BÀI tập kĩ THUẬT THỦY lực KHÍ nén

Mục đích của bình tích áp trong mạch thủy lực trên: khi piston kẹp chặt chi tiết trong 1 thời gian dài thì không cần hoặc cần 1 lưu lượng rất ít để duy trì trạng thái kẹp, khi ấy thì bìn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

1 PHAN PHƯỚC THIỆN 21003177

8 NGUY ỄN TUẤN KHANH 21001465

9 NGUY ỄN TIẾN KHANG 21001451

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12 – 2012

BÀI T ẬP VỀ NHÀ 5



1 Ví d ụ 3.5 (trang 77) sách Power Hydraulics:

T ỷ số hiệu suất của mạch điều khiển dòng “meter in” và “meter out”

Một xylanh tác dụng một áp lực 100kN và áp lực lùi lại là 10kN Xét ảnh hưởng của việc

chọn phương pháp đến việc điều chỉnh vận tốc tiến Trong các sự lựa chọn, vận tốc lùi về là 5m/ph Áp suất lớn nhất của bơm là 160bar và tổn thất áp suất lần lượt là:

Qua bộ lọc = 3 bar

Qua van phân phối = 2 bar

Qua van điều chỉnh lưu lượng = 10 bar

Qua van 1 chiều = 3 bar

a) Áp suất lớn nhất trong xylanh là:

160 – 3 – 2 = 155 bar

Để cân bằng với áp suất tác động trở lại của xylanh là 2 bar cần áp suất 1 bar của dòng lưu

chất tác động lên pít tông cuối hành trình (do tỷ lệ diện tích làm việc là 2:1) Do đó áp suất vượt qua tải lúc cuối hành trình là: 155 – 1 = 154 bar

Áp suất lúc đi:

𝑃𝑃 = 100 × 1037.85 × 10−3 = 12.7 × 10

(i) Áp suất ở bơm ở hành trình đi:

Áp suất tổn thất qua van phân phối B qua T là 2bar × 0.5 = 1 bar

Áp suất tác dụng lên tải ở hành trình đi = 127 bar

Áp suất tổn thất qua van phân phối P qua A = 2 bar

Áp suất tổn thất qua bộ lọc = 3 bar

Áp suất yêu cầu của bơm hành trình đi = 133 bar

Áp suất cài đặt trên van giới hạn áp suất là: 133 + 133×10% = 146 bar

(ii) Áp suất yêu cầu của bơm hành trình = (2×2) + 25 + 2 + 5 = 34 bar

Trường hợp 2: Dùng mạch điều chỉnh lưu lượng “meter in” với vận tốc tiến là 0.5m/ph

Áp suất tải lúc đi tới: 127 bar

Áp suất tải lúc lùi về: 25 bar

Lưu lượng bơm: 20 l/ph

Lưu lượng cần cho hành trình đi:

Trường hợp 3: Dùng mạch điều chỉnh lưu lượng “meter out” với vận tốc tiến là 0.5m/ph

Kích thước xylanh, áp suất tải, lưu lượng và thông số bơm như 2 lựa chọn trên

Áp suất yêu cầu của bơm lúc lùi về:

Mạch “meter out” có hiệu suất cao hơn mạch “meter in”

Lưu lượng cần cho mạch là 3.93 l/ph

Lưu lượng dư ra là 20 – 3.93 = 16.07 l/ph được xả ra van giới hạn áp suất 152 bar

Áp suất tác dụng lên xylanh là 152 – 3 – 2 = 147 bar

Lực tác dụng bởi tải áp lực của dòng lưu chất:

Hầu như tất cả công suất đầu vào đều bị hao phí nhiệt khi qua van tràn và van tiết lưu

2 Ví d ụ 3.6 (trang 91) sách Power Hydraulics:

Sơ đồ được trình bày như hình 3.44 Xác định tốc độ và lực lớn nhất:

- Trong quá trình ép ch ặt

- Trong hành trình ép cu ối

B ỏ qua áp suất trong các phần tử Lưu lượng của các moto thủy lực là 20,5 và 5 cm 3

/vòng

(i) Hành trình đóng khuôn (kích cuộn C)

Lưu lượng vào xy lanh = 10 l/phút

Tốc độ quá trình đóng khuôn = 10.10 −3

0,04 = 0,25 m/phút

Lực lớn nhất của quá trình = 70.105

.0,04 = 280000 N = 280 kN

(ii) Quá trình ép ch ặt (kích cuộn A và C)

Lưu lượng vào xy lanh = (5+5)

(iii) Gia đoạn cuối của quá trình ép

Lưu lượng vào xy lanh = 5

Sự tăng áp suất và lực là giá trị lý thuyết Trong thực tế giá trị này sẽ thấp hơn do không hiệu

quả ở việc phân phối dòng

Để an toàn áp suất không được vượt quá giới hạn của các phần tử Van an toàn RV2 nên được cài đặt áp suất giới hạn lớn nhất cho hệ thống này

3 A1.11 – A1.20 sách Power Hydraulics:

A.1.11: Cuộn dây A được kích trong suốt hành trình đi ra nhưng ngắt trong quá trình lùi về

Chức năng này tác động như thế nào trong mạch?

