Bài Giảng Thủy lưc

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi... IV/ Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực Hệ thống điều khiển t

Môn đun: Thủy Lực 1 (Phần 2)

Tổng 90 giờ giờ 20 lý thuyết và 70 giờ thực hành

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI.

KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO.

NGHỀ: NGUỘI SỬA CHỮA MÁY CÔNG CỤ.

GVHD: Lê Văn Cường.

Bài 5: Cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền lực

bằng thủy lực I/ Những ưu điểm và nhược điểm của truyền

dẫn Thủy lực

a) Ưu điểm

- Truyền động được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và không cấp nhờ các thiết bị điều khiển kỹ thuật số hóa, dễ thực

hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc chương trình đã cho sẵn

- Kết cấu nhỏ gọn, nối kết giữa các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các mối nối ống

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành

chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn

áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp

- Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

b) Nhược điểm

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các

phần tử, làm giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu và tính đàn hồi của đường ống

dẫn

- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ

chính xác điều khiển

- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm việc

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

II/ Định luật của chất lỏng.

1 Áp suất thủy tĩnh.

Trong các chất lỏng, áp suất (áp suất do trọng lượng và

áp suất ngoại lực) Tác động lên phần tử của mặt chịu

áp suất trong bình chứa (Không phụ thuộc vào hình dáng của bình chứa) như sau:

2 Phương trình dòng chảy liên tục

3 Phương trình Bernulli

const

V gh

P

V gh

2 2

2 2 2

2

2 1 1

1

ρ ρ

ρ ρ

III/ CÔNG THỨC VÀ ĐƠN VỊ ĐO CỦA CÁC ĐẠI

2 Áp suất

- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là

pascal

-Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện

tích 1m² với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

1 Pascal = 1 N/m²

1 Pa = 1 kg.m/s²/m² = 1 kg/ms²

1 MPa = 1.000.000 Pa

1 bar = 100.000 Pa = 1 at

3 Lưu lượng

- Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy Đơn vị thường dùng là lít/phút

Q = V.A

Trong đó: Q lưu lượng của dòng chảy

A Tiết diện của dòng chảy

V Vận tốc trung bình của dòng chảy

L quảng đường vật đi được

5 Công suất:

1 Watt là công suất , trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 J

1 W = 1 Nm/s = 1 m²kg/s³

IV/ Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực

Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, tời kéo,…

Chú ý: độ nhớt động không có vai trò quan trọng trong

hệ thống điều khiển khí nén mà nó rất quan trọng trong điều khiển thủy lực.

Bài 6 : CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU

I/ BƠM VÀ ĐỘNG CƠ DẦU.

Bơm dầu là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến đổi cơ năng thành động năng và thế năng ( dưới dạng áp suất) của dầu

Bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích vào các buồng làm việc:

Khi thể tích tăng của buồng làm việc tăng, Bơm rút dầu, thực hiện chu kỳ hút

Khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén.

Phân loại:

+ Bơm có lưu lượng cố định: gọi là bơm cố định.

+ Bơm có lưu lượng điều chỉnh: gọi là bơm điều chỉnh

1/ Nhiệm vụ: là chuyển đổi năng lượng

-Bơm tạo ra Áp suất

- Động cơ dầu: là thiết bị dùng biến đổi năng lượng của

dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ Quá trình biến đổi năng lượng dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác động cơ

- Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng

của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra.

2/ Bơm bánh răng :Bơm bánh răng có kết cấu

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là sự thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút (A) tăng, bơm dầu hút,

thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra buồng (B), thực hiện chu kỳ nén Nếu trên đường đi của

dầu ta đặt một vật cản thì dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm

Trong đó:

m – mô đun của bánh răng [cm];

d – đường kính vòng chia bánh răng [cm];

b – bề rộng bánh răng [cm];

n – số vòng quay trong một phút [v/p];

z – số răng;

3/ Bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt được dùng rộng rãi hơn bơm bánh răng

do ổn định về lưu lượng, hiệu suất thể tích cao hơn

Lưu lượng bơm có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm

a/Bơm hướng kính

Bơm dầu pít tông hướng kính có các pít tông chuyển

động hướng tâm với trục quay của rôto Tùy thuộc vào

số pít tông ta có lưu lượng khác nhau

b/ Bơm hướng trục

Bơm pít tông hướng trục là loại bơm có các pít tông đặt song song với trục rôto và được truyền bằng khớp nối với trục quay của động cơ điện Bơm pít tông hướng trục có

ưu điểm là kích thước nhỏ gọn và hầu hết đều chỉnh lưu được nhờ điều chỉnh góc nghiên của kết cấu đĩa nghiên ở trong bơm

5 Tiêu chuẩn chọn bơm.

Chọn bơm phù hợp với các yếu tố sau.

