Giáo trình Thủy lực khí nén: Phần 1 trình bày nội dung về cơ sở lý thuyết hệ thống thủy lực, cơ chế biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu, các phần tử của hệ thống điều khiển bằng thủy lực, điều chỉnh và ổn định vận tốc. Mời các bạn tham khảo.
Mơc lơc Trang PhÇn : hƯ thèng thđy lùc Ch−¬ng : c¬ së lý thuyÕt 1.1 Lịch sử phát triển khả øng dơng cđa HTT§ thđy lùc 1.2 Những u điểm nhợc điểm hệ thống điều khiển thủy lực 1.1.1 Ưu điểm 1.1.2 Nhợc điểm 1.3 Định luËt cña chÊt láng 1.2.1 ¸p st thđy tØnh 1.2.2 Phơng trình dòng chảy 1.2.3 Phơng trình Bernulli 1.4 Đơn vị đo đại lợng b¶n 1.3.1 ¸p suÊt (p) 1.3.2 VËn tèc (v) 1.3.3 ThĨ tÝch vµ l−u l−ỵng 1.3.4 Lùc (F) 1.3.5 C«ng suÊt (N) 1.5 Các dạng lợng 1.5.1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tÞnh tiÕn 1.5.2 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động quay 10 1.6 Tæn thÊt hƯ thèng trun ®éng b»ng thđy lùc 11 1.7 Độ nhớt yêu cầu đối víi dÇu thđy lùc 15 Chơng : cấu biến đổi lợng hệ thống xử lý dầu 17 2.1 Bơm dầu động dầu 17 2.1.1 Nguyên lý chuyển đổi lợng 17 2.1.2 Các đại lợng đặc trng 17 2.1.3 Công thức tính toán bơm động dầu 19 2.1.4 Các loại bơm 20 2.1.5 Bơm bánh 20 2.1.6 B¬m trơc vÝt 22 2.1.7 Bơm cánh gạt 23 2.1.8 Bơm pittông 24 2.1.9 Tiêu chuẩn chọn bơm 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2 Xilanh truyền động (cơ cấu chấp hành) 27 2.2.1 NhiƯm vơ 27 2.2.2 Phân loại 27 2.2.3 CÊu t¹o xilanh 29 2.2.4 Mét sè xilanh th«ng dơng 30 2.2.5 TÝnh to¸n xilanh trun lùc 30 2.3 BĨ dÇu 32 2.3.1 NhiƯm vơ 32 2.3.2 Chän kÝch th−íc bĨ dÇu 32 2.3.3 KÕt cÊu cđa bĨ dÇu 32 2.4 Bé léc dÇu 33 2.4.1 NhiƯm vơ 33 2.4.2 Phân loại theo kÝch th−íc läc 33 2.4.3 Phân loại theo kết cấu 34 2.4.4 Cách lắp lọc hệ thống 35 2.5 Đo áp suất lu lợng 36 2.5.1 Đo áp suất 36 2.5.2 Đo lu lợng 36 2.6 B×nh trÝch chøa 37 2.6.1 NhiƯm vơ 37 2.6.2 Phân loại 37 Ch−¬ng : phần tử hệ thống điều khiển b»ng thñy lùc 41 3.1 Kh¸i niƯm 41 3.1.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn 41 3.1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển b»ng thñy lùc 41 3.2 Van ¸p suÊt 42 3.2.1 NhiƯm vơ 42 3.2.2 Phân loại 42 3.2.2.1 Van trµn vµ van an toµn 42 3.2.2.2 Van giảm áp 44 3.2.2.3 Van c¶n 46 3.2.2.4 Rơle áp suÊt 46 3.3 Van đảo chiều 46 3.3.1 NhiƯm vơ 46 3.3.2 C¸c kh¸i niƯm 46 3.3.3 Nguyên lý làm việc 47 3.3.4 C¸c loại tín hiệu tác động 48 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.3.5 C¸c loại mép điều khiển van đảo chiều 49 3.4 Các loại van điện thủy lực ứng dụng mạch điều khiển tự động 49 3.4.1 Phân loại 49 3.4.2 C«ng dông 50 3.4.3 Van solenoid 50 3.4.4 Van tû lÖ 51 3.4.3 Van servo 52 3.5 Cơ cấu chỉnh lu lợng 58 3.5.1 Van tiÕt l−u 58 3.5.2 Bé æn tèc 60 3.6 Van chỈn 62 3.6.1 Van mét chiÒu 62 3.6.2 Van mét chiều điều khiển đợc hớng chặn 64 3.6.3 Van tác động khóa lẫn 64 3.7 èng dÉn, èng nèi 65 3.7.1 èng dÉn 65 3.7.2 Các loại ống nối 66 3.7.3 Vòng chắn 66 Chơng : điều chỉnh ổn ®Þnh vËn tèc 68 4.1 §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u 68 4.1.1 §iỊu chØnh b»ng tiÕt lu đờng vào 68 4.1.2 Điều chỉnh tiết lu đờng 69 4.2 §iỊu chØnh b»ng thÓ tÝch 70 4.3 ổn định vận tốc 71 4.3.1 Bộ ổn tốc lắp đờng vào cấu chấp hành 72 4.3.2 Bộ ổn tốc lắp đờng cấu chÊp hµnh 73 4.3.3 ỉn ®Þnh tèc ®é ®iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch kÕt hợp với tiết lu 73 Chơng : ứng dụng thiết kế hệ thống truyền