trên 40 bar. doăng làm kín cho van phân phối khí nén điện từ thường được sử dụng trong ngành công nghiệp giải khát vì đặc tính an toàn của nó. Bên cạnh ấy, silicon cũng chống chịu tốt được với ozon, dầu, hóa chất hay axit.
2.4 Cuộn hút trong van phân phối khí nén điện từ
Cuộn hút van phân phối khí nén điện từ 3/2 trong tiếng anh là solenoid coil
cuộn hút van điện từ 24v
Cuộn hút là phần cấu tạo cuối cùng mà mình muốn bàn luận với anh em trong phần cấu tạo van phân phối khí nén điện từ. Ở 3 phần trên, thân van, lõi van và chi tiết làm kín van điện từ đó là phần cấu tạo chung của tất cả các loại van khí nén, thậm chí thủy lực. Sự khác nhau làm nên các loại điều khiển đến từ phần cuộn hút.
Chức năng chính của cuộn hút là tạo ra lực điện từ để lõi van di chuyển, từ đó làm thay đổi trạng thái giúp van khí nén đóng mở hay phân luồng dòng khí, dòng chất lỏng.
Cấu tạo của lõi van phân phối khí nén điện từ gồm các vòng dây dẫn cách điện được nối với một nguồn điện. Cấu tạo này nhằm mục đích ứng dụng lực từ nhằm tạo ra lực hút trong vật lí.
Nguồn điện cấp cho van phân phối khí nén điện từ tùy loại, phổ biến nhất có lẽ là nguồn một chiều DC 24 V, nguồn xoay chiều AC 220V.
Giải thích cho em một chút lí thuyết để anh em biết được, làm sao mà con trượt có thể di chuyển được trong thân van. Khi cấp nguồn điện vào cuộn hút, lúc này, điện trường sẽ sinh ra từ trường. Từ trường có khả năng hút hoặc đẩy các vật bằng kim loại có tính chất từ như lõi sắt, ở đây chính là lõi van anh em ạ. Sự kết hợp của cuộn hút và lõi van tạo nên một nam châm điện.
con trượt và cuộn hút van khí nén
Khi cấp điện thì lõi van sẽ được hút vào bên đặt cuộn hút. Sau khi có tín hiệu ngắt, cuộn hút mất điện, lực điện từ giảm dần về 0, dưới tác dụng của lò xo đẩy, lõi van lại được trả lại trạng thái ban đầu. Đó là nguyên lí làm việc của van phân phối khí nén điện từ.
Số lượng của cuộn hút thông thường trên van khí nén hoặc kể cả thủy lực có thể là 1 hoặc 2 cuộn hút là tối đa. Nếu van 1 cuộn hút thì van khí nén đó có tối đa 2 trạng thái, và nếu van phân phối khí nén điện từ có 2 cuộn hút thì tối đa có 3 trạng thái.
Van điện từ khí nén 2 cuộn hút 3 trạng thái
Van 1 cuộn hút thông thường sẽ có thêm 1 lò xo để có thể kéo lõi van trở về trạng thái ban đầu khi cuộn coil mất nguồn. Nguyên lí hoạt động của van phân phối khí nén điện từ 1 cuộn hút là ở trạng thái bình thường, chưa có tín hiệu gì tác động, lò xo sẽ kéo lõi van về một bên. Khi có tín hiệu từ cảm biến, nguồn điện xoay chiều hoặc 24V sẽ được cấp vào cuộn hút và lực điện từ sinh ra sẽ hút lõi van về phía ngược lại. Lực điện từ sinh ra phải lớn hơn lực đàn hồi của lò xo. Sau khi có tín hiệu ngắt nguồn điện, cuộn coil không còn sinh ra lực từ, lò xo sẽ kéo lõi van về vị trí ban đầu.