-

Mạch có thể cài đặt áp suất an toàn ở 2 cấp 300 bar hoặc 100 bar Khi không kích cuộn A thì

mạch được giới hạn áp suất ở 100 bar Khi kích cuộn A thì áp suất an toàn được cài đặt ở 300 bar Vì vậy với hành trình đi ra áp suất giới hạn ở 300 bar, khi lui về áp suất giới hạn ở 100 bar từ đó ta có khi hành trình đi ra tải lớn hơn nhiều so với tải khi lui về, việc sử dụng hệ

thống như vậy sẽ đảm bảo mất mát năng lượng qua van an toàn là nhỏ

A.1.12: Sửa lỗi trong mạch và xác định thứ tự hoạt động của các xylanh:

a Khi cuộn 1 được kích

b Khi cuộn 2 được kích

- Sai ở cụm van tuần tự, thay thế cụm trong bài bằng cụm như hình sau:

a Khi cu ộn 1 được kích điện:

Pittông của xy lanh A lui về trước sau đó đến cuối hành trình thì pittông của xylanh B tiến ra Van tuần tự có tác dụng

b Khi cu ộn 2 được kích điện:

Pittông của xy lanh B lui về trước sau đó đến cuối hành trình thì pittông của xylanh A tiến ra Lúc này van tuần tự không có tác dụng

Tác dụng của van giảm áp C: do nhánh B có áp suất hoạt động nhỏ hơn áp suất trong mạch chính nên phải dùng van giảm áp để cài đặt áp suất hoạt động cho nhánh B

A1.13: Cho mạch thủy lực, hãy giải thích hoạt động của mạch và tính toán áp suất cài đặt trên van an toàn Biết tải 10 tấn, đường kính xy lanh là 100mm

-

Nếu van phân phối được kích cuộn dây ở bên trái thì tải được nâng lên; kích cuộn bên phải thì hạ tải nhưng dòng dầu được qua van tiết lưu nên tốc độ hạ tải được điều khiển tùy vào van

tiết lưu Còn khi ở trạng thái giữa thì tải được giữ lại nhờ hệ thống van 1 chiều

Tính toán áp suất cài đặt cho van xả tải của hệ thống:

Diện tích tác động của dòng dầu khi nâng tải:

F

A1.14:

Cho mạch thủy lực như hình Giải thích tính năng của mạch trên? Tại sao dùng van phân

phối 2 cuộn dây lại tốt hơn dùng van phân phối 1 cuộn dây để thiết lập trạng thái cho van A

Kiểu chuyển đổi trạng thái của van trên là gì? Nếu thể tích riêng là 25ml/vòng và van chỉnh lưu được cài đặt ở giá trị thấp thì tốc độ lý thuyết cực đại của motor là bao nhiêu

A1.15:Cho mạch thủy lực như hình

Mạch được điều khiển bằng tay dùng để kẹp chi tiết mục đích của bình tích áp trên là gì?

Nếu van an toàn cài ở áp suất 200bar thì áp suất ở bình tích áp là bao nhiêu?

-

Mục đích của bình tích áp trong mạch thủy lực trên: khi piston kẹp chặt chi tiết trong 1 thời gian dài thì không cần hoặc cần 1 lưu lượng rất ít để duy trì trạng thái kẹp, khi ấy thì bình tích áp làm nhiệm vụ bổ sung lưu lượng ấy để chi tiết vẫn được kẹp chặt

Áp suất cài đặt của bình tích áp:

Pbinh=(0,7:0,9).Plam việc= (0,7:0,9).200=140:180 bar

A1.16: Cho sơ đồ thủy lực như hình, hãy giải thích mạch Van chỉnh lưu lượng trong sơ đồ dùng để làm gì

A1.17: Một xylanh cần thiết để nâng cao tốc độ ban đầu nhưng với một chế độ tải trọng thấp Khi đó công tắc giới hạn chuyển đổi hoàn tất với tốc độ thấp và tải trọng lớn Hãy giải thích

bằng cách nào mà mạch thủy lực này có thể làm được điều đó Tại sao lại có 2 bình tích áp được sử dụng? Mục đích của công tắc áp suất P?