động thủy lùc 76 5.1 øng dơng trun ®éng thñy lùc 76 5.2 ThiÕt kÕ hƯ thèng trun ®éng thđy lùc 81 PhÇn : hÖ thèng khÝ nÐn 92 Ch−¬ng : c¬ së lý thuyÕt 92 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.1 Lịch lử phát triển khả øng dơng cđa HTT§ khÝ nÐn 92 6.1.1 Lịch sử phát triển 92 6.1.2 Khả ứng dụng cña khÝ nÐn 92 6.2 Những u điểm nhợc điểm HTTĐ khí nén 93 6.2.1 Ưu ®iÓm 93 6.2.2 Nhợc điểm 93 6.3 Nguyên lý truyền động 93 6.4 Sơ đồ nguyên lý trun ®éng 94 6.5 Đơn vị đo đại lợng b¶n 94 Chơng : phần tử khí nén ®iƯn khÝ nÐn 96 7.1 C¬ cÊu chÊp hµnh 96 7.2 Van đảo chiều 97 7.2.1 Nguyên lý hoạt động van đảo chiÒu 97 7.2.2 Ký hiệu van đảo chiều 97 7.2.3 Các tín hiệu tác động 98 7.2.4 Van đảo chiều có vị trí 100 7.2.5 Van đảo chiều vị trí 102 7.3 Van chỈn 103 7.3.1 Van mét chiÒu 104 7.3.2 Van logic 104 7.3.3 Van OR 104 7.3.4 Van AND 104 7.3.5 Van x¶ khÝ nhanh 104 7.4 Van tiÕt l−u 104 7.4.1 Van tiết lu có tiết diện không thay đổi 104 7.4.2 Van tiÕt l−u cã tiÕt diƯn thay ®ỉi 105 7.4.3 Van tiÕt l−u mét chiÒu 105 7.5 Van ®iỊu chØnh thêi gian 105 7.5.1 Rơle thời gian đóng chËm 105 7.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm 105 7.6 Van chân không 105 7.7 C¶m biÕn b»ng tia 106 7.7.1 C¶m biÕn b»ng tia rÏ nh¸nh 106 7.7.2 C¶m biÕn b»ng tia ph¶n håi 106 7.7.3 C¶m biÕn b»ng tia qua khe hë 107 Ch−¬ng : hƯ thống điều khiển khí nén điện khí nén 108 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 8.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn khÝ nÐn 108 8.1.1 Biểu đồ trạng thái 108 8.1.2 Các phơng pháp điều khiển 108 a §iỊu khiĨn b»ng tay 108 b §iỊu khiÓn theo thêi gian 110 c Điều khiển theo hành trình 112 d Điều khiển theo tầng 113 e §iỊu khiĨn theo nhÞp 115 8.2 HƯ thèng ®iỊu khiĨn ®iƯn khÝ nÐn 117 8.2.1 Các phần tử điện 117 8.2.2 Mạch điều khiển khÝ nÐn 118 a Mạch điều khiển có tiếp điểm tự tr× 118 b Mạch điều khiển có rơle thời gian tác động chậm 119 c Mạch điều khiển theo nhÞp cã hai xilanh khÝ nÐn 120 Tài liệu tham khảo 121 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phần 1: hệ thống thủy lực Chơng 1: sỡ lý thuyết 1.1 lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực +/ 1920 đà ứng dụng lĩnh vực máy công +/ 1925 øng dơng nhiỊu lÜnh vùc c«ng nghiệp khác nh: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không, +/ 1960 ®Õn øng dơng tù ®éng hãa thiÕt bị dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả điều khiển máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suất lớn 1.2 u điểm nhợc điểm hệ thống truyền động thủy lực 1.1.1 Ưu điểm +/ Truyền động đợc công suất cao lực lớn, (nhờ cấu tơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhng đòi hỏi chăm sóc, bảo dỡng) +/ Điều chỉnh đợc vận tốc làm việc tinh vô cấp, (dễ thực tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chơng trình có sẵn) +/ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí phần tử dẫn bị dẫn không lệ thuộc +/ Có khả giảm khối lợng kích thớc nhờ chọn ¸p suÊt thñy lùc cao +/ Nhê qu¸n tÝnh nhá bơm động thủy lực, nhờ tính chịu nén dầu nên sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (nh khí điện) +/ Dễ biến đổi chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến cấu chấp hành +/ Dễ đề phòng tải nhờ van an toàn +/ Dễ theo dõi quan sát áp kế, kể hệ phức tạp, nhiều mạch +/ Tự động hoá đơn giản, kể thiết bị phức tạp, cách dùng phần tử tiêu