Van đạp chân khí nén: cấu tạo, kiểu 3/2, 5/2 và cách đấu

Van đạp chân khí nén là van đổi hướng dòng khí được đóng mở bằng bàn đạp chân, thường có cấu hình 3/2 hoặc 5/2, dùng để điều khiển xi lanh khi người vận hành cần rảnh cả hai tay. Van đạp chân khí nén không dùng điện, nên an toàn ở nơi ẩm ướt, nhiều bụi hoặc có nguy cơ cháy nổ. Bài này nêu cấu tạo, cách phân loại 3/2 và 5/2, cách đấu với xi lanh, các lưu ý an toàn khi dùng cho máy dập, máy ép, và cách chọn van phù hợp.

Van đạp chân khí nén là gì

Về bản chất, van đạp chân khí nén là một van đảo chiều tác động bằng chân thay cho tay hoặc cuộn điện. Khi người vận hành đạp xuống, bàn đạp đẩy phần tử đóng mở trong van đổi vị trí, nối cổng cấp khí với cổng ra. Khi nhả chân, lò xo hồi đưa van về vị trí ban đầu và khí ở cổng ra được xả.

Loại van này thuộc nhóm tác động cơ khí, thường gọi là công tắc chân khí nén hay van chân khí nén. Nó được dùng ở những chỗ người thao tác phải giữ phôi bằng hai tay, như máy dập nhỏ, đồ gá kẹp, máy dán, máy may công nghiệp. Việc đạp chân thay cho bấm nút giúp giảm số thao tác tay và giữ nhịp làm việc đều.

Vì sao dùng van đạp chân thay cho công tắc điện

Toàn bộ chuỗi điều khiển là khí nén, nên không có tia lửa điện, không có nguy cơ chạm điện khi sàn ướt. Thân van chỉ có cơ cấu cơ khí đơn giản, dễ thay lò xo và gioăng. Ngoài ra, mạch khí có thể đi thẳng từ van tới xi lanh mà không cần PLC hay rơ le, phù hợp với máy đơn giản.

Cấu tạo và nguyên lý van đạp chân khí nén

Một van đạp chân khí nén gồm các bộ phận sau:

• Bàn đạp: tấm kim loại hoặc nhựa cứng hứng lực chân, thường có nắp che phía trên.
• Cần đẩy: truyền lực từ bàn đạp xuống phần tử đóng mở.
• Con trượt hoặc đĩa (poppet): đổi đường nối giữa các cổng.
• Lò xo hồi: trả van về vị trí ban đầu khi nhả chân.
• Thân van: bằng nhôm đúc hoặc thép, có các cổng ren, phổ biến là ren 1/4 (tham khảo, tùy hãng).

Theo phân loại chung, đây là van điều khiển hướng tác động bằng cơ khí. Nguyên lý giống mọi van đảo chiều: bàn đạp thay cho cuộn điện, còn lò xo hồi làm đúng nhiệm vụ như ở van điện từ đơn (một cuộn coil).

Ký hiệu trên sơ đồ

Trên bản vẽ mạch, van được vẽ bằng các ô vuông, mỗi ô là một vị trí. Phía tác động vẽ ký hiệu bàn đạp theo ISO 1219, là một nét ngang nối với một nét xiên tượng trưng cho tấm bàn đạp, đặt kề ô vuông, còn phía đối diện là biểu tượng lò xo. Đọc ký hiệu này giúp nhận ra ngay van đang ở vị trí nào khi chưa đạp và đạp xong khí sẽ đi đâu.

Phân loại van đạp chân khí nén

Có ba tiêu chí chính khi phân loại: số cổng và vị trí, kiểu hồi, và có hay không nắp che.

Theo số cổng và vị trí

• Van đạp chân khí nén 3/2: có cổng cấp khí 1, cổng ra 2, cổng xả 3. Đạp xuống thì khí vào cổng 2; nhả chân thì khí ở cổng 2 xả qua cổng 3. Dùng cho xi lanh tác động đơn có lò xo hồi, hoặc làm van cấp tín hiệu cho van khác.
• Van đạp chân khí nén 5/2 (hoặc 4/2): có hai cổng ra 2 và 4, cổng xả 3 và 5. Đạp xuống thì khí đi vào một buồng, nhả chân thì đổi sang buồng kia. Dùng cho xi lanh tác động kép.