-

- M ạch thủy lực có thể làm được điều như trên là do:

Lúc đầu khi lưu lượng được cấp từ bơm lên thì áp sẽ được tích lũy vào bình tích áp A và B Khi thay đổi trạng thái của van điều khiển hướng thì đầu đẩy của piston bắt đầu di chuyển qua phải, khi đầu đẩy piston chưa chạm vào nút đẩy của công tắc áp suất trên thì piston chuyển động chậm, nhưng khi đầu đẩy của piston bắt đầu chạm vào nút đẩy của công tắc áp

suất trên thì van trạng thái tại bình tích áp B sẽ chuyển trạng thái (do khi nút đẩy của công tắc

áp suất bị đẩy xuống thì mạch kín,do đó sẽ cấp điện cho cuộn solenoid tại van điều khiển hướng tại bình tích áp B làm cho áp suất trong bình được dùng để đẩy piston) làm cho đầu đẩy của piston sẽ chuyển động nhanh hơn Sau đó, nếu ta đổi trạng thái của van điều khiển hướng sang trạng thái đối diện thì piston sẽ chuyển động ngược lại với tốc độ nhanh, nhưng khi cần đẩy của piston không còn tác dụng lên nút đẩy của công tắc áp suất trên nữa thì sẽ làm cho van điều khiển hướng tại bình tích áp B chuyển về trạng thái ban đầu, lúc này áp lại được dùng để cấp thêm cho bình tích áp B nên sẽ làm cho piston di chuyển chậm lại

- Trong m ạch có sử dụng 2 bình tích áp vì:

+ Bình A: dùng để giữ cho áp suất trong đường dầu chính được ổn định

+Bình B: dùng để kết hợp với công tắc áp suất phía trên tác động làm thay đổi tốc độ chuyển động của piston

- M ục đích của công tắc áp suất P: công tắc áp suất P có tác dụng điều khiển trạng

thái hoạt động của van điều khiển trạng thái trong cụm van xả tải thông qua việc

cấp và cắt điện qua cuộn solenoid của van điều khiển trạng thái của cụm van xả

tải Với công dụng đó có tác dụng giúp xả tải ban đầu cho hệ được hiệu quả hơn

và giúp ổn định áp trong mạch đảm bảo cho mạch hoạt động an toàn

A1.18: Hệ thống truyền lực thủy tĩnh không đảo chiều có một tải trọng quán tính lớn và được

nhận thấy chạy quá tốc độ, dùng tốc độ dòng chảy để điều chỉnh giảm tốc độ Hãy đề nghị

sửa đổi lại cho phù hợp

-

Vì tải trọng quán tính lớn và chạy với tốc độ cao nên chỉ với một bơm thể tích cùng với một

mô tơ thủy lực thì không đủ đáp ứng cho tác động làm giảm tốc độ của tải Do đó cần thay bơm thể tích ban đầu bằng 2 bơm thể tích giống nhau để tăng lưu lượng cho mạch và tăng 1

mô tơ thủy lực ban đầu bằng 2 mô tơ thủy lực giống nhau để tăng khả năng tác động, đồng

thời giúp cân bằng cho hệ thống

A1.19: Mục đích của phần tử van điều khiển hướng 3 vị trị, 3 cửa trong mạch truyền động

thủy lực này là gì? Các van tràn có liên quan được cài đặt phù hợp là gì?

-

Mục đích của van điều khiển trạng thái 3 cửa, 3 vị trí là: khi lưu lượng dầu do bơm 2 chiều

có lưu lượng riêng thay đổi cấp cho mạch mà ở hai nhánh của bơm có lưu lượng khác nhau thì bên nhánh có lưu lượng lớn hơn sẽ làm cho áp suất trong nhánh đó cao hơn,do đó làm cho van 3 cửa 3 vị trí sẽ chuyển sang trang thái sao cho đường dầu ở nhánh kia sẽ thông với van tràn để về bể thông qua van 3 cửa 3 vị trí này

Các van tràn được dùng hợp lý trong mạch:

-Van tràn 1(được cài 5 bar): được gắn với đường dầu do bơm 1 chiều lưu lượng riêng cố định

để xả tải ban đầu cho mạch đồng thời cấp lưu lượng đều cho cả 2 nhánh của bơm 2 chiều có lưu lượng riêng thay đổi được

-Van tràn 2(được cài 250 bar): có tác dụng xả dầu về van tràn 1 đồng thời cấp thêm lưu lượng cho 2 nhánh của mạch thủy lực khi áp suất trong mạch vượt quá 25 bar

-Van tràn 3: có tác dụng xả dầu về bể khi van 3 cửa 3 vị trí thay đổi vị trí

A.1.20: Hệ thống thủy lực này chịu áp lực rất lớn khi các van điều khiển hướng chuyển trạng

thái.Hãy đề nghị sửa đổi để khắc phục giảm bớt áp lực này

Để giảm áp lực cho van điều khiển hướng khi chuyển trạng thái thì thay vì dùng 2 bơm 1 chiều có lưu lượng riêng cố định thì ta dùng 1 bơm 1 chiều có lưu lượng cố định (bơm chính

cấp dầu cho mạch) và 1 bơm 2 chiều có lưu lượng thay đổi (lưu lượng cấp cho 2 nhánh khác nhau).Khi đó muốn giảm áp lực cho van điều khiển hướng thì ta chỉ cần thay đổi lưu lượng

cấp cho 2 nhánh sao cho phù hợp là được

4 Bài t ập 34, chương 5 (trang 190) sách Fluid Power Engineering:

Tốc độ của một xy lanh thủy lực được điều khiển bởi van điều khiển lưu lượng có bù áp (bộ

