Giáo trình truyền động thủy lực phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

Chương TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Khái niệm Truyền động thủy lực thể tích (TĐTLTT) cịn gọi truyền động thủy lực thủy tĩnh, chủ yếu dựa vào tính chất khơng nén chất lỏng để truyền áp năng, nhờ truyền động xa mà tổn thất lượng Truyền động thủy lực thể tích hệ truyền động, máy bơm động thủy lực thuộc nhóm máy thủy lực thể tích Cấu tạo hệ thống TĐTLTT gồm có ba phận chính: - Máy bơm (bộ phận tạo nguồn lượng) - Động thủy lực nhánh (bộ phận truyền động cho cấu chấp hành phụ tải) - Bộ phận điều chỉnh điều khiển Trong phần đầu, động dẫn động (thí dụ động điện) qua máy bơm biến thành áp chất lỏng Đến phần thứ hai, áp chất lỏng biến thành động thủy lực làm chuyển động cấu chấp hành Bộ phận biến đổi điều chỉnh có nhiệm vụ điều chỉnh điều khiển lượng dòng chất lỏng phù hợp với yêu cầu động thủy lực Ngồi cịn có đường ống dẫn dòng chất lỏng chảy liên tục từ máy bơm qua cấu điều chỉnh điều khiển đến động thủy lực Do cấu tạo gọn, tính đa chuyển động cấu chấp hành (chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay,…) ưu điểm đặc biệt nó, mà TĐTLTT ứng dụng rộng rãi máy công cụ, đặc biệt máy mỏ Tuy nhiên có nhược điểm sau: - Do áp suất làm việc hệ thống cao nên khó làm kín buồng làm việc, u cầu gia cơng chi tiết có độ xác cao nên giá thành đắt - Chất lỏng làm việc phải có chất lượng cao: sạch, khơng gây ăn mịn, bơi trơn tốt, độ nhớt ổn định nhiệt độ thay đổi 4.1.2 Các thông số máy thủy lực thể tích Trong thực tế máy thủy lực thể tích làm việc buồng làm việc máy khơng thể kín tuyệt đối với trị số áp suất Khi tăng tải trọng làm việc đến mức xuất rị rỉ chất lỏng, tiếp tục tăng tải trọng rị rỉ tăng tới trị số áp suất giới hạn lưu lượng máy hồn tồn mát rị rỉ Ngồi áp suất làm việc bị hạn chế sức bền máy Vậy để bảo đảm làm việc bình thường máy thủy lực thể tích cần hạn chế áp suất làm việc tối đa cách dùng van an toàn, Khi tải trọng tăng đến mức độ “nguy hiểm” van an tồn tự động thải bớt chất lỏng để giảm áp suất làm việc máy 4.1.2.1 Lưu lượng - Gọi Q1 lưu lượng lý thuyết máy thủy lực thể tích: Q1 tổng thể tích làm việc máy đơn vị thời gian Q1 = q n (4-1) Trong đó: q1: Lưu lượng riêng máy 76 n: Số chu kỳ làm việc máy đơn vị thời gian - Vì thực tế có rị rỉ lưu lượng, nên lưu lượng thực tế máy Q: Q < Q1 4.1.2.2 Áp suất - Biết cột áp máy thủy lực thể tích tạo nên chủ yếu thay đổi áp suất tĩnh chất lỏng chuyển động qua máy; nên thường dùng áp suất để biểu thị khả tải máy theo cơng thức thủy tĩnh có: H= P (4-2)  : Trọng lượng riêng chất lỏng làm việc - Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng mô men quay máy - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến áp suất làm việc p tác dụng lên pit tông tạo nên áp lực P: P = p  (4-3) : Diện tích làm việc mặt pít tơng - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên rô to tạo nên mô men quay M M = KM P (4-4) KM: Là số phụ thuộc vào kết cấu kích thước máy, gọi hệ số mơ Q q men: KM = = (4-5)  2. Hệ số mô men thực tế nhỏ hệ số mơ men lý thuyết phụ thuộc hiệu suất tồn phần  máy - Cơng thức tính mơ men quay trục bơm động là: + Đối với bơm: MB = Q  B. + Đối với động cơ: MĐ = p = Q  KM  p  p = .K M p (4-6) (4-7) 4.1.2.3 Hiệu suất cơng suất - Hiệu suất tồn phần máy thủy lực xác định theo  = Q C H (4-8) Đối với máy thủy lực thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ H   = Q C (4-9) - Công suất làm việc bơm xác định thông số thuỷ lực:  Q.H P.Q NB = = (4-10)   - Công suất làm việc động thường xác định thông số khí + Đối với động có chuyển động tịnh tiến NĐ = P v (4-11) P: áp lực pít tơng v: Là vận tốc pít tơng + Đối với động có chuyển động quay NĐ = M. (4-12) 77 M: Là mô men quay trục : Là vận tốc góc 4.