ký hiệu van khí nén 5/2, lò xo hồi vị
Đối với van phân phối khí nén điện từ 2 cuộn hút, 2 bên phía cuộn hút sẽ có thêm 2 lò xo nhằm mục đích, đẩy lõi van về vị trí trung tâm ở trạng thái bình thường. Khi có tín hiệu từ cảm biến, bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu cấp nguồn điện cho 1 trong 2 cuộn hút tùy thuộc vào chương trình lập trình sẵn. Khi đó thì lõi van sẽ được hút về bên cuộn hút có tín hiệu. Sau khi ngắt tín hiệu từ cảm biến, cuộn hút sẽ không sinh ra lực hút nữa, lò xo sẽ đưa lõi van phân phối khí nén điện từ về vị trí trung gian.
van khí nén điều khiển điện 2 cuộn hút lò xo hồi vị
Cuộn hút phía bên đối diện cũng hoạt động tương tự theo nguyên lí trên. Bản chất của van phân phối khí nén điện từ 2 cuộn hút chính là 2 van phân phối khí nén điện từ 1 cuộn hút được mắc đối diện nhau nên nguyên lí không hề khác nhau. 2 lò xo có chức năng luôn giữ lõi van ở vị trí trung tâm. Muốn thay đổi trạng thái, lực từ bắt buộc phải lớn hơn lực đàn hồi của lò xo này.
Các loại van phân phối khí nén điện từ phía trên có lò xo mình vừa trình bày cho anh em người ta cũng hay dùng một cái tên là van tác động đơn. Trong thực tế, người ta cũng sử dụng một loại van phân phối khí nén điện từ kiểu không lò xo mà theo mình thấy là rất bất tiện.
Van điện từ 5/2 với 2 cuộn hút không lò xo hồi vị
Tức là tương ứng với loại van 1 cuộn hút, loại đặc biệt này lại có 2 cuộn hút do không được trang bị lò xo hồi vị. Sau khi hút sáng trái và ngắt tín hiệu, lõi van sẽ đứng yên mà không hề hồi vị do không có lò xo. Muốn trở về thì cuộn hút còn lại sẽ phải tác động. Loại van này ít dùng trong công nghiệp.
3. Các loại van phân phối khí nén điện từ công nghiệp
3.1 Cách gọi tên van phân phối khí nén điện từ
Những anh em đang đọc bài viết này, xuất thân từ rất nhiều hoàn cảnh khác nhau. Có những anh em học đúng chuyên ngành thủy lực khí nén từ Bách Khoa ra, có những anh em học chuyên ngành thủy lực khí nén từ bên trường khác, có anh em học nghề, có anh em làm trái nghề, có anh em chưa từng qua trường lớp nhưng lại đam mê ngành này và cũng có những anh chị em làm logistic đi mua hàng cho công ty.
Với nhiều điều kiện như vậy nên việc gọi tên các thiết bị thủy lực khí nén nói chung rất đa dạng, có rất nhiều anh em mô tả nó, gọi tên nó làm mình rất khó khăn hiểu để tư vấn thế nên, mình xin phép anh em đưa ra một quy tắc gọi tên van phân phối khí nén điện từ cho chuẩn. Tất nhiên, quy tắc này mình không hề nghĩ ra mà do các thầy đi học từ ngước ngoài về dạy. Sau này mình làm việc với nước ngoài nhiều, cũng như tham khảo tài liệu và catalog của các hãng thì chuẩn với những gì được học.
Catalog van Parker
Đối với van phân phối khí nén điện từ, chúng ta sẽ có quy tắc gọi là:
Van + môi chất + chức năng + số cửa + số vị trí + kiểu điều khiển
Mình lấy ví dụ cho anh một loại van được dùng phổ biến nhất trong hệ thống khí nén nhé. Van khí nén phân phối 5/3 điều khiển điện từ.
Môi chất khí nén, chức năng ở đây là phân phối, điều khiển hướng của môi chất, số cửa là 5, số vị trí hay còn gọi là số trạng thái là 3 và kiểu điều khiển chính là điện từ. Dễ hiểu phải không nào.
Sang phần tiếp theo, mình sẽ giới thiệu cho anh em 5 loại van phân phối khí nén thường được sử dụng nhiều nhất trong mạch khí nén là van phân phối khí nén điện từ 2/2, 3/2, 4/2, 5/2 và 5/3.
