Đồng hồ đo lực ép là một thiết bị hiển thị thông dụng có trong hầu hết các dòng máy ép thủy lực. Đây là công cụ kiểm soát chất lượng và an toàn thiết yếu, tạo ra cầu nối quan trọng giữa lực nén vật lý trong máy ép và hệ thống điều khiển điện tử thông minh.
Dù là cảm biến lực điện tử hay đồng hồ đo áp suất dầu thủy lực, đồng hồ đo lực ép sẽ cho biết cường độ chính xác của lực nén tác dụng lên khuôn hoặc vật liệu. Việc sở hữu thông chính xác về lực ép là nền tảng để đảm bảo sản phẩm đạt độ bền, đồng thời bảo vệ máy ép khỏi tình trạng quá tải có thể dẫn đến hỏng hóc cho khuôn và cấu trúc máy.
Nội dung bài viết
Đồng hồ đo lực ép là gì?
Đồng hồ đo lực ép là một thuật ngữ chung dùng để chỉ các thiết bị được sử dụng để định lượng và hiển thị cường độ của lực ép tác dụng trong các hệ thống máy móc như: máy ép thủy lực, máy dập, hoặc các thiết bị thử nghiệm vật liệu.
Về bản chất, đồng hồ đo lực ép có 2 nhóm công nghệ chính:
Cảm biến lực trực tiếp
Đây là thiết bị đo lực ép chính xác nhất và hiện đại nhất, thường được gọi là Load Cell hoặc Cảm biến lực nén.
– Nguyên lý: Hoạt động dựa trên cảm biến biến dạng.
+ Khi lực nén tác dụng lên cảm biến, cấu trúc bên trong bị biến dạng.
+ Sự biến dạng này làm thay đổi điện trở, tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ thuận với cường độ lực (Tấn hoặc KN).
– Ứng dụng: Được đặt trực tiếp giữa khuôn và bàn ép, hoặc giữa khuôn và chày ép để đo lực ép thực tế tác dụng lên chi tiết.
Đồng hồ đo áp suất
Đây là phương pháp phổ biến nhất trong hệ thống thủy lực, đo lực ép thủy lực một cách gián tiếp.
– Nguyên lý: Đo áp suất của dầu thủy lực (P) trong xi lanh ép. Sau đó chuyển đổi thành lực ép (F) theo công thức cơ bản:
F = P * A
*A là diện tích hiệu dụng của piston.
Các dạng đồng hồ đo áp suất:
– Dạng cơ (Analog Gauge): Hiển thị áp suất qua kim đồng hồ, dùng để giám sát trực quan.
– Dạng điện tử (Pressure Sensor): Chuyển áp suất thành tín hiệu điện tử (4 – 20 mA), cho phép bộ điều khiển xử lý, điều chỉnh lực ép tự động.
Kết luận: Đồng hồ đo lực ép là công cụ bắt buộc để kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo lực ép đồng đều và bảo vệ máy móc khỏi tình trạng quá tải.
>>> Xem thêm: Công thức tính lực ép xi lanh thủy lực
Tầm quan trọng của đồng hồ đo lực ép
Đồng hồ đo lực ép là công cụ duy nhất đảm bảo sự an toàn, chất lượng và hiệu suất vận hành của hệ thống.
1/ Kiểm soát chất lượng sản phẩm
– Đảm bảo độ đồng nhất:
+ Giúp cài đặt và duy trì lực ép chính xác qua từng chu kỳ.
+ Đảm bảo chất lượng và mật độ sản phẩm đồng đều (ví dụ: trong ép bột, ép composite).
– Kiểm soát lực để tránh các lỗi như: nứt, rách vật liệu hoặc thiếu mật độ (do lực quá nhỏ).
2/ Bảo vệ an toàn cho thiết bị và người vận hành
– Ngăn ngừa quá tải:
+ Liên tục theo dõi lực theo thời gian thực để tự động kích hoạt van an toàn hoặc dừng khẩn cấp
+ Bảo vệ khuôn dập đắt tiền và cấu trúc máy.