Theo kiểu hồi

Kiểu nhấn – nhả hồi lò xo chỉ giữ vị trí khi còn đạp. Nhả chân là xi lanh về ngay, điều này tốt cho an toàn vì xi lanh không kẹt phôi lâu hơn cần thiết. Kiểu giữ trạng thái (khóa, lật) giữ nguyên vị trí sau khi đạp, cần đạp lần nữa hoặc đạp bàn đạp thứ hai mới đổi lại. Kiểu này tiện khi đồ gá phải kẹp lâu, nhưng nếu người vận hành quên đạp nhả thì xi lanh vẫn ở trạng thái kẹp.

Theo nắp che

Van có nắp che dạng vòm hoặc lưới để chân phải đưa vào mới đạp được, hạn chế đạp nhầm khi đi ngang qua. Van không nắp che rẻ hơn, nhưng chỉ nên dùng ở vị trí khuất và có chốt khóa.

Nếu việc đổi chiều làm bằng tay, có thể chọn van tay gạt khí nén. Chọn tay hay chân tùy thao tác: tay gạt hợp khi tay rảnh, bàn đạp hợp khi tay bận giữ phôi.

Cách đấu van đạp chân khí nén với xi lanh

Trước khi đấu, cần biết loại xi lanh khí nén đang điều khiển là tác động đơn hay tác động kép, vì hai loại dùng hai cấu hình van khác nhau. Nguyên tắc đấu theo số cổng ISO: cổng 1 nhận khí cấp, cổng 2 và 4 nối tới xi lanh, cổng 3 và 5 xả khí.

Đấu với xi lanh tác động đơn (van 3/2)

Cổng 1 nối đường khí cấp, cổng 2 nối cổng duy nhất của xi lanh, cổng 3 để xả. Khi đạp, khí vào xi lanh đẩy ty ra, lò xo bên trong nén lại. Nhả chân, khí xả qua cổng 3 và lò xo đưa ty về. Nên lắp tiêu âm ở cổng 3 để giảm tiếng xì và hạn chế bụi vào van.

Đấu với xi lanh tác động kép (van 5/2)

Cổng 1 là khí cấp. Cổng 4 nối buồng phía đầu piston (chiều đẩy ra), cổng 2 nối buồng phía ty (chiều kéo về), cổng 3 và 5 xả. Ở vị trí chưa đạp, khí đi từ cổng 1 sang cổng 2 nên ty ở trạng thái thu về. Khi đạp, khí đi sang cổng 4 đẩy ty ra, còn buồng kia xả qua cổng 3. Nếu nối ngược hai cổng ra, xi lanh sẽ chạy ngược với ý muốn, nên cần thử bằng áp thấp trước.

Đầu nối và ống dẫn

Cổng ren 1/4 thường lắp cút nối nhanh để cắm ống mà không cần siết đai. Với ren côn R (PT), quấn băng tan hoặc dùng cút có sẵn keo ren; với ren trụ G, độ kín nằm ở gioăng mặt tựa. Siết vừa lực để tránh nứt thân nhôm. Đoạn ống nên ngắn: ống càng dài, thể tích khí cần nạp càng lớn nên xi lanh phản ứng chậm.

Với xi lanh cỡ nhỏ và trung bình, ống phổ biến là dây hơi phi 8 (đường kính ngoài 8 mm). Với xi lanh lớn hoặc cần chạy nhanh, dùng cỡ ống lớn hơn để không thắt dòng khí.

Ứng dụng và lưu ý an toàn

Van đạp chân khí nén thường gặp trong các công đoạn sau:

• Máy dập, máy ép nhỏ: đạp để xi lanh hạ khuôn, tay giữ phôi hoặc lấy sản phẩm.
• Đồ gá kẹp: đạp để kẹp chi tiết khi gia công hoặc hàn.
• Máy dán, máy đóng gói đơn giản: đạp để tạo một chu kỳ.
• Máy may công nghiệp: điều khiển các cơ cấu phụ như nâng chân vịt, cắt chỉ.