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ truyền động thuỷ tĩnh (TĐTLTT) Sau ta nghiên cứu hai dạng chuyển động TĐTLTT: chuyển động tịnh tiến chuyển động quay 4.2.1 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến Hình 4-1 sơ đồ đơn giản truyền động loại gồm phần: Phần 1: Là bơm pit tông (1) Phần 2: Là xi lanh lực (6) Phần 3: Van chiều (2) (3) cấu phân phối (5) bình chứa dầu (4) Nguyên lý: nhờ chuyển động khí làm bơm pít tơng (1) chuyển động tịnh tiến lên xuống Khi pít tơng di chuyển lên, chất lỏng từ bình chứa (4) hút vào xi lanh qua van (2) bơm Khi pít tơng chuyển xuống van (2) bị đóng lại, Chất lỏng từ xi lanh bơm (1) đẩy qua van (3) qua van phân phối (5) vào khoang xi lanh lực (6) Dưới áp lực cao chất lỏng khoang xi lanh làm pít tơng bị đẩy xuống Muốn đảo chiều chuyển động pít tơng, cần xoay vị trí cấu phân phối góc 900 Trong hệ thống truyền động trên, pít tơng bơm biến thành áp chất lỏng Sau xi lanh, áp chất lỏng lại biến thành đẩy pít tơng chuyển động Hình 4-1 TĐTLTT có CĐ tịnh tiến Nếu coi chất lỏng tuyệt đối khơng nén bỏ qua rị rỉ chất lỏng hệ thống lượng chất lỏng bơm đẩy lượng chất lỏng xi lanh lực: XB.FB = XĐ.FĐ (4-13) XB;XĐ: Đoạn di chuyển pít tơng bơm xi lanh lực FB ; FĐ: Diện tích mặt làm việc pít tơng bơm xi lanh lực Vận tốc pít tơng bơm xi lanh lực là: v = - Lưu lượng chất lỏng bơm đẩy đi: QB = vB FB - Lưu lượng chất lỏng nạp vào xi lanh lực QĐ = vĐ FĐ Vì khơng có rị rỉ vậy: QB = QĐ; Do đó: vD = QĐ QB = FĐ FB dx dt (4-14) (4-15) (4-16) 78 Nếu bỏ qua tổn thất cột áp hệ thống áp suất bơm tạo áp suất khoang làm việc xi lanh lực; vì: p = PB FB Trong đó: p - áp suất xi lanh bơm PB- lực đặt lên pít tơng bơm - Lực pít tơng xi lanh lực tạo là: PĐ = P.FĐ Công suất bơm: NB = PB.vB Công suất động thủy lực: NĐ = PĐ.vĐ N B = P.FĐ (4-17) QB = P.QB FB (4-18) NĐ = p FĐ QĐ = p.QĐ (4-19) FĐ => NB = NĐ Vì (QĐ = QB) - Trong truyền động dùng loại máy bơm rơ to, Hình 4-2 Để cho hệ thống TĐTL an toàn bị tải, ta đặt van an toàn Trường hợp lưu lượng cho bơm xác định là: QB = qB.nB (4-20) đây: qB - lưu lượng riêng bơm tính cho vịng quay nB - số vòng quay bơm đơn vị thời gian (v/phút) - Vận tốc pít tơng xi lanh lực là: vĐ= qB nB QĐ = FĐ FĐ (4-21) Hình 4-2 Sơ đồ TĐTLTT với máy bơm rơ to Cịn cơng suất bơm trường hợp này: NB= p.QB = p.qB.nB (4-22) 4.2.2 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay (Hình 4-3) sơ đồ truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay Để tạo chuyển động quay phận chấp hành, TĐTLTT loại này, người ta dùng động thủy lực rô to (hoặc động pittông rô to) - Trong trường hợp lưu lượng tiêu thụ động thủy lực rô to là: QĐ = qĐ.nĐ (4-23) Trong đó: qĐ: Lưu lượng riêng động thủy lực Vì vận tốc quay động thủy lực là: nĐ= nB 79 qB qĐ Nếu cơng suất động thủy lực NĐ mô men quay rô to động thủy lực tạo là: MĐ = NĐ 2 nĐ (4-24) Ta biết: NĐ = P.qĐ.nĐ nên: MĐ = p.qĐ 2. Hình 4-3 sơ đồ truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay Nhận xét chung: - Qua nghiên cứu sơ đồ truyền động thủy lực thủy tĩnh thấy trường hợp chất lỏng làm việc khơng rị rỉ vận tốc động thủy lực phụ thuộc vào lưu lượng bơm động thủy lực Nếu thay đổi hai yếu tố thay đổi vận tốc động thủy lực - Thực tế tránh khỏi rò rỉ nên lưu lượng vào động thủy lực nhỏ lưu lượng bơm tạo Giả sử tổn thất lưu lượng Q lưu lượng vào động thủy lực là: QĐ = QB - Q Biết tổn thất lưu lượng tỷ lệ với áp suất chất lỏng hệ thống: Q = K.p Do đó: QĐ = QB - K.p Trong đó: K - hệ số rị rỉ Nếu động thủy lực xi lanh lực vận tốc pit tông là: vĐ = QB K − p FĐ FĐ (4-25) Từ ta nhận thấy: Tốc độ động thủy lực thực tế phụ thuộc vào lưu lượng bơm mà phụ thuộc vào áp suất làm việc hệ thống Mặc dù lưu lượng bơm không đổi, áp suất hệ thống tăng tới giá trị để QB K = p; vận tốc động thủy lực không Trường hợp xảy FĐ FĐ động thủy lực tải chất lỏng hệ thống tháo hoàn toàn thùng chứa qua van an toàn khe hở hệ thống - Lực và mô men quay động tạo nên phụ thuộc vào áp suất động thủy lực thông sớ hình học FĐ, qĐ Nếu thơng sớ hình học khơng đổi p = const, lực mô men quay không đổi Nếu trình làm việc truyền động thủy lực ta thay đổi FĐ, qĐ thay đổi lực mô men quay Ngược lại giữ nguyên thơng sớ hình học FĐ, qĐ mà thay đổi áp suất chất lỏng động thuỷ lực nhờ cấu thủy lực đặt hệ thống, ta thay đổi lực và mơ men quay động thủy lực Vậy việc điều chỉnh vận tốc, lực, mô men quay động thủy lực trị số phương chiều, cách dùng bơm, động thủy lực điều chỉnh được, dùng