– Kéo dài tuổi thọ khuôn:
+ Đảm bảo khuôn không phải chịu lực vượt quá giới hạn thiết kế, giảm mài mòn và hư hỏng.
3/ Tối ưu hóa quy trình sản xuất
– Cho phép lập trình linh hoạt lực ép theo từng giai đoạn của hành trình (ví dụ: lực giữ nhẹ, lực ép tăng dần).
– Chẩn đoán sớm các sự cố như: khuôn mòn, sai vật liệu hoặc kẹt phôi trước khi chúng gây ra hỏng hóc lớn.
– Cho phép vận hành máy ở mức lực tối thiểu nhưng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.
>>> Xem các dòng máy ép thủy lực hiện đại:
- Máy ép thủy lực chữ h 30 tấn
- Máy ép thủy lực song động
- Máy ép thủy lực nhỏ 1 – 5 tấn
- Máy ép lạnh thủy lực ngang 50T – 60T – 100T
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lực ép
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lực ép dựa trên việc chuyển đổi một đại lượng vật lý thành một tín hiệu điện tử có thể đo lường và xử lý được. Dưới đây là nguyên lý hoạt động chi tiết cho 2 loại thiết bị chính:
1/ Nguyên lý của cảm biến lực trực tiếp
– Bộ phận chuyển đổi: Cảm biến lực được cấu tạo bởi một thân đàn hồi bằng kim loại.
– Strain Gauge: Nhiều lá kim loại mỏng, nhạy cảm với biến dạng được dán chính xác lên bề mặt thân đàn hồi và được mắc nối thành mạch cầu Wheatstone.
– Quá trình đo lường:
+ Lực ép tác dụng lên thân đàn hồi, khiến nó bị nén và biến dạng đàn hồi.
+ Sự biến dạng này làm thay đổi chiều dài và tiết diện của các lá Strain Gauge, dẫn đến sự thay đổi điện trở của mạch cầu.
+ Mạch cầu Wheatstone chuyển sự thay đổi điện trở này thành một tín hiệu điện áp vi sai nhỏ (mV/V).
+ Bộ khuếch đại chuyển đổi tín hiệu sang tín hiệu tiêu chuẩn công nghiệp (4 – 20 mA hoặc 0-10 V) để gửi đến PLC hoặc màn hình hiển thị.
– Đại lượng đo: Tấn hoặc KN.
2/ Nguyên lý của cảm biến đo áp suất: Đây là phương pháp đo gián tiếp lực ép bằng cách đo áp suất dầu trong xi lanh.
– Máy ép thủy lực hoạt động dựa trên công thức cơ bản:
F (Lực ép) = P (dầu) * A (Piston)
– F (ép): Lực ép đầu ra.
– P (dầu): Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh (được đo bởi cảm biến).
– A (piston): Diện tích hiệu dụng của piston công tác (là hằng số của máy).
– Quá trình đo áp suất:
+ Áp suất dầu tác dụng lên một màng ngăn của cảm biến.
+ Màng ngăn bị biến dạng, được cảm biến áp điện chuyển thành tín hiệu điện tử.
– Đại lượng đo: Áp suất dầu (P – đơn vị bar/Mpa). Sau đó được hệ thống điều khiển chuyển đổi thành lực ép để hiển thị.
Hướng dẫn cách đọc đồng hồ đo áp suất
Đồng hồ đo áp suất có cấu tạo đơn giản nhưng việc đọc chính xác là rất quan trọng để đảm bảo an toàn vận hành hệ thống thủy lực.
1/ Xác định đơn vị đo lường
– Đơn vị phổ biến:
+ bar: Đơn vị áp suất chuẩn quốc tế ($1 \text{ bar} \approx 1 \text{ at}$).
+ psi (Pounds per Square Inch): Đơn vị phổ biến ở Mỹ, thường dùng cho áp suất thấp hơn.
+ MPa (MegaPascal): Đơn vị áp suất cao (thường gặp trên máy ép công suất lớn).
+ kg/cm2 hoặc atm (Atmosphere): Đơn vị cũ nhưng vẫn còn được sử dụng.
Nếu đồng hồ có 2 vòng thang đo, hãy xác định vòng nào là đơn vị chính:
– Ví dụ: vòng ngoài là psi, vòng trong là bar thì luôn đọc theo đơn vị bạn cần.