3.2 Van phân phối khí nén điện từ 2/2
Van van phân phối khí nén điện từ 2/2 trong tiếng anh là 2/2 pneumatic solenoid valve.
Van khí nén 2/2
Van đầu tiên là loại van đơn giản nhất với số cửa và số vị trí ít nhất, 2 cửa và 2 vị trí.
2 cửa lần lượt là cửa hút và cửa đẩy. 2 vị trí lần lượt là trạng thái đóng và trạng thái mở. Vì có 2 trạng thái đóng và mở nên anh em cũng hay gọi nó là van đóng mở. Chức năng của van phân phối khí nén điện từ 2/2 là đóng mở cung cấp hoặc ngắt nguồn khí nén cho ứng dụng.
Cấu tạo của van phân phối khí nén điện từ 2/2 có 1 cuộn hút và 1 lò xo hồi vị. Khi có tín hiệu, nguồn 24 V hoặc AC 220 V xoay chiều được cấp vào và lõi van sẽ dịch chuyển, lưu lượng khí nén thông lên cửa đẩy cấp nguồn khí mang năng lượng cho hệ thống. Sau khi ngắt tín hiệu, lò xo hồi vị kéo lõi van về vị trí đóng, kết thúc chu trình làm việc của van phân phối khí nén điện từ 2/2.
Dưới đây là kí hiệu của van phân phối khí nén điện từ 2/2.
Kí hiệu van khí nén 2/2
3.3 Van phân phối khí nén điện từ 3/2
Van van phân phối khí nén điện từ 3/2 trong tiếng anh là 3/2 pneumatic solenoid valve.
Van khí nén 3/2 điều khiển điện từ
Anh em thử đọc tên đầy đủ của loại van 3/2 này xem nào. Là van khí nén 3 cửa, 2 vị trí điều khiển từ.
Loại van này thường được sử dụng để điều khiển xi lanh khí nén tác động đơn. Xi lanh tác động đơn là gì thì anh em tham khảo bài viết sau nhé.
Cửa thứ nhất là cửa cung cấp khí vào van. Cửa thứ 2 là cửa đẩy khí vào khoang trái của xi lanh. Cửa thứ 3 là cửa đóng khi ở trạng thái còn lại sẽ là cửa xả khí từ khoang trái.
Tương tự như nguyên lí cuộn hút của van phân phối khí nén điện từ 2/2 mình không nhắc lại nữa. Dưới đây là kí hiệu của van phân phối khí nén điện từ 3/2.
3.4 Van phân phối khí nén điện từ 4/2
Van van phân phối khí nén điện từ 4/2 trong tiếng anh là 4/2 pneumatic solenoid valve
Van phân phối khí nén điện từ 4/2 được dùng để điều khiển xi lanh khí nén tác động kép. Xi lanh khí nén tác động kép là gì thì mình đã đề cập trong bài viết bên trên rồi.
van khí nén 4/2
4 cửa sẽ lần lượt là cửa cấp khí, cửa đẩy khoang trái, cửa hồi và cửa xả. Anh em xem kí hiệu của van phân phối khí nén điện từ 4/2.
Loại van này rất hiếm khi dùng nhưng để so sánh với loại van thường dùng 5/2 phía dưới, mình cứ giới thiệu để anh em biết so sánh.
3.5 Van phân phối khí nén điện từ 5/2
Van van phân phối khí nén điện từ 5/2 trong tiếng anh là 5/2 pneumatic solenoid valve.
Van khí nén 5/2
Loại van phân phối khí nén điện từ 5/2 được sử dụng để điều khiển cho xi lanh tác động kép, nó thông dụng hơn rất nhiều so với van phân phối khí nén điện từ 4/2 bên trên. Anh em nhìn vào hình kí hiệu van van phân phối khí nén điện từ 5/2 mình sẽ giải thích từng cửa và trạng thái một cho anh hiểu.