cấu thủy lực gọi chung phần tử thủy lực 80 4.3 Các phương pháp điều chỉnh chế độ làm việc hệ thống TĐTLTT Như ta biết, thông số TĐTLTT có chuyển động tịnh tiến vận tốc vĐ lực đẩy pittơng FĐ xylanh lực; cịn TĐTL có chuyển động quay tốc độ quay nĐ mômen MĐ rô to động thủy lực Điều chỉnh chế độ làm việc TĐTL điều chỉnh thơng số làm việc Từ nguyên lý TĐTL nói trên, ta thấy điều chỉnh vận tốc chuyển động phận chấp hành hai cách: - Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng vào động thủy lực; - Điều chỉnh thể tích khoang làm việc động thủy lực Để điều chỉnh hai yếu tố nói trên, ta có hai phương pháp sau: - Điều chỉnh thể tích làm việc bơm hay động thủy lực, gọi phương pháp thể tích - Điều chỉnh tiết lưu, gọi phương pháp tiết lưu 4.3.1 Phương pháp thể tích Nội dung phương pháp ta thay đổi thể tích làm việc máy bơm động thủy lực, đồng thời hai a) b) Hình 4-4 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính lý thuyết TĐTLTT điều chỉnh phương pháp thể tích Bơm; Động thủy lực; Đường dẫn chất lỏng; Van an toàn; Van chiều; Bơm phụ; Bể dầu; Van tràn; (NĐ) Sẽ thay đổi bậc nhất, thay đổi lưu lượng động (qĐ) cơng suất , NĐ = const, (xem hình -4b) U - hệ số điều chỉnh Nhận xét: a) Từ biểu thức (4-21) ta thấy tốc độ quay động thủy (nĐ) phụ thuộc vào hệ thống điều chỉnh UB UĐ, nghĩa phụ thuộc vào thay đổi thể tích (lưu lượng riêng q) bơm động thủy lực, xem H 4- 4: 81 + Khi thay đổi thể tích bơm (qB) tốc độ quay động thủy lực thay đổi từ đến cực đại (Khi UB = 1)  + Khi thay đổi thể tích động (qĐ) tốc độ quay động thủy lực thay đổi  từ đến cực tiểu (Khi UĐ = 1) Như vậy, lý thuyết ta có thẻ thay đổi tốc độ quay trục động thủy lực từ đến  Mặt khác, thay đổi dấu hệ số điều chỉnh U, ta đảo chiều quay động thủy lực Trong thực tế tốc độ quay động thủy lực có giới hạn, UĐ giảm mơ men quay MĐ động giảm Cần phải đảm bảo mômen quay tối thiểu mômen quay động (M Đmin ) b) Về lý thuyết, UB = nĐ = Thực tế tốc độ quay động thủy lực lưu lượng bơm lượng rò rỉ hệ TĐTL (lúc QB = Q ), xem H -5a) Thông thường, người ta điều chỉnh tốc độ quay động thủy lực thể tích động cơ, phạm vi điều chỉnh tốc hẹp Người ta thường điều chỉnh lưu lượng bơm, tốc độ quay động đạt cao việc thay đổi UB khơng ảnh hưởng đến MĐ Trong trường hợp đồng thời điều chỉnh bơm động thủy lực, trước hết cần xác định lưu lượng cấp tối thiểu bơm ứng với tốc độ quay động đạt cao việc thay đổi UB khơng ảnh hưởng đến MĐ Trong trường hợp đồng thời điều chỉnh bơm, động thủy lực, trước hết cần xác định lưu lượng cấp tối thiểu bơm ứng với tốc độ quay tối thiểu trục động m men cực đại trục (với UĐ =1) Để tiếp tục tăng tốc độ quay động thủy lực, ta tăng dần lưu lượng bơm theo cơng suất bơm tăng theo, lưu lượng bơm đạt cực đại tiếp tục tăng tốc độ quay động nhờ việc giảm thông số điều chỉnh UĐ (xem đường đặc tính nĐ = f (U), H 4-4 b) Trong máy mỏ chủ yếu điều chỉnh thể tích làm việc máy bơm để thay đổi chế độ làm việc TĐTL c) Chúng ta trở lại xem xét đường đặc tính thực tế TĐTL với việc điều chỉnh lưu lượng bơm (H 4-5) - Giả sử khơng có tổn thất lưu lượng, tốc độ quay trục động thủy lực tỉ lẹ thuận lưu lượng bơm (đường nét đứt H 4-5 a) Nhưng thực tế có tổn thất lưu lượng, đường nĐ = f (Q) không gốc tọa độ, mà dịch phải phải đoạn Q ( đường nét liền bên phải ) - Do tổn thất áp suất chuyển động, mômen trục động MĐ khơng cố định, mà giảm dần (H.4-5b) Cịn đường đặc tính NĐ = f (nĐ) thay đổi chút độ tuyến tính Hiệu suất thể tích (lưu lượng) động thủy lực là: ll = Q ltB − Q Q =1− QltB QltB Ở đây: Q - lượng rò rỉ chất lỏng hệ thống TĐTL; QltB - lưu lượng lý thuyết máy bơm Ta biết: Q = k.p 82 (4-26) Hình.4-5 Các đường đặc tính lý thuyết thực tế TĐTL TT điều chỉnh bơm phương pháp thể tích k - Hệ số rị rỉ lưu lượng kỹ thuật, k lấy sau: - Đối với bơm, k = (0,05 - 0,5) cm5/Ns; - Đối với cấu phân loại trượt pittông, k = 0,002 - Đối với xi lanh lực, pittơng có vòng đệm, k = 0,002 Hiệu suất thủy lực tl phụ thuộc vào tổn thất cột áp hệ TĐTL, Q giảm tới tl = Hiệu suất toàn phần: c = tl ll ck Từ H.4-5 a, ta thấy vùng điều chỉnh có lợi bị giới hạn giá trị nhỏ Q, nghĩa nĐ Khi