ổn tốc) như mạch bên dưới Cho biết:

Công suất tổn thất qua van phân phối

Công suất tổn thất qua van tiết lưu

Lưu lượng thực của bơm

6 𝑁𝑁 𝑚𝑚⁄ 2 = 32,5 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏

𝑃𝑃2 =𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚

𝐴𝐴′ =

2002,34 10−3 = 8,547 10

Hình 5.49 (trang 176) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van một chiều (van lò xo nạp vận hành trực tiếp)

Ký hiệu:

- Giải thích hoạt động: áp suất ngõ A tác động lên con trượt chính, khi

áp suất lớn thắng lực lò xo đẩy con trượt dịch chuyển, lưu chất chảy qua con trượt tới B

Hình 5.51 (trang 177) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van một chiều có điều khiển

Ký hiệu:

- Giải thích hoạt động:

Van cho phép chất lỏng chảy theo một hướng từ A đến B và con trượt điều khiển cho phép đảo ngược chiều lưu chất từ B về A Theo hướng từ B về A con trượt chính và con trượt 5 đứng yên bởi lò xo và áp suất cài đặt Khi áp lực tác động trên đường điều khiển đủ lớn đẩy con trượt chính dịch chuyển sang phải Con trượt 5 mở lưu chất chảy từ B sang A

- Sơ đồ ứng dụng:

Hình 5.53 (trang 178) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van một chiều có điều khiển

- Ký hiệu:

- Giải thích hoạt động:

Van cho phép chất lỏng chảy theo một hướng từ A đến B và con trượt điều khiển cho phép đảo ngược chiều lưu chất từ B về A Theo hướng từ B về A con trượt chính đứng yên bởi lò

xo và áp suất cài đặt Khi áp lực tác động trên đường điều khiển X đủ lớn đẩy con trượt chính

dịch chuyển sang phải Con trượt chính mở lưu chất chảy từ B sang A Ngoài ra khi có lưu

chất tác dụng lên đường điều khiển Y sẽ làm cho con trượt chính ở trạng thái khóa lưu chất không đi qua van được

Hình 5.57 (trang 180) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van tiết lưu

- Gọi tên: Van tiết lưu một chiều

Cấu tạo giống van ở hình trên nhưng khác ở chổ là có thêm van một chiều Tiết lưu chiều từ

phải sang trái, chiều còn lại là chiều tự do Chiều tiết lưu hoạt động giống van ở hình phía trên Chiều tự do qua van một chiều gồm con trượt (5) được giử bởi lò xo (6)

- Sơ đồ ứng dụng:

Khi nâng tải dầu qua van 1 chiều cấp vào xilanh để nâng tải

Khi hạ tải dầu qua van tiết lưu để giảm lưu lượng nhằm mục đích tránh va đập

Hình 5.59 (trang 181) sách Fluid Power Engineering:

- Nguyên lý hoạt động:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên lên con trượt: P1Ac = P2Ac + Flx

Khi áp suất tại ngỏ ra P1tăng có nghĩa là P1Ac > P2Ac + Flx con trượt dịch xuống làm giảm

tiết diện lưu thông Khi đó P2 tăng lên, cho đến khi trạng thái cân bằng mới được thiết lập Tương tự khi áp suất P1 giảm lên thì con trượt dịch chuyển lên làm tăng tiết diện lưu thông,

P2 giảm cho đến khi trạng thái cân bằng mới được thiết lập Van dùng để ổn định lưu lượng vào xilanh

Hình 5.63 (trang 185) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van điều khiển lưu lượng song song áp suất bù

Hình 5.63 cho thấy một mạch thủy lực kết hợp van an toàn tác dụng trực tiếp có điều chỉnh

và van tiết lưu có điều chỉnh

Tỷ lệ dòng chảy liên tục nếu chênh lệch áp suất qua van lớn hơn giá trị cài đặt trước ΔPt Các bơm áp lực cao hơn so với áp lực tải, P1 = P2 + ΔPt, với ΔPt =4÷10 bar

Hình 5.67 (trang 188) sách Fluid Power Engineering:

- Gọi tên: Van con trượt chia lưu lượng

- Giải thích hoạt động:

Van bao gồm các bộ phận chính là: thân van(1),con trượt(2), và lò xo (3) Dòng chảy vào

cổng (P) được chia thành hai dòng chảy Các lò xo và áp lực giữ cho con trượt kiểm soát ở vị trí giữa Bất kỳ dòng chảy chênh lệch tỷ lệ lưu lượng từ bất kỳ hai cửa ra (A hoặc B) tạo một

sự khác biệt áp suất Kết quả sự chênh lệch áp suất để tăng vận tốc các nhánh của dòng chảy

Kết quả là, trong trạng thái ổn định,tỷ lệ lưu lượng dòng chảy cả hai cửa còn lại thực tế bằng nhau