Với máy ép, máy dập, xi lanh sinh lực lớn nên phải gá chắc. Dùng đế gá xi lanh đúng loại và siết đủ lực, để xi lanh không lệch trục khi dập, vì lệch trục làm mòn ty và gioăng nhanh.

Để thấy rủi ro, thử tính lực: xi lanh Ø50 ở 0,6 MPa có diện tích khoảng 1.963 mm², tức lực đẩy lý thuyết khoảng 1.180 N, tương đương treo 120 kg. Một bàn tay hoặc ngón tay nằm trong vùng khuôn khi lực này hạ xuống sẽ bị thương nặng, và van đạp chân không có cơ chế nào ngăn việc đó.

Lưu ý an toàn

Van đạp chân khí nén không thay thế điều khiển hai tay cho máy dập nguy hiểm. Nếu chỉ dùng bàn đạp, người vận hành có thể đạp khi tay còn nằm trong vùng khuôn. Máy loại này phải tuân theo tiêu chuẩn an toàn máy ép hiện hành, và các thiết bị điều khiển hai tay theo ISO 13851.

• Luôn dùng nắp che, đặt bàn đạp ở vị trí khó đạp nhầm, tránh lối đi.
• Bố trí rào chắn, cảm biến an toàn hoặc điều khiển hai tay ở vùng nguy hiểm.
• Giữ lực dập ở mức vừa đủ nhờ van điều áp, không chạy áp cao hơn cần thiết.
• Có nút dừng khẩn cấp xả khí ra khỏi xi lanh.
• Xả khí trước khi bảo dưỡng; không đưa tay vào vùng khuôn khi mạch còn áp.

Cách chọn van đạp chân khí nén

Khi chọn van đạp chân khí nén, cần xác định các yếu tố sau:

1. Số cổng: 3/2 cho xi lanh tác động đơn, 5/2 cho tác động kép.
2. Kiểu hồi: nhấn – nhả cho thao tác an toàn, giữ trạng thái cho thao tác kẹp lâu.
3. Áp suất làm việc: thường tới khoảng 0,8 đến 1 MPa (tham khảo, tùy hãng); chọn van có áp tối đa cao hơn áp mạch.
4. Cỡ ren: thường G1/4; đối chiếu với cỡ cút nối và ống đã có.
5. Lưu lượng: theo cỡ xi lanh và tốc độ cần; van cổng nhỏ cho xi lanh lớn làm xi lanh chạy chậm.
6. Vật liệu và nắp che: thân nhôm hay thép, bàn đạp, có nắp che hay không, theo môi trường.

Khi cân nhắc kiểu điều khiển cho cả mạch, nên so sánh với các loại van khí nén khác. Van điện từ hợp mạch tự động có PLC; van tay gạt hợp thao tác tay; van đạp chân hợp thao tác khi tay đang bận. Một số máy dùng song song hai kiểu để chuyển đổi chế độ thủ công và tự động.

Lỗi thường gặp và bảo dưỡng

Van đạp chân khí nén làm việc theo nhịp đạp liên tục, nên hỏng hóc thường tập trung ở lò xo hồi và gioăng. Các dấu hiệu hay gặp:

• Xì khí liên tục ở cổng xả: gioăng hoặc đế van mòn, cần thay bộ gioăng hoặc cả van.
• Bàn đạp nặng, lên chậm: lò xo hồi gỉ, cần đẩy khô mỡ, hoặc bụi vào cơ cấu.
• Xi lanh phản ứng chậm: cổng xả bị tắc, ống quá dài hoặc cỡ van nhỏ so với xi lanh.
• Đổi vị trí không dứt khoát: con trượt bám bẩn, đọng nước hoặc gioăng trương nở, cần kiểm tra bộ lọc, xả nước ngưng và vệ sinh van.

Bảo dưỡng định kỳ gồm vệ sinh nắp che, kiểm tra tiêu âm cổng xả, siết lại đầu nối và xả nước ngưng của đường khí cấp. Với van đạp chân khí nén dùng nhiều ca, nên dự phòng một bộ gioăng và lò xo để thay nhanh, tránh dừng chuyền.

Viva hỗ trợ tư vấn chọn van đạp chân theo kiểu xi lanh, áp suất và cỡ ren của từng khách, kèm báo giá theo thông số cụ thể. Văn phòng Hà Nội: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về van đạp chân khí nén