thay đổi mômen cản trục động thủy lực cơng suất NĐ thay đổi ứng với thay đổi nhỏ nĐ = f(Q) Đường đặc tính MĐ = f (nĐ) dịch chuyển song song phía trục hồnh, cịn đường NĐ = f (nĐ) tạo nên chùm đường đặc tính Khi tăng mơmen cản hiệu suất giảm nhỏ có rị rỉ chất lỏng Trong máy mỏ, TĐTL có điều chỉnh bơm dùng máy com bai Chú ý: Ta dùng phương pháp điều chỉnh thể tích TĐTLTT có chuyển động tịnh tiến, dùng bơn điều chỉnh Việc đảo chiều chuyển động pittông xylanh lực thực nhờ cấu phân phối đổi dấu hệ số điều chỉnh UB (trong hệ thống kín) Trường hợp này, vận tốc pittông là: vp = Q B − Q FP viết: 83 vp = UB qB max nB Q − FP FB (4-27) Ở FP - diện tích bề mặt làm việc pittơng lưu lượng máy bơm lớn lưu lượng rò rỉ chất lỏng Ưu điểm: phương pháp thể tích kinh tế, lưu lượng (cũng công suất) bơm luôn biến đổi phù hợp với lưu lượng động thủy lực yêu cầu (với phụ tải) Nhưng nhược điểm nó, rị rỉ chất lỏng bơm phụ thuộc vào phụ tải Vì phụ tải thay đổi, việc điều chỉnh vận tốc bị khó khăn, khơng nhạy khó xác, với hệ thống có lưu lượng nhỏ Nên phương pháp thường dùng cho hệ thống có lưu lượng làm việc lớn khơng địi hỏi điều chỉnh xác vận tốc chuyển động phận chấp hành, dùng phụ tải thay đổi 4.3.2 Phương pháp tiết lưu Bộ phận tiết lưu đặt hệ thống truyền động thủy lực để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏng hệ thống bàng cách thay đổi sức cản dòng chảy Vi điều chỉnh tiết lưu ta thay đổi vận tốc động thủy lực Nếu so sánh với phương pháp thể tích trình bày thấy phương pháp thể tích, qĐ nhỏ tốc độ cấu chấp hành không Do phải giới hạn phạm vi điều chỉnh tốc độ mức tối thiểu (nĐmin/ nĐmax) Phương pháp tiết lưu khơng kinh tế, phải phần lượng để khắc phục sức cản tiết lưu tổn thất lưu lượng qua van an toàn Nhưng phương pháp có nhiều ưu điểm: kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao (nhạy xác) nên dùng nhiều hệ thống TĐTL, đặc biệt dùng hệ thống cần phải điều chỉnh nhạy xác vận tốc phận chấp hành Trong máy mỏ có cấu truyền động với xi lanh lực, người ta thường dùng phương pháp điều chỉnh tiết lưu, với rôto người ta dùng phương pháp thể tích Tóm lại phương pháp tiết lưu, người ta dùng bơm có lưu lượng khơng đổi, cịn việc điều chỉnh tốc độ nhánh động thủy lực (cơ cấu chấp hành) thực cách thay đổi lượng rò rỉ chất lỏng (Q) thơng qua tiết lưu Có hai phương pháp đặt tiết lưu với động thủy lực: - Phương pháp đặt nối tiếp - Phương pháp đặt song song 4.3.2.1 Phương pháp đặt tiết lưu nối tiếp Trong phương pháp ta đặt tiết lưu phía trước (trên đường ống đẩy bơm) phía sau động thủy lực (trên ống dẫn nhánh xả, H.4-6a) Từ sơ đồ nguyên lý H.4-6.a) ta thấy đặt tiết lưu trước động thủy lực phía trước tiết lưu nhờ van tràn khống chế nên áp suất lưu lượng ln ln khơng đổi Cịn phía sau tiết lưu áp suất phụ thuộc vào áp lực đặt lên pittông xylanh lực Khi tăng lực đặt vào pittơng áp suất tăng theo, lúc độ chênh áp hai bên tiết lưu giảm nên lưu lượng qua tiết lưu giảm theo Kết làm cho vận tốc pittông giảm Ngược lại, giảm lực đặt vào píttơng vận tốc píttơng tăng theo 84 Hình 4-6 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính TĐTLTT với tiết lưu đặt nối tiếp Bơm; Động thủy lực; Tiết lưu Giá trị áp suất chọn theo khả chịu tải tối đa xylanh lực, ta có: pĐ = P Đ max AĐ tl − Đ  ck − Đ Trong đó: (4-28) PĐmax - áp lực lớn đặt lên pít tơng (phụ tải) AĐ - diện tích tiết diêbh pittơng động thủy lực tl-Đ, ck-Đ, - hiệu suất thủy lực khí động thủy lực Như vậy, công suất máy bơm không đổi không phụ thuộc vào phụ tải nhánh nghĩa là: NB = pB QB/ B = const (4-29) Đây nhược điểm phương pháp mắc tiết lưu nối tiếp gây lãng phí lưu lượng (do QB = const) Nếu không kể đến tổn thất lưu lượng đường dẫn thì: pĐ = pB - pT (4-30) QĐ = QB = Q (4-31) đây: pT - áp suất đặt lên tiết lưu, Q - Lượng chất lỏng va van tràn Giá trị pT xác định sau: pT = .g.aT QTm (4-32) Trong đó:  - Khối lượng riêng chất lỏng làm việc; g - gia tốc trọng trường; aT, QT - tương ứng hệ số cản lưu lượng tiết lưu; m - Chỉ số mũ, phụ thuộc vào hệ số cản chế độ chuyển động chất lỏng tiết lưu (thường m = 2) Giải đồng thời biểu thức (4-30) (4-32) theo QT, ý mắc