2/ Xác định dải đo và giá trị vạch chia
Bạn cần biết giá trị tối đa mà đồng hồ có thể đo và giá trị mà mỗi vạch nhỏ đại diện:
– Dải đo tối đa: Đây là con số lớn nhất trên thang đo (ví dụ: 250 bar).
– Giá trị vạch chính: Là các vạch lớn có ghi số (ví dụ: 50, 100, 150 bar).
– Giá trị vạch chia nhỏ nhất: Đếm số lượng vạch nhỏ giữa hai vạch chính.
+ Ví dụ: Nếu giữa 100 bar và 150 bar có 10 vạch nhỏ, thì mỗi vạch nhỏ tương đương: (150 – 100)/10 = 5 bar.
3/ Đọc giá trị
– Đọc giá trị tại vị trí đầu kim chỉ.
+ Nếu kim nằm chính xác trên một vạch số, giá trị đọc được là chính xác.
+ Nếu kim nằm giữa hai vạch, bạn phải ước tính giá trị.
Ví dụ: Nếu kim nằm giữa vạch 120 bar và 125 bar thì giá trị có thể là 122.5 bar.
*Trong hệ thống thủy lực, giá trị áp suất này cần được chuyển đổi sang lực ép (Tấn) bằng công thức: F = P * A (A là diện tích hiệu dụng của piston).
4/ Kiểm tra tình trạng hoạt động
Đồng hồ cũng cung cấp thông tin về sức khỏe hệ thống:
– Kim ở Mức Tối đa (hoặc gần): Hệ thống đang hoạt động ở giới hạn an toàn, có nguy cơ quá tải.
– Kim bị rung lắc: Là dấu hiệu của sốc thủy lực, cần được kiểm tra van tiết lưu hoặc van giảm chấn.
– Kim không về 0: Khi máy dừng, kim không trở về vạch số 0, đó là dấu hiệu của sai số cơ học hoặc cần hiệu chuẩn lại.
Các loại đồng hồ đo lực ép
Các loại đồng hồ đo lực ép phổ biến trong công nghiệp được phân loại chủ yếu dựa trên nguyên lý hoạt động và cấu tạo vật lý.
1/ Cảm biến lực trực tiếp: Các loại này đo trực tiếp lực nén (lực ép) tác dụng lên bề mặt:
– Load Cell Dạng Cột/Đĩa (Column/Disc Load Cell): Thiết bị phổ biến nhất trong máy ép, chịu lực nén đơn phương.
+ Ứng dụng: Đo lực ép thực tế lên khuôn, đặt giữa khuôn và bàn ép hoặc khuôn và chày ép.
– Load Cell Dạng Chùm Cắt (Shear Beam Load Cell): Đo lực dựa trên biến dạng cắt.
+ Ứng dụng: Thường dùng trong các hệ thống đo lường phân bố lực hoặc các ứng dụng đo lường lực phụ.
2/ Đo lực gián tiếp (Áp suất Dầu): Các loại này đo áp suất dầu thủy lực, sau đó quy đổi thành lực ép (F = P * A).
– Cảm biến áp suất điện tử (Pressure Sensor/Transducer): Thiết bị điện tử hiện đại, chuyển áp suất dầu thành tín hiệu điện tiêu chuẩn (4-20mA).
+ Ứng dụng: Bắt buộc cho hệ thống tự động hóa (PLC) để điều khiển vòng kín và duy trì lực ép ổn định.
– Đồng hồ áp suất cơ (Analog Pressure Gauge): Thiết bị truyền thống, hiển thị áp suất bằng kim đồng hồ (dùng cơ cấu ống Bourdon).
+ Ứng dụng: Giám sát trực quan áp suất tối đa của hệ thống; không thể truyền dữ liệu về PLC.
3/ Các dạng đặc biệt (Tích hợp)
– Cảm biến Lực Dạng Vòng (Donut Load Cell): Có lỗ xuyên tâm, cho phép trục hoặc ty xylanh đi qua.