- Giá cả.

- Tuổi thọ.

-Áp suất

- Phạm vi số vòng quay

- Khả năng chịu được các hợp chất hóa học.

- Sự dao động của lưu lượng.

- Thể tích nén cố định hoặc thay đổi.

- Công suất

- Khả năng bơm các loại tạp chất

- Hiệu suất

II/ Bể Dầu

1 Nhiệm vụ

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín ( cấp và nhận dầu chảy về)

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

- Lắng đọng các chất cặn bả, dơ bẩn trong quá trình làm việc

3 Kết cấu của bể dầu

Mô tả bộ nguồn cung cấp năng lượng dầu Khi động

cơ (1) có điện, bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua qua ống hút (15) cấp cho hệ thống điều khiển qua cửa

áp (5), dầu xả được cho về lại thùng (11) qua cửa (8) qua

bộ lọc (16)

Dầu thường được đổ vào thùng (11) qua một cửa (10)

bố trí trên nắp bể lọc và có thể kiểm tra mức dầu đạt

yêu cầu nhờ mắt dầu (9)

Quan sát áp suất của bộ nguồn dầu bằng đồng hồ áp

suất (7) Giá trị áp suất giới hạn của nguồn được điều

chỉnh bằng van an toàn áp suất (6).

III/ BỘ LỘC DẦU.

1/ Nhiệm vụ:

Trong quá trình làm việc không tránh khỏi dầu bị bẩn

do các chất bẩn được tạo ra từ bên ngoài hay bản thân

của nó Những chất bẩn này đã gây ra hiện tượng kẹt

các khe hở, các tiết diện dòng chảy làm ảnh hưởng rất

lớn đến sự ổn định hoạt động của hệ thống và hư hỏng

Do đó trong hệ thống dầu ép ta thường gắn các bộ lọc

dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong

các cơ cấu, phần tử dầu ép

Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm dầu Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm, và một ở ống xả của hệ thống dầu ép.

2/ Phân loại theo kích thước.

-Bộ lọc thô: Có thể lọc những chất bẩn đến 0,1 mm

- Bộ lọc trung bình: ………0,01 mm

- Bộ lọc tinh: ……… …0,005 mm

- Bộ lọc tinh đặc biệt: ………… ……….0,001 mm

3/ Cách lắp bộ lộc trong hệ thống

Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển, mà ta có thể lắp các bộ lọc dầu ở các vị trí khác nhau

a Xác định độ bẩn của dầu b Bộ lọc lắp ở đường hút c Bộ lọc lắp ở đường nén

d Bộ lọc lắp ở đường xả

IV Đo áp kế và lưu lượng kế

1 Đo áp suất bằng áp kế lò xo

Nguyên lí đo áp suất bằng lò xo là dưới tác dụng của áp lực , lò xo bị biến dạng qua cơ

cấu thanh truyền hay đòn bẩy và bánh răng ,

độ biến dạng của lò xo sẽ chuyển đổi thành giá trị được ghi trên mặt hiện số.

2 Nguyên lí hoạt động của áp kế lò xo tấm

Dưới tác động của áp suất, lò xo tấm (5) bị biến dạng, qua trục đòn bẩy 8, chi tiết hình đáy quạt 9, chi tiết thanh răng 10, kim chỉ 11, giá trị áp suất được hiện lên trên mặt số 12.

3 Ap kế cảm biến điện (Piezoelectrics)

Dưới tác động của áp suất, màng cảm biến cơ khí

bị tác động sự co giãn ở màng cảm biến này tạo ra một hiệu điện thế UA tương ứng với độ lớn của áp suất tác động, áp suất sẽ được xác định bằng sự

chênh nguồn nuôi mạch cầu UB.

4 Đo lưu lượng bằng bánh hình ôvan và bánh răng

Chất lỏng chảy qua ống làm quay bánh ôvan và bánh răng, độ lớn lưu lượng được xác định bằng thể tích (Vk) chất lỏng chảy qua bánh van và bánh răng.