nối tiếp QĐ = QT, ta có: 85 QĐ = [(pB-pĐ) / .g.aT]1/m (4-33) Biểu thức (4-33) cho thấy giữ nguyên pB = const, aT = const , mà có thay đổi phụ tải (thơng qua thay đổi pĐ), lưu lượng QĐ theo tốc độ cấu chấp hành tự động thay đổi Ứng lực cần pittông nhánh xylanh lực là: PĐ = pĐ.AĐ.tl.ck (4-34) Vận tốc cần pittông nhánh xylanh lực là: vĐ = tl-Đ.QĐ/AĐ (4-35) Giải đồng thời biểu thức (4-30), (4-32), (4-34) (4-35) phương pháp thế, ta kết sau: m   AD vD     AĐ.tl-Đ.ck-Đ PĐ =  pB −  g.aT    tl − D   (4-36) Từ biểu thức (4-30) (4-35) ta vẽ đường đặc tính TĐTLTT dùng van tiết lưu đặt nối tiếp H.4-6b Từ (4-36) H 4-6b ta thấy rằng: - Các đường đặc tính phụ tải (ứng lực) PĐ = f (vĐ) nhánh parabol bậc m có chung đỉnh điểm có vĐ = PĐmax - Nếu thay đổi hệ số aT thay đổi độ cong parabol, đạt vận tốc khác PĐ = const - Từ ta vẽ đường đặc tính TĐTL khác, như: NĐ = f (vĐ), NB =f(vĐ),  =f (vĐ) Nhận xét: -Từ quan hệ ta thấy rằng: đường đặc tính phụ tải khơng phụ thuộc vào vị trí đặt tiết lưu Tuy nhiên, đặt tiết lưu lối vào động thủy lực không bảo đảm cho pittong có vận tốc ổn định tải trọng thay đổi Mặt khác qua tiết lưu, chất lỏng bị nóng lên (do tổn thất lớn) nên nhiệt độ làm việc chất lỏng tăng cao Điều làm tăng khả rò rỉ chất lỏng hệ thống - Nếu đặt tiết lưu lối động thủy lực ta thấy áp suất khoang lối vào (khoang phía trước) xylanh lực không phụ thuộc vào áp lực phụ tải (đặt lên pittơng) Áp suất không đổi khoang sau xylanh lực phụ thuộc vào tải đặt lên pittông Khi phụ tải tăng, áp suất khoang giảm nên độ chênh áp tiết lưu giảm, Kết lưu lượng qua tiết lưu giảm, vận tốc pittơng giảm theo Trong phương pháp đặt tiết lưu không bảo đảm vận tốc pittông không đổi Nhưng chất lỏng bị nóng lên lúc qua tiết lưu khơng ảnh hưởng đến chế độ làm việc hệ thống, làm nguội kịp thời bể chứa 4.3.2.2 Phương pháp đặt tiết lưu song song với động thủy lực Trên hình 4-7 sơ đồ nguyên lý hệ thống TĐTLTT có đặt tiết lưu song song với động thủy lực Chất lỏng chuyển động hệ thống chủ yếu theo hai đường song song nhau: - Đường thứ nhất: từ máy bơm - van phân phối - động thủy lực - bể chứa; 86 a) b) Hình 4-7 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính TĐTL TT với tiết lưu nới song song - Đường thứ hai: từ máy bơm - tiết lưu - bể chứa - Vận tốc chuyển động pittông phụ thuộc vào phối hợp tiết lưu Khi tiết lưu đóng hồn tồn tồn lưu lượng chất lỏng vào xy lanh lực, lúc vận tốc pittông lớn Khi mở tiết lưu, phần chất lỏng bể chứa nên làm giảm lượng chất lỏng vào xy lanh lực, vận tốc pittơng giảm theo Từ sơ đồ này, bỏ qua tổn thất áp suất đường dẫn ta viết: PĐ = PB = pT (4-37) Q Đ = QB = QT (4-38) Từ biểu thức (4-37) ta thấy: Nếu thay đổi phụ tải (tức thay đổi pĐ ) áp suất máy bơm tạo công suất thay đổi Như phương pháp kinh tế so với phương pháp mắc tiết lưu nối tiếp Giải đồng thời biểu thức (4-32), (4-38) ý đến (4-37) ta QĐ = QB (pĐ/p.g.aT) (4-39) Kết hợp giải biểu thức (4.32), (4.34), (4.35) (4.38) ta có kết sau: PĐ = p.g.aT.(QB - FĐ vĐ /ll- Đ )m.FĐ.tl-Đ.ck-Đ (4-40) Từ công thức (4-32) (4-38), ta xây dựng đồ thị hình 4-7 b Nhận xét: - Từ cơng thức (4-40) hình 4-7b cho ta thấy rằng: Đường đặc tính PĐ = f (vĐ) đường cong bậc m (m  2), có đỉnh chung điểm vĐmax = QĐll-Đ/AĐ (khi QT = 0) Tuy vậy, PĐ nên điểm đỉnh điểm làm việc - Khi thay đổi hệ số aT, ta có họ đường cong PĐ = f (vĐ) có chung đỉnh, nghĩa nhận vận tốc khác giá trị PĐ = const, ngược lại nhận PĐ khác giá trị vĐ = const 87 - Nếu phụ tải PĐ giảm phạm vi điều chỉnh vận tốc vĐ giảm theo Điều phù hợp với điều kiện làm việc kinh tế TĐTLTT, nên có ưu điểm sơ đồ đặt tiết lưu nối tiếp - Từ cơng thức (4-39) thấy rằng: aT = const không đảm bảo vận tốc không ứng dụng - Sơ đồ đặt tiết lưu nối tiếp sử dụng nhiều ngành chế tạo máy, máy mỏ không ứng dụng Qua phương pháp mắc nối tiếp tiết lưu nói khơng thể tạo tốc độ ổn định nhánh thay đổi phụ tải Vì dùng TĐTLTT có phụ tải thay đổi ít, thay đổi phụ tải cần giảm tốc độ cấu chấp hành hay ngược lại (ví dụ: máy khoan) 4.3.2.3 Phương pháp dùng điều chỉnh dòng chảy (ổn lưu) đặt song song Khi cần điều tiết vận tốc nhánh động thủy lực không phụ thuộc vào thay đổi phụ tải, người ta dùng điều chỉnh dịng chảy, hình 4-8 a a) b) Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính TĐTLTT với điều chỉnh dòng chảy 1- Máy bơm; - Động thủy lực; - Bộ điều chỉnh dòng chỉnh (ổn lưu) Ở phương pháp này, ta coi điều chỉnh dòng chảy tiết lưu đặt song song giống trường hợp Như vậy, biểu thức (4-37) (4-38) viết lại sau: QĐ = Q B - QC (4-41) pĐ = pB = pC (4-42) Trong đó: Qc , pC - tương ứng lưu lượng, áp suất qua điều chỉnh; pC = pT + pV ; (4-43) pV - áp suất đặt van điều chỉnh Từ công thức (4-32), (4-40) ý đến biểu thức (4-42), (4-43) ta xây dựng đồ thị H 4-8 b 88 Nhận xét Từ (4-43) ta thấy ta không thay đổi hệ số cản tiết lưu (tức PT = const), phụ tải thay đổi (thay đổi pĐ), Pc thay đổi, song PV thay đổi Như vậy, lưu lượng qua phận điều chỉnh lúc độ mở tiết lưu định Chính vậy, phụ tải thay đổi ta nhận vận tốc nhánh không đổi, xem đường đặc tính nét đứt hình 4-8 Loại sơ đồ dùng nhiều truyền động thủy lực thể tích máy mỏ, như: máy khoan, máy khấu than,… Tuy nhiên, hiệu suất truyền động thấp nên dùng cơng suất động nhỏ (không kW) 4.4 Các phần tử chủ yếu hệ thống truyền động thuỷ lực 4.4.1 Cơ cấu phân phối 4.4.1.1 Khái niệm Trong hệ thống TĐTL TT cần có cấu bắt buộc quan trọng, phận điều tiết - đóng mở Bộ phận điều tiết - đóng mở kết cấu chế tạo dạng khóa, van trượt - Về chức thủy lực: Các phận gồm có hai loại: định hướng điều chỉnh Bộ phận định hướng: dùng để thay đổi hướng chuyển động dòng chất lỏng cách thay đổi hướng tiết diện lưu thông Bộ phận điều chỉnh: Là làm thay đổi áp suất lưu lượng (có hướng) dòng chảy nhờ thay đổi phần tiết diện lưu thơng - Về tác động: Bộ điều chỉnh có hai loại: Trực tiếp không trực tiếp Bộ điều chỉnh tác động trực tiếp: Là loại, việc thay đổi yếu tố điều tiết thực nhờ lượng đối tượng bị điều chỉnh Ví dụ động thủy lực dùng lượng thân chất lỏng làm việc Loại không cần công suất lớn để điều khiển phận điều chỉnh Bộ điều chỉnh tác động không trực tiếp: Dùng cần công suất lớn để điều chỉnh (hàng trăm oát trở lên) Ở loại này, lượng môi trường điều chỉnh dùng điều khiển động thủy lực qua tác động lên phần tử cần điều chỉnh Cơng suất để tạo tín hiệu điều chỉnh khơng cần lớn, cần để tác động truyền qua khuyếch đại thủy lực làm tăng công suất đến mức đủ để điều chỉnh phần từ cần điều chỉnh Như thế, phận điều chỉnh khơng trực tiếp có chi tiết: phần tử cảm ứng, phần tử khuyếch đại thủy lực động thủy lực 4.4.1.2 Bộ phận định hướng a Phần tử phân phối chất lỏng (cịn gọi van hành trình, van phân phối, van đảo chiều) phân loại theo số đường dẫn chất lỏng: Loại đường dẫn; loại 3; 4; 5; … đường dẫn Hoặc theo số vị trí đóng mở 2; 3; 4; vị trí Việc điều kiển phần tử phân phối chất lỏng thực phương pháp học (bằng tay, trục cam), điện, thủy lực khí nén Về kết cấu, phần tử phân phối có loại chính: dạng khóa; van trượt a1 Khóa phân phới 89 Khóa phân phối loại đơn giản cấu phân phối Sự phân phối chất lỏng tiến hành cách xoay nút quanh trục thân (hình 4-9) Nút xoay cấu tạo theo kiểu hình cơn, hình trụ, hình cầu… Hình 4-9 khóa xoay có nút hình Tùy theo vị trí nút xoay mà lỗ thân khố thơng với cặp Hình 4-9 Sơ đồ cấu tạo và kí hiệu khóa phân phới loại núm xoay - Cần gạt;2 - Lò xo; - Nút xoay;4 - Thân khố có lỗ thơng để dẫn chất lỏng Khi xoay nút ta thay đổi hướng chuyển động chất lỏng Trong loại khóa có nút xoay hình trụ khơng cần lị xo ép, song để tránh rò rỉ chất lỏng, người ta chế tạo thật xác chi tiết lắp ghép a2 Van phân phới Trên hình 4-10 loại van phân phối gồm có van ghép lại với điều khiển trục cam Loại dùng hệ thống TĐTL cần có độ kín cao, cần phân phối chất lỏng cách gián đoạn theo quy luật định (như hệ thống thủy lực tùy động) Chúng chế tạo theo dạng van hình hình cầu Trên H.4-9 loại van phân phối hình cơn, loại van phân phối làm việc với áp suất cao Hình 4-10 Cơ cấu phân phới có van - Các van - Lò xo 3- Vỏ bao; - Trục cam 90 Nó có ưu điểm làm việc bền lâu, nhược điểm lưu lượng nhỏ (không 51/ phút) lực điều khiển lớn a3 Van phân phối kiểu trượt Loại dùng phổ biến hệ thống TĐTL TT (Hình 4-11) Nó có ưu điểm dễ chế tạo, kích thước nhỏ gọn, làm việc bảo đảm độ tin cậy cao Mặt khác, làm việc với áp suất cao lưu lượng lớn Hình 4-11 Van phân phới kiểu trượt và ký hiệu 1- Cần pittông - Vỏ van - Con trượt pittông - Đường dầu cao áp 5- Đường dầu hồi - Xy lanh lực Nguyên lý làm việc: Khi chưa có tín hiệu tác động vào cần pittông (ở trạng thái sơ đồ trên), trượt pittơng bịt kín đường đầu vào xilanh lực 6, nên chúng trạng thái không làm việc Khi có tín hiệu tác động vào cần pittơng 1, thí dụ: Đẩy cần pittơng sang phải trượt pittơng sang phải mở thông đường dầu cao áp vào khoang phải xylanh lực 6, đẩy pittông sang trái, đồng thời dầu hạ áp khoang bên trái xylanh theo đường dầu hồi Nếu có tín hiệu tác động đẩy cần pittơng sang trái trình diễn ngược lại lúc pittông di chuyển sang phải 4.4.2 Cơ cấu tiết lưu (Bộ phận điều tiết lưu lượng) Các dạng khác điều tiết lưu lượng gồm có: tiết lưu, cấu điều tiết dịng chảy, điều tiết phân phối van tỷ lệ lưu lượng 4.4.2.1 Van tiết lưu Van tiết lưu (gọi tắt tiết lưu) loại cấu thủy lực cho phép điều chỉnh sức cản cục thay đổi kích thước lỗ thơng nó, nhờ mà thay đổi lưu lượng chất lỏng chảy qua trình vận hành Các sơ đồ khác tiết lưu giới thiệu H 4-12 Nguyên lý làm việc loại tiết lưu thấy qua hình 4-12 Vì chiều dày  thành nút xoay (H.4-12b) nhỏ nên khả tháo tiết lưu thực chất không phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng Lưu lượng qua tiết lưu xác định theo công thức chảy qua lỗ nhỏ khe hẹp: QT = . 2p  91 (4-44) Hình 4-12 Sơ đồ cấu tạo tiết lưu a Loại hình kim; b- Loại khe hẹp có núm xoay; c - Loại bản; d- Loại rãnh; e- Ký hiệu tiết lưu; Trong đó:  - Hệ số lưu lượng Đối với tiết lưu khe hẹp  = 0,64 - 0,70 loại kim  = 0,75-0,80; p- độ chênh áp suất tiết lưu, - Tiết diện lỗ tháo, - khối lượng riêng chất lỏng Từ công thức (4-44), ta thấy lưu lượng qua tiết lưu không phụ thuộc vào tiết diện lỗ mà phụ thuộc vào độ chênh áp suất tiết lưu Do độ chênh áp suất phụ thuộc vào phụ tải tác dụng lên cấu chấp hành phụ tải thay đổi, tiết lưu khơng có khả tạo vận tốc nhánh TĐTL Do tiết lưu dùng TĐTL có phụ tải thay đổi, cho phép giảm vận tốc nhánh phụ tải tăng (hoặc ngược lại) 4.4.2.2 Van tỷ lệ lưu lượng Van có hai loại nhập (cộng) tách (chia) dịng chảy, loại chia dùng phổ biến Chức van chia lưu lượng trì tỷ lệ lưu lượng cố định nhánh dẫn song song Ví dụ, cần chia lưu lượng chất lỏng từ bơm thành hai phần vào hai động điều khiển bánh xích máy kéo Van chia lưu lượng có nhiều loại khác Một loại giới thiệu H.4-13a) Nguyên lý làm việc van sau: Chất lỏng có áp suất p lưu lượng Q dẫn qua kênh vào khoang rỗng xylanh có pittơng di chuyển tự Khi áp suất hai xylanh (p1 = p2), tổn thất áp suất đường nối với hai xylanh Với độ cản hai nhánh nối song song lưu lượng qua phải nhau: 92 Q1 = Q2 = Q/2 Trong trường hợp áp suất hai phía pittơng nhau: p1 +  g a1.Q12 = p2 +  g a2 Q22 (4-45) pittông trạng thái cân vị trí trung bình đối xứng so với cửa Độ cản a1 a2 lựa chọn cách chỉnh êcu đặt kênh Nếu giả thiết tăng lực hai cần đẩy xylanh, ví dụ phía xylanh 3, áp suất tăng lên đại lượng p làm cho áp suất hai đầu pittông cân bằng, vì: p1 + p +  g a1.Q12  p2 +  g a2 Q22 (4-46) a) b) Hình 4-13 Van tỷ lệ lưu lượng ký hiệu Do đó, pittơng dịch phía xylanh 6, làm thay đổi lưu lượng qua kênh làm tăng tổn thất áp suất tới giá trị pt = p Kết qủa đưa đến cân lực pittông 2, ta có Q1 = Q2 = Q/2, vì: p1 + p + .g.a1 Q12 = p2 + pt + .g.a2 Q22 (4-47) Khi cân lực xylanh (p =0), pittơng dịch chuyển vị trí ban đầu Q1 = Q Như vậy, muốn cho van chia lưu lượng làm việc xác cần phải chế tạo chi tiết thật xác Hình 4-13b ký hiệu van chia lưu lượng nhập lưu lượng Trong trường hợp cần trì tỷ lệ lưu lượng không đổi số nhánh song song dẫn vào nhánh chung, người ta dùng van nhập (cộng) lưu lượng 4.4.2.3 Bộ điều tiết dòng chảy a) b) Hình 4-14 Bộ điều tiết dịng chảy và ký hiệu 93 Điều tiết dịng chảy dùng để trì lưu lượng quy định khơng phụ thuộc vào độ hạ áp suất ống ống vào Cấu tạo gồm tiết lưu, van chênh lệch áp suất để trì độ chênh áp suất tiết lưu Nguyên lý làm việc điều tiết dòng chảy sau (H.4-15): chất lỏng dẫn theo lỗ 11 qua khe trượt vỏ vào rãnh 10 sau qua khe tiết lưu nút tới lỗ Khi áp suất lỗ giảm, theo rãnh áp suất truyền vào buồng phía pittông trượt Con trượt chuyển động lên làm cho diện tích khe trượt vỏ bị giảm, kéo theo giảm áp suất khoang 10 Khi tăng áp suất cửa vận hành điều tiết diễn theo trình tự ngược lại Sự vận hành điều tiết đảm bảo trì độ chênh áp tiết lưu với giá trị không đổi Muốn điều chỉnh lưu lượng cách từ từ ta vặn mâm xoay 6, cần điều chỉnh nhanh ta xoay cần Lượng rò rỉ máy tháo theo lỗ Ký hiệu điều tiết dòng chảy nêu H.4-15b) 4.4.2.4 Phân phối dạng tiết lưu Van phân phối dạng tiết lưu dùng để thay đổi lưu lượng hướng dòng chất lỏng làm việc đồng thời số đường dẫn cho phù hợp với lượng điều khiển bên ngồi Thơng thường phân phối tiết lưu làm nhiệm vụ chi tiết cảm ứng cấu điều tiết tác động gián tiếp với khuyếch đại thủy lực kiểu trượt dùng hệ thống theo dõi a) b) Hình 4-15 Bộ điều tiết dịng chảy Hình 4-16 Bộ phân phới kiểu tiết lưu trượt Trên hình 4-16 sơ đồ cấu tạo phân phối tiết lưu trượt nối với xylanh thủy lực Nguyên lý làm việc sau: Chi tiết cảm ứng tác động lên đòn bẩy làm chuyển động trượt Phân phối trượt nối với nhánh đẩy có áp suất p1 nhánh tháo áp suất p2 Mặt khác nối với nhánh dẫn có xylanh làm nhiệm vụ động thủy lực cấu chấp hành Nếu ta kéo cần sang phải địn bẩy qua sang phải đoạn a - a’ quanh điểm c làm cho trượt dịch sang phải đoạn b -b’ Dưới tác dụng lực, pittông xy lanh thủy lực dịch sang trái Chất lỏng khoang trái bị đẩy ngồi 94 qua nhánh tràn Khi pittơng chuyển động sang trái kéo địn bẩy dịch trái đóng cửa rãnh vỏ trượt, ngăn chất lỏng chảy vào xylanh Như đòn bẩy làm chức liên hệ ngược Trường hợp cần kéo quay sang trái, pittơng xylanh dịch sang phải, nghĩa pittông xylanh thủy lực kiểm soát vận hành trượt nhờ địn bẩy mà thực chức liên hệ ngược pittông trượt Nhờ liên hệ ngược nên pittông thủy lực có khuynh hướng giảm chuyển động ngược chiều với trượt Đó đặc điểm chủ yếu hệ điều chỉnh có liên hệ ngược Ngồi dạng cấu tạo theo sơ đồ H.4-16 phương án khác cấu điều chỉnh tự động có khuyếch đại kiểu trượt 4.4.2.5 Bộ điều tốc Ta biết lưu lượng chất lỏng qua tiết lưu phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất trước sau tiết lưu Khi phụ tải thay đổi độ lệch áp thay đổi Vì cấu tiết lưu khơng có khả giữ cho lưu lượng qua khơng đổi Nghĩa ổn định vận tốc động thủy lực Nếu phối hợp hoạt động tiết lưu van điều áp trường hợp ổn định lưu lượng cho động thủy lực, làm cho chúng không phụ thuộc vào biến đổi phụ tải Cơ cấu gọi điều tốc Hình 4-17, mơ tả cấu, ngun lý điều tốc Chất lỏng dẫn vào lỗ (1) qua khe hở mép pít tơng (2) van điều áp vỏ (3) vào buồng (4); tiếp tục qua khe lưu thông vào buồng (5) tới lỗ (7) Pít tơng (2) lị xo (6) ln đẩy tới vị trí cuối Khi áp suất sau tiết lưu giảm xuống kéo theo áp suất buồng có lị xo van điều áp giảm xuống Khi pít tơng (2) cân pít tơng đẩy lên, tiết diện khe lưu thông giảm làm tăng sức cân dòng chảy từ lỗ (1) vào buồng (4) Kết áp suất trước tiết lưu giảm xuống, bảo đảm độ chênh áp trước sau tiết lưu giữ cũ Hình 4-17 Bộ điều tớc Như để giữ cho vận tốc chấp hành ổn định không phụ thuộc vào thay đổi phụ tải người ta thường sử dụng điều tốc lắp theo ba cách sau: - Mắc điều tốc lối vào động thuỷ lực - Mắc điều tốc lối động thuỷ lực - Mắc điều tốc song song với động thuỷ lực 4.4.3 Các loại van 4.4.3.1 Van chiều Loại dùng để dẫn dòng chảy theo chiều chặn dòng chảy hướng ngược lại Về kết cấu, van chiều chế tạo theo kiểu hình cầu (Hình 4-18b), hình (Hình 4-18c) hình đĩa (Hình 4-18d) 95 ... động thủy lực rô to là: QĐ = qĐ.nĐ (4 -23 ) Trong đó: qĐ: Lưu lượng riêng động thủy lực Vì vận tốc quay động thủy lực là: nĐ= nB 79 qB qĐ Nếu công suất động thủy lực NĐ mơ men quay rơ to động thủy. .. chuyển động tịnh tiến chuyển động quay 4 .2. 1 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến Hình 4-1 sơ đồ đơn giản truyền động loại gồm phần: Phần 1: Là bơm pit tông (1) Phần 2: Là xi... lanh lực là: vĐ= qB nB QĐ = FĐ FĐ (4 -21 ) Hình 4 -2 Sơ đồ TĐTLTT với máy bơm rơ to Cịn cơng suất bơm trường hợp này: NB= p.QB = p.qB.nB (4 -22 ) 4 .2. 2 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động