chuẩn hoá 1.1.2 Nhợc điểm +/ Mất mát đờng ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất hạn chế phạm vi sử dụng +/ Khó giữ đợc vận tốc không đổi phụ tải thay đổi tính nén đợc chất lỏng tính đàn hồi đờng èng dÉn +/ Khi míi khëi ®éng, nhiƯt ®é cđa hệ thống cha ổn định, vận tốc làm việc thay ®ỉi ®é nhít cđa chÊt láng thay ®ỉi 1.3 định luật chất lỏng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.2.1 áp st thđy tÜnh Trong chÊt láng, ¸p st (do träng lợng ngoại lực) tác dụng lên phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa a pL F A b F1 c A1 l1 h pF pF ps l2 F2 A2 Hình 1.1 áp suất thđy tÜnh Ta cã: H×nh a: pS = h.g.ρ + pL F H×nh b: pF = A l A F F F Hình c: = pF = = = l1 A1 F2 A1 A2 (1.1) (1.2) (1.3) Trong đó: - khối lợng riêng chÊt láng; h- chiỊu cao cđa cét n−íc; g- gia tèc träng tr−êng; pS- ¸p suÊt lùc träng tr−êng; pL- áp suất khí quyển; pF- áp suất tải trọng ngoài; A, A1, A2- diện tích bề mặt tiếp xúc; F- tải trọng 1.2.2 Phơng trình dòng chảy liên tục Lu lợng (Q) chảy đờng ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) không đổi (const) Lu lợng Q chất lỏng qua mặt cắt A ống toàn ống (điều kiện A2 liên tục) Ta có phơng trình dòng chảy nh sau: Q = A.v = h»ng sè (const) (1.4) Víi v vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A A1 Nếu tiết diện chảy hình tròn, ta cã: v1 v2 (1.5) Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 d 12 π d2 = v2 4 Vận tốc chảy vị trí 2: v1 d2 v = v 12 d2 (1.6) Hình 1.2 Dòng chảy liên tục CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong đó: Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí 1; Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí 1.2.3 Phơng trình Bernulli Theo hình 1.3 ta có áp suất điểm chất lỏng chảy: .v 12 .v 22 p + ρ.g.h + = p + ρ.g.h + = const 2 Trong ®ã: p1 p + ρ.g.h ⎫ ⎬ ¸p st thđy tØnh; p + ρ.g.h ⎭ v1 p2 h1 ρ.v ρ.v , : áp suất thủy động; 2 = .g : trọng lợng riêng (1.7) 2 h2 v2 Hình 1.3 Phơng trình Bernulli 1.4 Đơn vị đo đại lợng (Hệ mét) 1.3.1 áp suất (p) Theo đơn vị đo lờng SI Pascal (pa) 1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2 Đơn vị nhỏ, nên ngời ta thờng dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 so với đơn vị áp suất củ kg/cm2 có mối liên hệ nh sau: 1kg/cm2 ≈ 0.1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2 (TrÞ sè chÝnh xác: 1kg/cm2 = 9,8N/cm2; nhng để dàng tính toán, ta lấy 1kg/cm2 = 10N/cm2) Ngoài ta dùng: 1bar = 105N/m2 = 1kg/cm2 1at = 9,81.104N/m2 ≈ 105N/m2 = 1bar (Theo DIN- tiêu chuẩn Cộng hòa Liên bang Đức 1kp/cm2 = 0,980665bar 0,981bar; 1bar 1,02kp/cm2 Đơn vị kG/cm2 tơng đơng kp/cm2) 1.3.2 Vận tốc (v) Đơn vị vận tốc m/s (cm/s) 1.3.2 Thể tích lu lợng a Thể tích (V): m3 lít(l) b Lu lợng (Q): m3/phút l/phút Trong cấu biến đổi lợng dầu ép (bơm dầu, động dầu) dùng đơn vị m3/vòng l/vòng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.3.4 Lực (F) Đơn vị lực Newton (N) 1N = 1kg.m/s2 1.3.5 Công suất (N) Đơn vị công suất Watt (W) 1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3 1.5 Các dạng lợng +/ Mang lợng: dầu +/ Truyền lợng: ống dẫn, đầu nối +/ Tạo lợng chuyển đổi thành lợng khác: bơm, động dầu(mô tơ thủy lực), xilanh truyền lực 1.5.1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiÕn A1 Fs A2 x1, v1 t¶i d p1 Q1 m D Q2 p2 Ft Fc pT p0 Qb Hình 1.4 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến Tính toán sơ bộ: +/ Thông số cấu chấp hành: Ft v(v1, v2) Chuyển động tịnh tiến (hành trình làm việc) A1 A2 x1, v1 d m D Q1, p1 Ft Q2, p20 +/ Các phơng trình: Lu lợng: Q1 = A1.v1 Q2 = A2.v1 Lùc: Ft = p1.A1 (1.8) (1.9) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ft v [kW] 60.103 p Q C«ng st thđy lùc: N = 13 [kW ] 60.10 Nếu bỏ qua tổn thất từ bơm đến cấu chấp hành N Nbơm Nếu tính đến tổn thất N ( = 0,6 ữ 0,8) N = Nđcơ điện = Công suất cấu chấp hành: N = (1.10) (1.11) (1.12) Chuyển động lùi (hành trình chạy không) A1 A2 x2, v2 d m D Fc Q '2 , p '2 ≈ Q1, p2 NÕu t¶i Ft = ⇒ p2 chØ thắng ma sát p2.A2 Fc Lu lợng: Q1 = A2.v2 (1.13) Q '2 = A1.v ≠ Q2 Do A1 > A2 v2 > v1 1.5.2 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động quay Mx tải J θ Q Q n®, Dm p p pT p Qb Hình 1.5 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động quay 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bé ỉn tèc lµ mét van ghÐp gồm có: van giảm áp van tiết lu Bộ ổn tốc lắp đờng vào đờng cấu chấp hành nh van tiết lu, nhng phổ biến lắp đờng cấu chấp hành Ký hiệu: p1 p2 p4 Flx p2 Q2 p3 A H×nh 3.29 KÕt cấu ổn tốc Điều kiện để ổn tốc cã thĨ lµm viƯc lµ: p1 > p2 > p3 > p4 Ta có phơng trình cân tĩnh: F A.p3 = p4.A + Flx ⇒ ∆p = p3 - p4 = lx A Q2 = µ.A x c ∆p = k (3.5) Flx A (3.6) Q2 kh«ng phơ thc vào tải mà phụ thuộc vào Flx v ổn định p4 Flx p2 Q2 p3 A p1 Hình 3.30 Sơ đồ thủy lực có lắp ổn tốc 61 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.6 van chặn Van chặn gồm lo¹i van sau: +/ Van mét chiỊu +/ Van mét chiều điều điều khiển đợc hớng chặn +/ Van tác ®éng kho¸ lÉn 3.6.1 Van mét chiỊu Van mét chiỊu dùng để điều khiển dòng chất lỏng theo hớng, hớng dầu bị ngăn lại Trong hệ thống thủy lực, thờng đặt nhiều vị trí khác tùy thuộc vào mục đích khác Ký hiƯu: Van mét chiỊu gåm cã: van bi, van kiểu trợt Hình 3.31 Kết cấu van bi chiều ứng dụng van chiều: +/ Đặt đờng bơm (để chặn dầu chảy bể) +/ Đặt cửa hút bơm (chặn dầu bơm) +/ Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho mét hƯ thèng 62 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt VÝ dơ: sơ đồ thủy lực sử dụng hai bơm dầu nhằm giảm tiêu hao công suất A1 A2 v1 FL v2 Flx T p2 P p1 Q2 A Q1 p1 Hình 3.32 Sơ đồ mạch thủy lực sử dụng hai bơm dầu Khi thực vận tốc công tác v1, bơm (Q1) hoạt động: Q1 = A1.v1 Khi thực vận tốc chạy không v2 (pittông lùi về) hai bơm cung cấp dầu (Q1, Q2): Q1 + Q2 = A2.v2 (Q2 >> Q1) Gi¶i thÝch nguyên lý: +/ Khi có tải FL thực v1 p1 > p2, van chiều bị chặn ⇒ Q v = vµ Q vỊ bể dầu A1 (A.p1 > Flx pittông lên cửa P T thông Q2 bể dầu) +/ Khi chạy nhanh với v2 (không tải): p 1∗ ↓ ⇒ Flx ≥ p 1∗ A ⇒ pitt«ng ®i xng më cưa P, ®ãng cưa T, lóc nµy p2 > p1 ⇒ van mét chiÒu më ⇒ cung cấp Q2 Q1 cho xilanh để thực v2 Q + Q2 v2 = A2 63 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Van chiều điều khiển đợc hớng chặn a Nguyên lý hoạt động Khi dầu chảy từ A qua B, van thùc hiƯn theo nguyªn lý cđa van mét chiều Nhng dầu chảy từ B qua A, phải có tín hiệu điều khiển bên tác động vµo cưa X a b c b a x x a b x a b H×nh 3.33 Van mét chiỊu điều khiển đợc hớng chặn a Chiều A qua B, t¸c dơng nh− van mét chiỊu; b ChiỊu B qua A có dòng chảy, có tác dụng tín X; c Ký hiệu 3.6.3 Van tác động khoá lẫn a Nguyên lý hoạt động Kết cấu van tác động khoá lẫn, thực lắp hai van chiều điều khiển đợc hớng chặn Khi dòng chảy từ A1 qua B1 từ A2 qua