Nguyên lý đo lưu lượng bằng bánh van Nguyên lý đo lưu lượng bằng bánh răng

5 Đo lưu lượng bằng tuabin vàcánh gạt

Chất lỏng chảy qua ống làm quay cánh tuabin và cánh gạt, độ lớn lưu lượng được xác định bằng tốc

độ quay của cánh tuabin và cánh gạt.

Nguyên lý đo lưu lượng bằng

tuabin

Nguyên lý đo lưu lượng bằng

cánh gạt

6 Đo lưu lượng bằng nguyên lý độ chênh áp

Hai áp kế được đặt ở hai đầu của màng ngăn, độ lớn lưu lượng được xác định bằng độ chênh lệch áp suất trên hai áp kế p1 và p2.

Nguyên lý đo lưu lượng

bằng chênh lệch áp suất

7 Đo lưu lượng bằng lực căng lò xo

Chất lỏng chảy qua ống tác động vào đầu đo, trên đầu đo có gắn lò xo, lưu chất chảy

qua lưu lượng kế ít hay nhiều sẽ được xác định qua kim chỉ.

V Ắc quy thủy lực :

1 Nhiệm vụ

Ắc quy thủy lực là cơ cấu dùng trong các hệ

truyền dẫn thủy lực để điều hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc Ắc quy làm việc theo hai quá trình : tích và cấp

năng lượng Ac quy được sử dụng rộng rãi trong các loại máy rèn, ép, trong các cơ cấu tay máy và đường dây tự động v.v nhằm làm giảm công suất của bơm, tăng độ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thủy lực.

2 Phân loại

Theo nguyên lý gây tải ắc quy thủy lực được chia

thành ba loại : ắc quy trọng vật, ắc quy lò xo và ắc quy thủy khí.

a Ắc quy trọng vật

Ắc quy trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua lực masát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và pittông, và không

tính đến lực quán tính của pittông chuyển dịch khi thể tích ắcquy thay đổi trong quá trình làm việc

Acquy loại này yêu cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng so với pittông, nếu không sẽ gây ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kín

Lực tác dụng ngang này sẽ làm hỏng cơ cấu làm kín

và ảnh hưởng xấu đến sự làm việc ổn định của ắc

quy Ắc quy trọng vật là một cơ cấu đơn giản nhưng cồng kềnh, vì vậy trong thực tế thường được bố trí ở ngoài xưởng Những lý do trên đã hạn chế việc sử

dụng loại ắc quy này.

b Ắcquy lò xo

Quá trình tích năng lượng ở ắc quy lò xo là quá

trình biến dạng của lò xo Acquy lò xo có quán tính nhỏ hơn so với ắcquy trọng vật, vì vậy nó được sử

dụng để làm tắt những va đập thủy lực trong các hệ thủy lực và giữ áp suất cố định trong các cơ cấu

kẹp.

c Ắc quy thủy khí

Ắcquy thủy khí lợi dụng tính chất nén được của khí

để tạo ra áp suất chất lỏng Tính chất này làm cho ắc quy có khả năng giảm chấn Trong ắcquy trọng vật

áp suất hầu như cố định không phụ thuộc vào vị trí của pittông Trong ắcquy lò xo, áp suất thay đổi tỷ lệ

tuyến tính, còn trong ắcquy thủy khí áp suất chất

lỏng thay đổi theo những định luật thay đổi áp suất của khí Theo kết cấu ắcquy thủy khí được chia

thành hai kiểu chính :

Bình trích chứa thủy khí có ngăn

Cấu tạo bình trích chứa thủy khí

4 Ví dụ ứng dụng

- Kẹp chi tiết trong quá trình khoan

BÀI 7: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG

THỦY LỰC I/ Khái niệm:

1/ Hệ thống điều khiển.

Hệ thống điều khiển bằng thủy lực gồm các phần tử như sau:

- Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, Bộ lọc

- Phần tử xử lý: Van áp suất, Van điều khiển từ xa.

- Phần tử điều khiển: Van đảo chiều.

- Cơ cấu chấp hành: Xi lanh, động cơ dầu

Cơ cấu chấp hành

Phần tử điều khiển

Cơ cấu tạo năng lượng

2 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển

3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực

II Van áp suất

1 Nhiệm vụ

Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp suất trong hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

a/ Van tràn điều khiển trực tiếp

b/ Van tran điều khiển gián tiếp.