6 Gi ải thích hoạt động của những sơ đồ thủy lực cho trong những hình sau:

Hình 5.52 (trang 177) sách Fluid Power Engineering:

Hình 5.52: Ví dụ ứng dụng van một chiều có điều khiển để khóa vị trí xy lanh

Giải thích ký hiệu:

1 Bơm một chiều lưu lượng riêng

cố định

Cung cấp lưu lượng cho mạch thủy lực

2 Bộ lọc kết hợp van một chiều Lọc sạch dầu cho mạch, và trong trường hợp bộ lọc

bị nghẹt thì dầu qua van một chiều đi về bể

3 Van tràn Cài đặt áp suất làm việc lớn nhất cho mạch

4

Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí ,

điều khiển bằng lò xo và cuộn

dây

Dùng để phân phối chất lỏng vào buồng trên hoặc buồng dưới của xy lanh 7, và cho chất lỏng từ buồng trên vào buồng dưới trở về bể tùy theo vị trí

5 Van một chiều có điều khiển Giữ tải, khóa vị trí xi lanh

6 Van tiết lưu một chiều Tiết lưu theo một chiều

7 Xy lanh tác động kép Dùng để tạo lực tác động vào vật

xy lanh 7 làm cho xy lanh 7 di chuyển đẩy vật lên trên

- Nếu không kích hoạt nữa, để van phân phối 4 về vị trí giữa, cửa A, B và T thông với nhau Buồng trên và buồng dười xy lanh đều thông với bể, nhưng van một chiều 5 sẽ khóa đường dầu về, không cho xy lanh tuột xuống, giữ vật ở trêncao Đường điều khiển thông với cửa B

và thông với bể nên không có áp ở đường điều khiển của van một chiều 5

- Nếu trạng thái bên trái của van phân phối 4 được kích hoạt thì sẽ nối buồng dưới xy lanh với bể và buồng trên xy lanh với dầu từ bơm Ban đầu do áp chưa đủ lớn, ngõ điều khiễn của van một chiều 5 chưa đủ lực nên xy lanh vẫn chưa đi xuống được Chỉ khi nào áp suất dầu trong mạch đạt đến giá trị được cài đặt ở cửa điều khiển của van một chiều 5 thì van một chiều 5 mới cho dầu đi qua, khi đó xy lanh mới di chuyển xuống đưa vật trở về vị trí ban đầu

Hình 5.62 (trang 184) sách Fluid Power Engineering:

Hình 5.62: Ví dụ ứng dụng van ổn tốc

Giải thích ký hiệu:

1 Bơm một chiều lưu lượng riêng

cố định

Cung cấp lưu lượng cho mạch thủy lực

2 Bộ lọc kết hợp van một chiều Lọc sạch dầu cho mạch, và trong trường hợp bộ lọc

bị nghẹt thì dầu qua van một chiều đi về bể

3 Van tràn Cài đặt áp suất làm việc lớn nhất cho mạch

4

Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí ,

điều khiển bằng lò xo và cuộn

dây

D̀ùng để phân phối chất lỏng vào buồng trên hoặc buồng dưới của xy lanh 6, và cho chất lỏng từ buồng trên vào buồng dưới trở về bể tùy theo vị trí

5 Van ổn tốc Điều chỉnh lưu lượng không đổi

6 Xy lanh tác động kép Dùng để tạo lực tác động vào vật

- Nếu không kích hoạt nữa, để van phân phối 4 về vị trí giữa, 4 cửa A, B, P và T bị khóa Tải được giữ tại vị trí bên phải

- Nếu trạng thái bên trái của van phân phối 4 được kích hoạt thì sẽ nối buồng không chứa ti của xy lanh với bể và buồng chứa ti của xy lanh với dầu từ bơm Nhờ áp suất dầu sẽ đẩy xy lanh di chuyển sang trái , đưa vật trở về vị trí ban đầu Do trên đường về dầu đi qua van một chiều của van ổn tốc 5, nên không có tác dụng điều chỉnh lưu lượng Do vậy vận tốc xy lanh không ổn định, phụ thuộc vào lưu lượng dầu và bơm

BÀI T ẬP VỀ NHÀ 6



1 Ví d ụ 4.1 (trang 128) sách Power Hydraulics:

Một xy lanh kiểu lưu lượng Có đường kính ti là 65mm được cấp nguồn bởi 1 bơm tay lưu

lượng 5ml cho hành trình kép Áp suất lớn nhất của mạch là 350bar

a) Vẽ sơ đồ biểu diễn xy lanh, bơm và van

b) Tính số hành trình kép cần cho ti đi được 1 khoảng 50mm

c) Tính toán tải lớn nhất xy lanh nâng được

- a) Sơ đồ biểu diễn:

b) Thể tích chuyển vị của ti bằng thể tích của chất lỏng qua xy lanh

Gọi d: đường kính ti

L: chiều dài hành trình

4 × 0.05 = 5 × 10

−6 ×𝑆𝑆

→ 𝑆𝑆 = 33.18 ℎà𝑛𝑛ℎ 𝑡𝑡𝑏𝑏ì𝑛𝑛ℎ 𝑘𝑘é𝑝𝑝

c) Tải lớn nhất mà xy lanh có thể nâng được:

2 Ví d ụ 4.2 (trang 131) sách Power Hydraulics:

Cho một xy lanh ống lồng 3 bậc Được dùng làm mui che của xe tải.Khi xe tải đầy hàng thì

xy lanh chịu lực 4000 kg ở mọi điểm trên hành trình Đường kính ngoài của 3 bậc là 60, 80, 100mm Nếu bơm cung cấp cho xy lanh có lưu lượng là 10 l/ph Tính vận tốc đi ra và áp suất yêu cầu cho mỗi cấp của xy lanh khi mui xe đầy hàng

- (i) Cấp thứ nhất:

3 Kh ảo sát tổn thất áp suất trong mạch thủy lực hình 3.39 (trang 88) sách Power Hydraulics:

- Mạch cầu làm tốc độ dòng chảy giống nhau trong mỗi hướng của dòng chảy, có thể dễ dàng điều chỉnh và có thể được sử dụng để kiểm soát lưu lượng dòng chảy

- Một cải tiến để mạch cầu có thể hoạt động như một van khóa an toàn kiểm tra rò rỉ Được

thực hiện bằng cách áp dụng một tín hiệu ngõ vào tại điểm C thông qua một van kiểm tra Áp

suất cao hơn so với A và B sẽ làm khóa van phân phối Va và Vb và chặn bất kỳ dòng chảy từ

A hoặc B Van áp lực bồi thường vẫn hoạt động, làm giảm khả năng tăng áp khi khởi động

lại động cơ (Lưu ý rằng dòng chảy từ các nguồn tín hiệu khóa được vượt mức cho phép các van tiết lưu)

- Nguyên tắc được thể hiện trong mạch hình 3.39 Khi cả A và B không hoạt động thì piston

bị khóa, A hoạt động => lùi điều khiển tiết lưu đường ra, có thể B hoạt động đi ra (meter in)

hoặc A và B cùng đi ra

4 G ọi tên, Vẽ ký hiệu, Giải thích hoạt động các nhóm van trong các files “F_1.pdf”

và “F_2.pdf” V ẽ sơ đồ thủy lực một ứng dụng các nhóm này

trạng thái từ đóng kín đến giá trị lớn nhất của van điều chỉnh

Dòng chảy tự do được phép từ 2 đển 1, bất kể van điều chỉnh, khi áp lực lớn hơn lực lò xo

của van một chiều, lưu chất chảy từ 2 sang 1

- Sơ đồ ứng dụng:

Van tiết lưu một chiều giúp nâng tải tự do và hạ tải chậm, đảm bảo an toàn

• File “F_2.pdf”:

- Gọi tên: van tiết lưu điều chỉnh được có ưu tiên (DF-FCQ)

- Ký hiệu:

- Giải thích hoạt động:

Van DF-FCQ cho phép bù áp suất nhờ dòng dầu từ ngõ 3 đến ngõ 1 bằng cách điều chỉnh áp

suất ở cửa 3 hiện tại Dòng dư đi qua ngõ 2 về bể Van cho phép độ chênh áp suất ở ngõ ra và ngõ vào là hằng số

- Sơ đồ ứng dụng: chia lưu lượng cho từng môtơ thủy lực theo thứ tự ưu tiên A, B, C

5 G ọi tên, giải thích hoạt động, vẽ symbol chi tiết, vẽ 1 sơ đồ thủy lực ứng dụng (gi ải thích hoạt động của sơ đồ) kết cấu van trong hình 5.47 (trang 174) sách Fluid Power Engineering

- Gọi tên: Van phân phối tác động gián tiếp

Nguyên lý ho ạt động:

- Van cấu tạo gồm 2 phần: phần van chính (1) và phần điều khiển (4) Phần van điều khiển được điều khiển bằng cuộn solenoids, phần van chính được tác động nhờ vào tín hiệu dầu do van điều khiển dẫn đến

- Tín hiệu dầu vào theo ngõ (7) đến van điều khiển Nếu ở trang thái cân bằng (không kích

cuộn dây) thì dầu khiển từ ngõ (7), buồng (6), buồng (8) xả về bể qua ngõ T

- Khi kích cuộn dây a con trượt (10) dịch sang phải, dầu từ ngõ (7) đến buồng (6) tác dụng

lực lên con trượt chính Làm cho con trượt chính dịch chuyển sang trái → P thông A Ngược

lại nếu kích cuộn dây b thì P thông B Ở trạng thái con trượt chính cân bằng thì ngõ P bị

chặn

- Van dùng để khuếch đại tính hiệu điều khiển, dùng ở những mạch thủy lực có lưu lượng

lớn, áp suất cao

Sơ đồ ứng dụng:

- Sơ đồ dùng van 4 ngõ 3 trạng thái điều khiển gián tiếp

- Dùng đổi chiều motơ thủy lực

6 Appendix 5B (trang 198): Modeling and Simulation of a Direct-Operated Relief (mô hình hóa và mô ph ỏng van giới hạn áp suất tác động trực tiếp:

Cấu tạo và hoạt động của van:

Hình 5B.1 cho thấy một nghiên cứu về hoạt động của van điều khiển trực tiếp.Van bao

gồm một con đội (hay đầu côn) số 2, được gắn cứng với đầu giảm sóc số 1, con đội này được

gắn với lò xo có độ cứng krv, đầu côn này bị chịu áp lực do đường điều khiển x0 tác

dụng.Khi van chưa hoạt động thì các thông số ban đầu là krv và x0 , đẩy con đội đậy kín than van lại.Khi bơm dầu thì lực do dầu được bơm lên sẽ tác dụng lên mặt nghiêng của con đội

một lực là FSR Khi áp lực dầu P được tăng lên thì chất lỏng sẽ chảy vào buồng giảm sóc thông qua các kẽ hở ở hai bên đầu giảm sóc với lưu lượng Qd Lúc này áp lực Pd tăng lên và tác dụng lên đầu giảm sóc và đẩy con đội ra làm mở van để dầu thoát ra bể.Khi van đóng lại, thì áp lực P đầu vào của buồng van không tác dụng lực nào lên trục của các bộ phận truyền động Tuy nhiên, khi con đội mở thì diện tích con đội ở đầu vào của áp lực là Ap (xem hình 5A.1 và 5A.2) sẽ trở nên ít hơn so với diện tích vùng giảm sóc Ad Áp lực P sẽ tác động lên vùng diện tích (Ap – Ad) bên trái

Bỏ qua các phản lực, chuyển động của ống giảm sóc và con đội được điều chỉnh bởi lực

và áp lực.Khi áp lực Pd.Ad vượt quá lực krvx0 thì sẽ đẩy con trược làm cho dầu từ đầu vào quá van ra bể với một áp lực là P.Sự sai lệch của áp lực Pd đối với việc giải phóng mặt phẳng

bố trí hình tròn, các cổng đầu vào và các buồng giảm sóc.Van tràn được được kết nối với

đường dầu và một bơm quay lưu lượng riêng không đổi.Bỏ qua van tiết lưu ở dòng phân phối máy bơm để kiểm soát tải

Mô hình toán học:

Các hoạt động của van được mô tả bởi tập hợp các mối quan hệ toán học.Hiệu quả

của các đường dây truyền tải được bỏ qua và áp lực cản trở PT = 0

Điều chỉnh tiết lưu diện tích đầu con đội:

Các biểu thức toán học sau đây ứng với diện tích mặt làm việc con đội AP , áp lực P

và diện tích vùng tiết lưu At, đã được rút ra trong bài tập ứng dụng 5A.1

Phương trình chuyển động của con đội:

Lưu lượng được giải phóng thông qua xuyên tâm và ống giảm xóc:

Lưu lượng qua van chỗ con đội:

Phương trình liên tục áp dụng cho buồng giảm xóc:

Bơm lưu lượng:

Lưu lượng qua van rẽ nhánh:

Phương trình liên tục áp dụng cho các dòng thoát của bơm:

Mô phỏng máy tính:

Từ phương trình 5B.1 đến phương trình 5B.10 mô tả quá trình làm việc tĩnh và động

của hệ thống đang nghiên cứu.Những phương trình này đã được sử dụng để phát triển

một chương trình mô phỏng trên máy tính (xem hình 5B.2), đã được sử dụng để tính toán và vẽ lại đặc điểm của van ở chế độ tĩnh và động

Đặc điểm tĩnh:

Các đặc điểm tĩnh của van tràn là mối quan hệ ở trạng thái ổn định giữa áp lực đầu vào của van P và tỉ lệ lưu lượng dòng chảy Q Các đặc điểm dòng chảy của van được tính toán cho các giá trị khác nhau cho cùng một áp lực gây nứt và được ghi lại trong hình 5B.3.Các kết quả mô phỏng cho thấy áp lực tác động sẽ ít hơn áp lực gây nứt ,

tốc độ dòng chảy là 0.Nếu áp suất vượt quá áp lực gây nứt, van sẽ mở ra để tăng dòng

chảy cũng đồng nghĩa với việc tăng áp lực đè.Điều này cũng mang lại đặc điểm của bơm

Hình 5B.2

Hình 5B.3 Giao điểm của đường cong này với các dòng đặc điểm của van tràn cho thấy những điểm hoạt động ở nơi có áp lực gây nứt

Trong các tài liệu thương mại, đặc điểm tĩnh của van tràn được vẽ với tốc độ dòng

chảy ở trên trục ngang P(Q).Điều này theo mối quan hệ nhân quả nếu giả định rằng các biến độc lập theo tỷ lệ dòng chảy

Đáp ứng sự quá độ:

Phản ứng thoáng của van được tính toán cho việc đóng cửa diện tích khu vực tác động Atv của van rẽ nhánh.Các tính toán được lặp đi lặp lại cho các giá trị khác nhau, thông qua việc giải phóng hình tròn của phần giảm xóc

Trong phản ứng thoáng áp lực dầu vào van được tính toán và ghi lại như hình 5B.4.Các kết quả mô phỏng ghi lại cho thấy việc giải phóng mặt phẳng bố trí hình tròn có ảnh hưởng đáng kể tới hoạt động của van.Nếu độ thông nhỏ hơn, thì tốc độ dòng chảy vào buồng giảm xóc và áp lực sinh ra trong buồng này bị trì hoãn làm cho con đội phải mất một thời gian dài hơn để mở và kết quả sẽ tạo áp lực lớn hơn.Đối

với loại có độ thông lớn thì hiệu quả giảm xóc sẽ làm suy yếu dao động áp lực, duy trì

trạng thái ổn định của hệ thống

Một giá trị tối ưu của việc giải phóng độ thông của hình tròn được ước tính bằng cách tính toán phân tích thời gian tuyệt đối (ITAE) được xác định bởi phương trình 5B.11

Hình 5B.4 Tiêu chí lỗi là phù hợp nhất với các hệ thống hoạt động với trạng thái lỗi ổn định hoặc dao động duy trì

Các biến thể của việc tách rời của lỗi thời gian tuyệt đối (ITAE) , việc giải phóng mặt

bố trí hình tròn được vẽ trong hình 5B.5.Con số này cho thấy một mặt giải phóng tối thiểu từ 35 đến 60 mm xuyên tâm của sản phẩm ITAE.Các phản ứng tạm thời của van

áp lực để đóng cửa van rẽ nhánh, giải phóng mặt bố trí hình tròn 55 mm, được tính toán và vẽ trong hình 5B.6.Con số này cho thấy, thời gian giải quyết trong vòng 15

ms và tỷ lệ vượt quá tối đa được giảm đáng kể

Chú thích thuật ngữ:

Ad là diện tích ống giảm xóc, m2

Ap là diện tích phần con đội chịu áp lực, m2

At là diện tích tiết lưu, m2

Atv là diện tích van tiết lưu của van rẽ nhánh, m2

B là số lượng lớn mô đun của dầu, pa

C là bán kính giải phóng mặt của ống giảm xóc, m

Kslà độ cứng vật liệu tương đương, N/m

L là chiều dài ống giảm xóc, m

m là độ giảm khối lượng của các bộ phận chuyển động, kg

P là áp suất đàu vào của van, pa

Pd là áp suất trong buồng giảm xóc, pa

RL là khả năng chống rò rỉ bơm, pa.s/m5

Ph ần mô hình hóa và mô phỏng bằng phần mềm Matlab:

Việc mô hình hóa toán học các phần tử thủy lực đã được thực hiện trên lý thuyết, ở đây ta dùng

phần mềm Matlab để khảo sát mô hình

Ta có sơ đồ hàm truyền như sau:

Trong đó khối “Pressure in Damping chamber” được mô ta bởi phương trình sau:

Kết hợp 2 phương trình trên ta biến đổi như sau:

�𝜋𝜋𝐷𝐷𝑑𝑑𝑐𝑐3

12𝜇𝜇𝐿𝐿 (𝑃𝑃 − 𝑃𝑃𝑑𝑑 − 𝐴𝐴𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡�.�

Khối “Relief Flow Rate” được mô ta bởi phương trình sau:

Với Atđược tính như sau:

Ta mô hình hóa bằng Matlab như sau:

Khối “Poppet Displacement” được mô ta bởi phương trình sau:

Ta biến đổi như sau:

𝑑𝑑2𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡2 = 1

𝑚𝑚 [𝑃𝑃𝑑𝑑.𝐴𝐴𝑑𝑑 +𝐹𝐹𝑆𝑆𝑆𝑆− 𝑃𝑃(𝐴𝐴𝑑𝑑 − 𝐴𝐴𝑃𝑃)− 𝑓𝑓

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡 − 𝑘𝑘𝑏𝑏𝑣𝑣(𝑚𝑚 + 𝑚𝑚0)]

Lấy tích phân 2 lần phương trình trên ta được độ dịch chuyển x của poppet

Lưu ý:

Ở đây FSR được mô tả bởi phương trình:

Ta mô hình hóa bằng Matlab:

Khối “Subsystem” được mô ta bởi phương trình sau:

Ta dễ dàng mô hình bằng Matlab như sau:

Các số liệu được chọn ở trong giả thuyết bài toán:

1 Dd = 0.006m: đường kính con trượt chính

2 Ad = 3.14156*Dd*Dd/4m2: diện tích con trượt chính

3 krv = 210000N/m: độ cứng lò xo

4 L = 0.005m: độ dài con trượt chính

c = 20e - 6m: khe hở hướng kính con trượt chính

cc = 55e - 6

ccc = 80e - 6

5 ks = 1e6N/m: độ cứng của cữ chặn