B2 theo nguyên lý van chiều Nhng dầu chảy từ B2 A2 phải có tín hiệu điều khiển A1 dầu chảy từ B1 A1 phải có tín hiệu điều khiển A2 a B1 b B2 A1 B1 A2 B2 A1 c B A2 B A A Hình 3.34 Van tác động khóa lẩn a Dòng chảy từ A1 qua B1 từ A2 qua B2 (nh− van mét chiÒu); b Tõ B2 vÒ A2 phải có tín hiệu điều khiển A1; c Ký hiƯu 64 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.7 èng dÉn, èng nèi §Ĩ nối liền phần tử điều khiển (các loại van) với cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi lợng (bơm dầu, động dầu), ngời ta dùng ống dẫn, ống nối nối 3.7.1 ống dẫn a Yêu cầu ống dẫn dùng hệ thống điều khiển thủy lực phổ biến ống dẫn cứng (vật liệu ống đồng thép) ống dẫn mềm (vải cao su ống mềm kim loại làm việc nhiệt độ 1350C) ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền học tổn thất áp suất ống nhỏ Để giảm tổn thất áp suất, ống dẫn ngắn tốt, bị uốn cong để tránh biến dạng tiết diện đổi hớng chuyển động dầu b Vận tốc dầu chảy ống +/ ë èng hót: v = 0,5 ÷ 1,5 m/s +/ ë èng nÐn: p < 50bar th× v = ữ m/s p = 50 ữ 100bar v = ữ m/s p > 100bar v = ữ m/s +/ ống xả: v = 0,5 ữ 1,5 m/s Các đờng ống hút Các đờng ống nén Các đờng ống xả Hình 3.35 Sơ đồ mạch thủy lực thể đờng ống c Chọn kích thớc đờng kính ống Ta có phơng trình lu lợng chảy qua ống dẫn: Q = A.v Trong ®ã: (3.7) π.d TiÕt diƯn: A = (3.8) π.d v ⇔Q= Trong ®ã: d [mm]; Q [lÝt/phót]; v [m/s] (3.9) 65 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ⇒v= Q π 6.d 10 (3.10) ⇒ KÝch thớc đờng kính ống dẫn là: d = 10 2.Q [mm] 3..v (3.11) 3.7.2 Các loại ống nối a Yêu cầu Trong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tơng đối cao độ bền độ kín Tïy theo ®iỊu kiƯn sư dơng èng nèi cã thĨ không tháo đợc tháo đợc b Các loại ống nối Để nối ống dẫn với nối ống dẫn với phần tử thủy lực, ta dùng loại ống nối đợc thể hiển nh hình 3.36 a b Hình 3.36 Các loại ống nối a èng nèi vỈn ren; b èng nèi siÕt chỈt b»ng đai ốc 3.7.3 Vòng chắn a Nhiệm vụ Chắn dầu đómg vai trò quan trọng việc đảm bảo làm việc bình thờng phần tử thủy lực Chắn dầu không tốt, bị rò dầu đầu nối, bị hao phí dầu, không đảm bảo áp suất cao dẫn đến hệ thống hoạt động không ổn định 66 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Phân loại Để ngăn chặn rò dầu, ngời ta thờng dùng loại vòng chắn, vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ dầu Dựa vào bề mặt cần chắn khít, ta phân thành hai loại: +/ Loại chắn khít phần tử cố định +/ Loại chắn khít phần tử chuyển động c Loại chắn khít phần tử cố định Chắn khít phần tử cố định tơng đối đơn giản, dùng vòng chắn chất dẻo kim loại mềm (đồng, nhôm) Để tăng độ bền, tuổi thọ vòng chắn có tính đàn hồi, ta thờng sử dụng cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng (cao su vải, vòng kim lo¹i, cao su l−u hãa cïng lâi kim lo¹i) d Loại chắn khít phần tử chuyển động tơng Loại đợc dùng rộng rÃi nhất, để chắn khít phần tử chuyển động Vật liệu chế tạo cao su chịu dầu, để chắn dầu bề mặt có chuyển động tơng đối (giữa pittông xilanh) Để tăng độ bền, tuổi thọ vòng chắn có tính đàn hồi, tơng tự nh loại chắn khít phần tử cố định, thờng ta sử dụng cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng (vòng kim loại) Để chắn khít chi tiết có chuyển động thẳng (cần pittông, cần đẩy điều khiển trợt điều khiển với nam châm điện, ), thờng dùng vòng chắn có tiết diện chử V, với vËt liƯu b»ng da hc b»ng cao