Van tràn điều khiển trực tiếp không sử dụng được trong các

hệ thống thủy lực có áp suất cao, bởi vì kích thước của van, nút van sẽ lớn, lực lò xo phải tăng quá mức cho phép.Để giảm lực lò xo ở điều kiện áp suất và lưu lượng lớn, đồng thời tăng

độ nhạy của van và ổn định về áp suất trong van, người ta sử dụng van tràn điều khiển gián tiếp ( van tràn 2 cấp ) Nuyên lý làm việc của nó như sau :

Khi áp suất ở (10) tăng lên, nút van (2) sẽ mở ra Hình thành hiệu áp ở lỗ tiết lưu (6) Piston (1) di động về phía trên, dầu theo rãnh (T) về thùng Một trong những đặc tính quan trọng của van tràn là sự thay đổi áp suất đìêu chỉnh, khi thay đổi lưu lượng Q Sự thay đổi này càng ít, van làm việc càng tốt

Đường biểu diễn sự thay đổi áp suất gọi là đường đặc tính của van

1.Đường đặc tính của van tràn điều khiển trực tiếp 2.Đường đặc tính của van tràn điều khiển gián tiếp

4/ Van giảm áp

Khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn (bơm) cho một số

cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất trong trường hợp này người ta phải cho bơm làm việc áp suất lớn và dùng van giảm áp đến một trị số cần thiết.

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo van giảm áp a/ Van giảm áp điều khiển trực tiếp

Nguyên tắc làm việc: Van giảm áp dựa trên

sự cần bằng tác dụng của những lực ngược chiều nhau trên nút van : Lực tạo thành bởi kết cấu van (lò xo) và van áp suất của chất lỏng tại cửa ra A

b Van giảm áp điều khiển gián tiếp

Dòng thủy lực sẽ chảy từ A qua B qua rãnh (7), khi

áp suất được điều chỉnh giảm áp theo yêu cầu, khi

đó nút côn (1) sẽ đóng lại Khi áp suất ở cửa A tăng lên, tạo chênh lệch áp ở vòi phun (5), nút côn (1) sẽ

mở ra, con trượt (2) sẽ dịch chuyển lên, như vậy khe

hở (7) nhỏ lại, áp suất ở cửa a sẽ giảm xuống và giữ mức ổn định

Áp suất ở cửa A có giá trị : PA = PB - Δp

Trong đó : Δp là tổn thất áp suất từ B sang A.

Ví dụ dưới đây là sơ đồ lắp sử dụng van giảm áp để thực hiện qui trình cho kẹp chi tiết cán.

5 Van cản ( van đóng, mở nối tiếp)

Van được sử dụng trong trường hợp khi yêu cầu

mở , đóng nối tiếp hai dòng chất lỏng áp suất mà sự

mở, đóng của một dòng được thực hiện nhờ tín hiệu

áp suất của dòng kia Van cản có nhiệm vụ giảm

vận tốc chuyển động của cơ cấu chấp hành tại vị trí cuối

hành trình hay bắt đầu hành trình để cơ cấu chấp

hành cứng vũng, an toàn và không bị rung động.

Chức năng làm việc của van đóng nối tiếp tương tư như van tràn.

Áp suất điều khiển

ở cửa A

Áp suất điều khiển từ nguồn khác qua cửa z

Nhiệm vụ của van cản (đóng mở nối tiếp) xem hình sau đây Van mở được thực hiện trong trường hợp khi dòng chất lỏng qua van đảo chiều để thực hiện chuyển động làm việc, khi này bơm EP( có lưu

lượng lớn) thực hiện chạy dao nhanh qua van mở 1 cho dầu trở về thùng chứa Van đóng thực hiện cho

xy lanh Z2, trong trường hợp khi áp suất

trong xy lanh Z1 đã đạt giá trị p3

6 Van đóng, mở cho ắc quy thuỷ lực

Nguyên lý làm việc của van này như sau:

Cửa P được nối với nguồn (bơm) Khi ắc quy thuỷ lực được nạp đến áp suất qui định qua van một

chiều (3) của cửa S, nó sẽ đẩy pittông (5) của van phụ trợ (2), làm cho mặt côn (6) sẽ dịch chuyển lên trên Xuất hiện hiệu áp trên vòi phun (4) và như vậy nòng van (8) sẽ dịch chuyển về bên trái Dầu từ

bơm lên từ cửa P sẽ qua cửa T trở về bể dầu.