+ Ứng dụng: Đo lực tại trục truyền lực hoặc điểm đỡ xylanh.
Tiêu chí lựa chọn đồng hồ đo lực ép
Khi lựa chọn đồng hồ đo lực ép (hoặc cảm biến lực/áp suất) cho máy ép thủy lực, bạn cần tập trung vào các tiêu chí kỹ thuật và môi trường làm việc để đảm bảo độ chính xác, độ bền và an toàn cho hệ thống.
1/ Tiêu chí kỹ thuật:
| Tiêu chí | Mô tả Cụ thể |
Lý do Quan trọng
|
| Dải đo | – Lực tối đa mà cảm biến có thể đo (ví dụ: 150 tấn). | – Phải lớn hơn lực ép tối đa danh nghĩa của máy ít nhất 10%−20% (110%−120% tải định mức) để đảm bảo an toàn. |
| Độ chính xác | – Sai số cho phép của cảm biến. | – Thường là 0.05% F.S hoặc 0.1% F.S (phần trăm dải đo đầy đủ).
– Quyết định độ tin cậy của dữ liệu kiểm soát chất lượng. |
| Quá tải an toàn | – Khả năng chịu đựng quá tải mà không bị hỏng hóc vĩnh viễn. | – Thường là 120%−150% dải đo danh nghĩa.
– Rất quan trọng để bảo vệ cảm biến khỏi sốc áp suất. |
| Tần số đáp ứng | – Tốc độ mà cảm biến có thể phản ứng với sự thay đổi lực. | – Cần thiết cho máy dập tốc độ cao hoặc các ứng dụng kiểm soát lực thời gian thực (real-time). |
2/ Tiêu chí lắp đặt:
– Loại Đo lường:
+ Xác định có cần đo lực trực tiếp hay chỉ cần đo áp suất dầu để tính toán lực.
– Vị trí Lắp đặt:
+ Load Cell cần được đặt trên bề mặt phẳng, cứng vững và có đủ không gian giữa các tấm ép.
– Tín hiệu đầu ra: Phải tương thích với hệ thống điều khiển.
+ Phổ biến là tín hiệu analog (4-20mA hoặc 0-10V) hoặc tín hiệu kỹ thuật số (ví dụ: RS485).
– Đơn vị đo: Đảm bảo cảm biến hiển thị hoặc có thể hiệu chuẩn theo đơn vị lực bạn cần (Tấn, KN).
3/ Tiêu chí môi trường
– Mức độ Bảo vệ (IP Rating):
+ Cảm biến phải có tiêu chuẩn bảo vệ chống bụi và nước/dầu phù hợp với môi trường xưởng cơ khí.
+ Thường yêu cầu tối thiểu là IP67.
– Ổn định Nhiệt độ:
+ Chọn cảm biến có khả năng hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ làm việc của máy ép.
– Vật liệu Cảm biến:
+ Ưu tiên các loại thép không gỉ hoặc hợp kim cường độ cao để chống ăn mòn và độ bền cơ học.
Việc lựa chọn đồng hồ đo lực ép phù hợp, đầu tư vào cảm biến có độ chính xác cao và duy trì quy trình hiệu chuẩn nghiêm ngặt là yếu tố quyết định sự thành công và tính kinh tế của mọi quá trình gia công bằng áp lực trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0.
Hãy liên hệ ngay VNTECH để được tư vấn chi tiết về giải pháp dập ép phù hợp nhất với sản phẩm của bạn.
VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.
________________
THÔNG TIN LIÊN HỆ
- Địa chỉ văn phòng:
- Địa chỉ Hà Nội: NO-05A23 Khu TĐC Giang Biên, Ngõ 1 Nguyễn Khắc Viện, Phường Việt Hưng, Hà Nội
- Chi Nhánh Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, Nguyễn Sinh Sắc, Hoà Minh, Liên Chiểu, Đà Nẵng
- Chi Nhánh HCM: 43 Đường N2, KP Thống Nhất, Dĩ An, Bình Dương
- SĐT: 0984.537.333
- Email: sale@vntechcnc.vn
- Facebook: https://www.facebook.com/vntechcnc
- Website: https://thietbivntech.vn