su Trong tr−êng hợp áp suất làm việc dầu lớn bề dày nh số vòng chắn cần thiết lớn 67 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chơng 4: Điều chỉnh ổn định vận tốc Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng chuyển động quay cấu chấp hành hệ thống thủy lực cách thay đổi lu lợng dầu chảy qua với hai phơng pháp sau: +/ Thay đổi sức cản đờng dẫn dầu van tiết lu Phơng pháp điều chỉnh gọi điều chỉnh tiết lu +/ Thay đổi chế độ làm việc bơm dầu, tức điều chỉnh lu lợng bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực Phơng pháp ®iỊu chØnh nµy gäi lµ ®iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch Lựa chọn phơng pháp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu đặc tính bơm dầu, Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hiệu suất hệ thống dầu ép, ngời ta dùng phơng pháp điều chỉnh vận tốc thể tích Loại điều chỉnh đợc thực cách đa vào hệ thống dầu ép lu lợng dầu cần thiết để đảm bảo vận tốc định Do đó, nh không tính đến tổn thất thể tích khí toàn lợng bơm dầu tạo nên biến thành công có ích 4.1 Điều chỉnh tiết lu Do kết cấu đơn giản nên loại điều chỉnh đợc dùng nhiều hệ thống thủy lực máy công cụ để điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng nh chuyển động quay Ta có: Q = à.A x c p Khi Ax thay đổi ⇒ thay ®ỉi ∆p ⇒ thay ®ỉi Q ⇒ v thay đổi loại điều chỉnh bơm dầu có lu lợng không đổi, với việc thay đổi tiết diện chảy van tiết lu, làm thay đổi hiệu áp dầu, thay đổi lu lợng dẫn đến cấu chấp hành để đảm bảo vận tốc định Lợng dầu thừa không thực công có ích đợc đa bể dầu Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lu hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh tiÕt l−u sau: +/ §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u ë đờng vào +/ Điều chỉnh tiết lu đờng 4.1.1 Điều chỉnh tiết lu đờng vào Hình 4.1 sơ đồ điều chỉnh vận tốc tiết lu đờng vào Van tiết lu (0.4) đặt đờng vào xilanh (1.0) Đờng xilanh đợc dẫn bể dầu qua van cản (0.5) Nhờ van tiÕt l−u (0.4), ta cã thĨ ®iỊu chØnh hiƯu áp hai đầu van tiết lu, tức điều chỉnh đợc lu lợng chảy qua van tiết lu vào xilanh, làm thay đổi vận tốc pittông Lợng dầu thừa chảy qua van tràn (0.2) bể dầu 68 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Van cản (0.5) dùng để tạo nên áp định (khoảng 3ữ8bar) buồng bên phải xilanh (1.0), đảm bảo pittông chuyển động êm, van cản (0.5) làm giảm chuyển động giật mạnh cấu chấp hành tải trọng thay đổi ngột Nếu nh tải trọng tác dụng lên pittông F lực ma sát pittông xilanh Fms, phơng trình cân lực pittông là: A F + Fms (4.1) p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = ⇒ p1 = p + L A1 A1 (4.2) HiƯu ¸p hai đầu van tiết lu: p = p0 - p1 Trong đó: p0 áp suất bơm dầu tạo nên, đợc điều chỉnh van tràn (0.2) Phơng trình lu lợng: Q qua van tiết lu Q qua xilanh (bỏ qua rò dầu) Q = A1.v = à.A x c p (4.3) Qua ta thấy: FL thay ®ỉi ⇒ p1 thay ®ỉi ⇒ ∆p thay đổi Q thay đổi v không ổn ®Þnh A1 1.0 A2 v FL p1 p2 1.1 0.2 A B 0.4 P Ax 0.3 p0 T 0.5 0.1 Hình 4.1 Sơ đồ mạch thủy lực điều chỉnh tiết lu đờng vào 4.1.2 Điều chỉnh tiết l−u ë ®−êng 1.0 A2 A1 v FL p1 p2 1.1 A B P 0.3 Q1 T Q2 p0 0.2 Ax 0.1 0.4 p30 Hình 4.2 Sơ đồ mạch thđy lùc ®iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng 69 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 4.2 sơ đồ điều chỉnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u ë ®−êng