Anh em có để ý thấy 2 bức hình với 2 kí hiệu không. Quy định chung về kí hiệu cửa van của các kĩ sư thủy lực khí nén được hình thành theo quy ước ISO-1210-1. Các số sẽ được đánh theo các cửa như trên hình. Tuy nhiên, nếu đề số như vậy thì rất khó nhớ và đôi khi, các kĩ sư họ sẽ đánh lộn.
kí hiệu các cửa van khí nén
Để thuận tiện hơn, các nhà sản xuất van khí nén thủy lực sẽ thay các con số bằng các chữ cái viết tắt bởi tên tiếng anh mà bất cứ ai nhìn vào cũng có thể viết ra được.
Cửa đầu tiên là cửa P tương ứng với cửa số 1 trong ISO-1210-1. P viết tắt từ Pressure nghĩa là cửa áp suất. Cửa 2 và cửa 4 được kí hiệu là A và B với ý nghĩa là 2 khoang của xi lanh, 2 trạng thái A và B.
Cửa xả 3 và 5 sẽ được thay thế bởi chữ cái EA và EB có nghĩa là xả từ A và xả từ B. Ý nghĩa của nó dịch từ tiếng anh nguyên bản là Exhausted A và Exhausted B. Nếu van phân phối khí nén điện từ 3/2 hoặc van phân phối khí nén điện từ 4/2 chỉ có 1 cửa xả thì các nhà sản xuất sẽ không ghi kí hiệu là EA, EB nữa mà sẽ ghi kí hiệu là R mang nghĩa là xả Relief.
Nguyên lí của van phân phối khí nén điện từ 5/2 như sau:
Khi có tín hiệu từ cảm biến, bộ xử lí sẽ xuất tín hiệu điều khiển, cấp nguồn điện AC 220 V hoặc DC 24 V cho cuộn hút. Dưới tác dụng của lực điện từ, lõi van sẽ thay đổi trạng thái. Cửa hút P- 1 sẽ thông với cửa đẩy A- 2, đồng thời cửa hồi B- 4 sẽ thông với cửa xả EB- 5. Xi lanh khí nén của chúng ta sẽ chuyển động đi ra.
Bên trên là nguyên lí hoạt động của van phân phối khí nén điện từ 5/2 ở trạng thái 1. Ở trạng thái còn lại, nguyên lí cấp khí tương tự, chỉ có điều, cửa hồi sẽ thông với cửa xả EA- 5.
Anh em xem xong có thắc mắc là tại sao lại sinh ra 2 loại van phân phối khí nén điện từ 4/2 và 5/2 để làm gì trong khi chúng có nguyên lí hoạt động giống hệt nhau và dường như van phân phối khí nén điện từ 5/2 có vẻ thừa cửa xả hay sao nhở.
Van điện từ 5/2 với 2 cuộn hút không lò xo hồi vị
Ngày trước khi còn học ở trường, mình có hỏi thầy giảng dạy như không được giải đáp. Sau này khi đọc tài liệu từ các nhà sản xuất van phân phối khí nén điện từ mình mới hiểu.
Sự khác nhau giữa van phân phối khí nén điện từ 4/2 và 5/2:
Van phân phối khí nén điện từ 5/2 có thêm 1 cửa xả là EB- 5 đối với hành trình tiến hoặc EA- 5 đối với hành trình về hoặc ngược lại tùy theo cách bố trí. Với việc sử dụng riêng 2 cửa cửa xả, 1 cho hành trình tiến, 1 cho hành trình xả thì nếu anh em mắc thêm van tiết lưu ở cửa xả này thì chúng ta có thể điều chỉnh tốc độ của xi lanh khí nén ở hành trình tiến hay lùi theo ý định thiết kế.
Van khí nén trong hệ thống
Để có thể tăng giảm được tốc độ của xi lanh khí nén, chúng ta có thể mắc van tiết lưu ở trên đường ống khí nén đẩy hoặc trên đường khí nén xả. Nếu mắc van tiết lưu khí nén trên đường ống đẩy thì nhược điểm là gây tổn hao áp suất, điều này làm giảm đi lực tác động của xi lanh khí nén.
Một cách khôn ngoan hơn, các kĩ sư khí nén sẽ dùng van tiết lưu lắp vào cửa xả, khi đó, khí xả sẽ được điều chỉnh mà không làm giảm áp suất sinh lực.
Như vậy với việc sử dụng 2 cửa xả riêng, anh em có thể điều chỉnh được tốc độ của xi lanh trong hành trình tiến và hành trình lùi một cách độc lập, thậm chí cho vận tốc của chúng bằng nhau luôn cũng được. Điều này van phân phối khí nén điện từ 4/2 không thể làm được vì dùng chung cửa xả.
3.6 Van phân phối khí nén điện từ 5/3
Van van phân phối khí nén điện từ 5/3 trong tiếng anh là 5/3 pneumatic solenoid valve.
Kí hiệu van khí nén 5/3
Chức năng của van phân phối khí nén điện từ 5/3 là điều khiển trạng thái hoạt động của xi lanh khí nén tác động kép và có khả năng dừng tại 2 đầu của xi lanh. Không giống như van phân phối khí nén điện từ 4/2 hay 5/2 cũng điều khiển trạng thái hoạt động của xi lanh khí nén tác động kép xong chúng lại phải hoạt động đảo trạng thái liên tục mà không thể cho xi lanh dừng lại, trừ khi tắt máy.
Với việc thêm một trạng thái thứ 3 nữa, xi lanh khí nén tác động kép có thêm một trạng thái dừng ở hai đầu xi lanh. Điều này rất cần thiết và tiện lợi cho cơ cấu xi lanh tự động hóa cần đứng yên.
Đến đây, chắc anh em cũng đã thành thạo gọi tên van phân phối khí nén điện từ rồi chứ hả. Van phân phối khí nén 5 cửa 3 vị trí điều khiển điện từ phải không nào.
Số cửa thì thôi vì mình đã giải thích rất rõ ở bên trên rồi. Số trạng thái thì có trạng thái không cấp khí cho xi lanh nên ở vị trí trung gian bình thường, xi lanh đứng yên. Nếu một trong hai cuộn hút ở hai bên có tín hiệu cấp nguồn điện, van sẽ đảo trạng thái và khi đó, khí sẽ cấp vào một trong hai khoang. Khoang còn lại, khí sẽ được xả ra ngoài môi trường. Sau khi ngắt tín hiệu, van phân phối khí nén điện từ 5/3 sẽ trở lại trạng thái trung gian tức là không hoạt động, không cấp khí, không xả khí.
Đây là kí hiệu của van phân phối khí nén điện từ 5/3 trong hệ thống.
Trước khi kết thúc phần cấu tạo của van phân phối khí nén điện từ 5/3, mình xin giải thích cho anh em một xíu kiến thức rất ngây thơ mà nhiều bạn sinh viên cũng hay hỏi mình. Tại sao lại xả khí ra ngoài môi trường mà không thu lấy khí như dầu thủy lực?
Dầu thủy lực là vật chất phải sản xuất, chưng cất và nếu xả ra ngoài môi trường sẽ gây ô nhiễm nên cần phải tuần hoàn để sử dụng. Trong khi đó, khí nén bản chất là không khí, nó không hề gây hại cho môi trường khi ta xả trực tiếp ra bên ngoài.
Khí thải chính là không khí sau khi mất hết năng lượng vì đã chuyển hóa cho đầu cần piston. Không khí đó hết năng lượng thì cũng như không khí bên ngoài môi trường. Không khí ngoài môi trường rất nhiều nên không cần phải thu lại làm gì cả. Đó là lí do vì sao người ta không xây dựng bể chứa khí như bể dầu để thu lại khí hết năng lượng.
4. Phân loại van phân phối khí nén điện từ
Van phân phối khí nén điện từ bên cạnh được chia ra theo kiểu số cửa, số vị trí, kiểu điều khiển thì một cách phân loại rất quan trọng mà ít ai để ý đó là phân loại theo kiểu hoạt động trực tiếp, gián tiếp hay bán trực tiếp.
Cách phân loại này giải thích cách điều khiển một xi lanh khí nén có lưu lượng và áp suất lớn. Đi vào chi tiết mình sẽ trình bày rõ hơn cho anh em.
4.1 Van phân phối khí nén điện từ hoạt động trực tiếp
Van phân phối khí nén điện từ trực tiếp có kết cấu đơn giản và hầu hết anh em đều đã từng sử dụng nhưng không hề hay biết. Van trực tiếp sử dụng nguồn điện trực tiếp vào cuộn coil để hút lõi sắt từ để chuyển trạng thái. Năng lượng đóng mở hay chuyển trạng thái van là năng lượng điện cấp vào trực tiếp.
Van khí nén điều khiển trực tiếp
Ưu điểm của van phân phối khí nén điện từ trực tiếp là có cấu tạo đơn giản. Xong chỉ có thể sử dụng cho những hệ thống khí nén có lưu lượng nhỏ và đường kính cửa van nhỏ.
4.2 Van phân phối khí nén điện từ hoạt động gián tiếp
Van phân phối khí nén điện từ gián tiếp có kết cấu van phức tạp hơn. Năng lượng mà nó sử dụng để mở van không phải là 100% năng lượng mà đến từ sự chênh lệch giữa áp suất trước van và áp suất sau van.
Một lớp màng đàn hồi cao su đóng vai trò như một màng ngăn trước và sau van. Trên lớp màng ấy, có một lỗ nhỏ để khí hay dầu có thể thông từ khoang dưới lên khoang trên. Dưới tác dụng của lò xo, lớp màng này có xu hướng kéo lên trên để mở lớp màng ra. Tuy nhiên, do áp lực của khí nén tác dụng lên lớp màng lớn hơn năng lượng kéo đàn hồi của lò xo, nên lớp màng vẫn bịt kín cửa lớn của van.
Van khí nén điện từ điều khiển gián tiếp
Khoang phía trên màng có một rãnh nhỏ thông ra phía sau van nhưng bị con trượt lõi van điện từ chặn lại. Đây là phần có kết cấu giống y hệt van phân phối khí nén điện từ trực tiếp. Khi cuộn hút có nguồn điện, khí nén từ khoang trên sẽ xả ra ngoài phía sau van.
Khi khí nén xả qua rãnh nhỏ, áp suất phía trước van sẽ giảm so với lúc chưa mở. Lúc này, do áp suất giảm, lực đàn hồi của lò xo sẽ thắng lực tác dụng lên màng, kéo màng lên để mở cửa lớn của van.
Trên đây là nguyên lí hoạt động của van phân phối khí nén điện từ gián tiếp. Nguyên lí chung đơn giản của loại van này là, dùng một rãnh nhỏ để làm sụp đổ bức tường. Với việc thiết kế một cách khôn ngoan thế này, năng lượng để đóng mở van hay thay đổi trạng thái rất nhỏ. Van điện từ gián tiếp thực chất là dùng một van điện từ trực tiếp phụ có công suất nhỏ để mở một van chính.
Rồi anh em, trên đây là bài viết rất chi tiết về van phân phối khí nén điện từ. Từ cấu tạo, nguyên lí hoạt động, kí hiệu các loại van điện từ thông dụng trong hệ thống khí nén, tất cả mình đã trình bày đàm đạo cùng anh em. Hi vọng đã giải đáp cho anh em tất cả về loại van để anh em có thể biết và sử dụng nó trong hệ thống của mình. Anh em nào có thắc mắc hay cần mua van phân phối khí nén điện từ, liên hệ tôi nhé. Done!!!
Còn chần chừ gì nữa mà không gọi ngay cho chúng tôi để có được sự hài lòng nhất. Với đội ngũ tiến sĩ kỹ sư trẻ năng động trong và ngoài nước trên 5 năm kinh nghiệm hi vọng sẽ mang lại sự lựa chọn tốt nhất cho khách hàng.
Sự cố của các bạn là trách nhiệm của chúng tôi! Gọi ngay đi!