Van tiÕt lu đảm nhiệm chức van cản tạo nên áp suất định đờng xilanh Trong trờng hợp này, áp suất buồng trái xilanh áp suất bơm, tức p1=p0 Phơng trình cân tĩnh là: (4.4) p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = V× cưa van cđa tiết lu nối liền với bể dầu, nên hiệu áp cña van tiÕt l−u: ∆p = p2 - p3 = p2 A F + Fms ⇒ ∆p = p2 = p − L (4.5) A2 A2 Q = v.A = µ.A x c p (4.6) Ta cịng thÊy: FL thay ®ỉi ⇒ p2 thay đổi Q2 thay đổi v thay đổi Cả hai ®iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u cã −u ®iĨm chÝnh kết cấu đơn giản, nhng hai có nhợc điểm không đảm bảo vận tốc cấu chấp hành giá trị định, tải trọng thay đổi Thờng ngời ta dùng hai loại điều chỉnh hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hệ thống không yêu cầu có vận tốc không đổi Nhợc ®iĨm kh¸c cđa hƯ thèng ®iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u phần lợng không dùng biến thành nhiệt trình tiết lu, nhiệt lợng làm giảm độ nhớt dầu, có khả làm tăng lợng dầu rò, ảnh hởng đến ổn định vận tốc cấu chấp hành Vì lý đó, ®iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u th−êng dïng nh÷ng hƯ thống thủy lực có công suất nhỏ, thờng không 3ữ3,5 kw Hiệu suất hệ thống điều chỉnh khoảng 0,65ữ0,67 4.2 Điều chỉnh thể tích Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hệu suất hệ thống thủy lực, ngời ta dùng phơng pháp điều chỉnh vận tốc thể tích Loại điều chỉnh đợc thực cách đa vào hệ thống thủy lực lu lợng dầu cần thiết để đảm bảo vận tốc định Lu lợng dầu thay đổi với việc dùng bơm dầu pittông cánh gạt điều chỉnh lu lợng Đặc điểm hệ thống điều chỉnh vận tốc thể tích tải trọng không đổi, công suất cấu chấp hành tỷ lệ với lu lợng bơm Vì thế, loại điều chỉnh đợc dùng rộng rÃi máy cần thiết công suất lớn khởi động, tức cần thiết lực kéo mômen xoắn lớn Ngoài đợc dùng rộng rÃi hệ thống thực chuyển động thẳng chuyển động quay vận tốc giảm, công suất cần thiết giảm 70 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm lại: u điểm phơng pháp điều chỉnh thể tích đảm bảo hiệu suất truyền động cao, dầu bị làm nóng, nhng bơm dầu điều chỉnh lu lợng có kết cấu phức tạp, chế tạo đắt bơm dầu có lu lợng không đổi v FL Q e Hình 4.3 Sơ đồ thủy lùc ®iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch Thay ®ỉi Q b»ng cách thay đổi qb bơm Qb = qb.n Trên hình 4.3 ta thấy: Thay đổi độ lệch tâm e (xê dịch vòng trợt) qb thay đổi Qb thay đổi 4.3 ổn định vận tốc Trong cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ xác cao, hệ thống điều chỉnh đơn giản nh đà trình bày đảm bảo đợc, không khắc phục đợc nguyên nhân gây không ổn định chuyển động, nh tải trọng không thay đổi, độ đàn hồi dầu, độ rò dầu nh thay đổi nhiệt độ dầu Ngoài nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc không ổn định thiếu sót kết cấu (nh cấu điều khiển chế tạo không xác, lắp ráp không thích hợp, ) Do đó, muốn cho vận tốc đợc ổn định, trì đợc trị số đà điều chỉnh hệ thống điều chỉnh vận tốc kể cần lắp thêm phận, thiết bị để loại trừ ảnh hởng nguyên nhân làm ổn định vận tốc Ta xét số phơng pháp thờng dùng để ổn định vận tốc cấu chấp hành 71 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Để giảm ảnh hởng thay đổi tải trọng, phơng pháp đơn giản phổ biến dùng ổn định vận tốc (gọi tắt ổn tèc) Bé ỉn tèc cã thĨ dïng hƯ thèng ®iỊu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u, hay ë hƯ thống điều chỉnh thể tích đờng vào đờng cấu chấp hành (Nh ta đà biết lắp đờng đợc dùng rộng rÃi hơn) 4.3.1 Bộ ổn tốc lắp đờng vào cấu chấp hành A1 A2 p1 v FL p p2 p0 ∆p A B p3 p1 FL L(p2+pms) v p3 v0 A’ B’ FL Flx p0 Hình 4.4 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp ổn tốc đờng vào Tại van giảm áp ta cã: π.D π.D − p1 − Flx = 4 hiƯu ¸p qua van tiÕt l−u ⇒ ∆p = p − p = Flx π.D Q c.µ.A x mµ v = = ∆p = const A1 A1 p3 (4.7) (4.8) (4.9) Gi¶i thÝch: gi¶ sư FL ↑ ⇒ p1 ↑ pittông van giảm áp sang trái cửa van giảm áp mở rộng p3 để dẫn đến p = const F Trên đồ thị: p1 ≥ p2 + pms (pms = ms ) (4.10) A1 +/ Khi p1 ↑ ⇒ p3 ↑ ⇒ ∆p = const ⇒ v = const 72 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt +/ Khi p3 = p0, tøc lµ cưa cđa van më hết cở (tại A đồ thị), tiếp tục FL p1 mà p3 = p1 không tăng p = p3 - p1 (p3 = p0) v đến p1 = p3 = p0 ⇒ ∆p = ⇒ v = 4.3.2 Bộ ổn tốc lắp đờng cấu chấp hành A1 A2 v FL p p0=p1 p2 p1= p0 Pms Flx p3 A B FL v p0 p3 v0 A’ B’ FL p4 ≈ H×nh 4.5 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp ổn tốc đờng .D +/ Tại van giảm ¸p ta cã: p − Flx = (4.11) 4 ∆p = p − = Flx = const (4.12) π.D +/ Gi¶ sö: FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ p3 ↓ ⇒ pittông van giảm áp sang phải cửa mở rộng p3 để p = const Trên đồ thÞ: Khi FL = ⇒ p2 = p0 - pms ⇒ v = v0 Khi FL ↑ ⇒ p2 van giảm áp trì p3 để p = const ⇒ v = const NÕu tiÕp tôc ↑ FL p2 = p3 (tại A đồ thị), tăng p2 = p3 = ⇒ ∆p = ⇒ v = 4.3.3 æn ®Þnh tèc ®é ®iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch kÕt hợp với tiết lu đờng vào Lu lợng bơm đợc điều chỉnh cách thay đổi độ lệch tâm e Khi làm việc, stato bơm có xu hớng di động sang trái tác dụng áp suất dầu buồng nén gây nên 73 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt A1 A2 v FL p2 p1 p0 Stato (vòng trợt) F1 F2 e Buồng hút Rôto Flx Pittông điều chỉnh Buồng nén Hình 4.6 ổn định tốc độ điều chØnh b»ng thĨ tÝch kÕt hỵp víi tiÕt l−u ë đờng vào Ta có phơng trình cân lực stato (bá qua ma s¸t): Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = (k: hệ số điều chỉnh bơm) NÕu ta lÊy hiÖu tiÕt diÖn F1 - F2 = k ⇔ F1 = F2 + k (4.13) ⇔ Flx + p1.(F2 + k) - p0.F2 - k.p0 = ⇔ Flx = F2.(p0 - p1) + k.(p0 - p1) ⇔ Flx = (F2 + k).(p0 - p1) F F ⇒ p0 - p1 = lx = lx F2 + k F1 (4.13) (4.14) Ta cã l−u l−ỵng qua van tiÕt l−u: Q = µ.A x c ∆p ∆p = p0 − p1 = (4.15) Flx F = lx F2 + k F1 (4.16) 74 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ⇒ Q = µ.A x c Flx = µ.A x c ∆p F1 (4.17) Từ công thức (4.17) ta thấy: Lu lợng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc trng p1, p0) Giả sử: FL p1 pittông điều chỉnh đẩy stato bơm sang phải e ↑ ⇒ p0 ↑ ⇒ ∆p = p0 - p1 = const 75 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... chấp hành: Ft v(v1, v2) Chuyển động tịnh tiến (hành trình làm viÖc) A1 A2 x1, v1 d m D Q1, p1 Ft Q2, p20 +/ Các phơng trình: Lu lợng: Q1 = A1.v1 Q2 = A2.v1 Lùc: Ft = p1.A1 (1. 8) (1. 9) CuuDuongThanCong.com... bơm, động dầu(mô tơ thủy lực) , xilanh truyền lực 1. 5 .1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến A1 Fs A2 x1, v1 tải d p1 Q1 m D Q2 p2 Ft Fc pT p0 Qb Hình 1. 4 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh... nÐn 12 0 Tài liệu tham khảo 12 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phần 1: hệ thống thủy lực Chơng 1: sỡ lý thuyết 1. 1 lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống