Bài viết này nghiên cứu mô phỏng hoạt động của bơ, piston rô to hướng trục. Kết quả mô phỏng cho thấy sự tương tác giữa bộ điều khiển và bơm, đồng thời thực hiện việc cảm biến tải và chức năng giới hạn áp suất.
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BƠM PISTON RÔ TO HƯỚNG TRỤC VỚI CẢM BIẾN TẢI VÀ GIỚI HẠN ÁP SUẤT SIMULATION OF HYDRAULIC AXIAL-PISTON PUMP OPERATION WITH PRESSURE-LIMITING CONTROL AND LOAD-SENSING NGUYỄN TRÍ MINH Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Bài báo nghiên cứu mô hoạt động bơ, piston rô to hướng trục Kết mô cho thấy tương tác điều khiển bơm, đồng thời thực việc cảm biến tải chức giới hạn áp suất Để đảm bảo độ xác cần thiết phải xây dựng mơ hình bơm thật chi tiết cho tính tương tác pistons, đĩa nghiêng, đĩa phân phối dầu tính tốn xác Từ khóa: Bơm piston rơ to hướng trục, giới hạn áp suất, cảm biến tải Abstract This paper numerically simulates the operation of hydraulic axial-piston pump The simulation results show the interaction between a controller and an axial-piston pump, simultaneously performing the pressure-limiting functions and load-sensing To assure required accuracy, the model of the pump must account for such features as interaction between pistons, swash plate, and porting plate, which makes it necessary to build a detailed pump model Keywords: Hydraulic axial-piston, pressure-limiting, load-sensing Giới thiệu chung Bơm piston hoạt động dựa nguyên tắc thay đổi thể tích Khi piston chuyển động tịnh tiến xy lanh làm thay đổi thể tích cơng tác xy lanh bơm thực trình hút đẩy chất lỏng Với ưu điểm làm việc an toàn điều kiện áp suất cao, có tuổi thọ cao sử dụng làm việc chế độ nặng nhọc đảm bảo hiệu suất thể tích tốt, lưu lượng thay đổi q trình làm việc Do bơm thể tích nói chung bơm piston rơ to hướng trục nói riêng sử dụng nhiều lĩnh vực khác hàng hải, dầu khí, mơi trường để thực chức hút đẩy chất lỏng với áp lực cao yêu cầu lĩnh vực khác Hình mơ hình ngun lý bơm piston rơ to hướng trục Để hiểu rõ đặc tính q trình làm việc bơm piston rơ to hướng trục, tác giả mơ q trình làm việc bơm đưa phân tích cụ thể chế độ làm việc bơm Những năm qua, nghiên cứu bơm piston rô to hướng trục số nhà nghiên cứu quan tâm Nghiên cứu giảm rung động hệ thống làm việc với áp suất cao đề cập báo [1], báo [2] giới thiệu bơm piston rơ to hướng trục với đặc tính giảm rung động nhờ vào stato, báo [3,4] đưa mô trình làm việc bơm với điều kiện tĩnh Tài liệu số [5] nghiên cứu điều khiển hoạt động bơm dựa giao diện cấu trúc khí (AME), báo [6] nghiên cứu mơ phân tích động lực học bơm với điều kiện công suất không đổi Thúc đẩy nghiên cứu trên, tác giả nghiên cứu mô hoạt động bơm piston rô to hướng trục với cảm biến tải giới hạn áp suất phần mềm Matlab Simulink Thông số hoạt động bơm Số piston: 05 Đường kính xylanh: 0.08m Hành trình tối đa piston: 0.06m Góc lớn đĩa nghiêng: 350 Lưu lượng lớn vòng quay: 7.8877e-6 m3/rad Tốc độ tối đa bơm: 260 rad/s Áp suất tối đa: 270 bar Đường kính lỗ thí nghiệm: 0.007m Hình Sơ đồ nguyên lý bơm piston rô to hướng trục Rotor, Piston, Đĩa nghiêng, Nắp cố định, Đĩa phân phối dầu, Gờ ngăn, Lò xo Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Xây dựng mơ hình chi tiết hoạt động bơm piston rô to hướng trục Để mơ xác nhất,tác giả báo xây dựng mơ hình ngun lý hoạt động chi tiết tồn hệ thống bơm piston rơ to hướng trục, với piston, van, mơ hình nguyên lý điều khiển áp suất/lưu lượng Từ mô hình này, việc thiết lập thơng số mơ phỏng, tác giả mơ cách xác hoạt động bơm Hình mơ hình nguyên lý đầy đủ bơm piston rô to hướng trục, có thiết bị điều khiển áp suất lưu lượng giữ vai trò giới hạn áp suất đảm bảo lưu lượng trình hoạt động Chức cảm biến tải bơm lấy tín hiệu thông qua lỗ cố định piston Bộ điều khiển giữ cho áp suất không đổi việc nhận tín hiệu áp suất bơm tác động thay đổi độ nghiêng đĩa nghiêng Muốn thay đổi áp suất ta cần phải thay đổi giá trị đặt thiết bị điều khiển Bơm có cấu tạo gồm piston (hình 3), piston hoạt động đưa tín hiệu áp suất thơng qua lỗ cố định để điều khiển độ nghiêng đĩa, giữ cho áp suất lưu lượng theo u cầu (hình 4) Hình Mơ hình ngun lý bơm piston rơ to hướng trục Hình Mơ hình bơm piston Hình Mơ hình điều khiển giới hạn áp suất lưu lượng Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 10 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Mô hoạt động bơm 3.1 Thiết lập phương trình mô Để xác định lưu lượng bơm, cần thiết phải xác định đường cong mối quan hệ vị trí piston xy lanh Gb (t ) với phương trình chuyển động piston V (t ) Chúng xác định sau: Vb 4 (2t sin(2t )) , t Gb (t ) Vb 3 (2t sin(2t )) , t 2 4 (1) Từ phương trình (1) xác định phương trình vận tốc piston phương trình (2) Vb (1 cos(2t )), t dG (t ) V (t ) b dt Vb 2 (1 cos(2t )), t (2) Trong đó, - tần số góc chuyển động quay piston; Vb - vận tốc tương đối lớn piston xylanh; t - thời gian xy lanh quay Với piston chuyển động chu kỳ chuyển động T l 2 biên độ chuyển động Vb Như vậy, ta có mối quan hệ vị trí, vận tốc gia tốc piston hình (5) Ở đó, 4 giá trị vận tốc đạo hàm ly độ theo thời gian, gia tốc đạo hàm vận tốc theo thời gian Từ (1) (2) xác định lưu lượng cách xác định lưu lượng piston q chu kỳ chuyển động bơm (3) Qt ,i Vi A Trong đó, A d2 diện tích bề mặt piston, d đường kính piston Như vậy, ta xác định lưu lượng bơm theo thời gian tính cơng thức (4) 5 T 2T 3T 4T Qt ,t Qt ,i AVi A(V (t ) V (t ) V (t ) V (t ) (t )) 5 5 i 1 i 1 (4) Hình Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc piston Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 11 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 3.2 Kết mô hoạt động bơm Để đánh giá hoạt động bơm ta cần xét đến yếu tố làm việc đồng piston Các piston hoạt động với lưu lượng giảm tiếng ồn cân tăng tuổi thọ bơm Hình thể làm việc piston thông qua màu khác piston có lưu lượng đồng theo thời gian Hình thể lưu lượng bơm, áp suất bơm làm việc piston Hình Lưu lượng làm việc piston Hình Đồ thị biểu diễn lưu lượng, áp suất bơm Kết luận Qua phần trình bày trên, báo mô hoạt động bơm piston rô to hướng trục điều kiện làm việc khác Kết mô cho thấy bơm hoạt động tốt với đồng lưu lượng xy lanh Trong thời gian tới, tác giả tiếp tục hướng nghiên cứu việc xây dựng mơ hình thực nghiệm bơm piston rơ to hướng trục phục vụ cho khảo sát thiết kế bơm thực tế sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shinichi YOKOTA, Hisashi SOMADA and Hirotugu YAMAGUCHI, “Study on an Active Accumulator,” The Japan Society of Mechanical Engineers, vol 60(570), pp 484 - 490, February 1994 [2] GAO Xiang, NING Jing-yu and WANG Huai, “Design of a new type of radial piston pump without delivery microseism”, Journal of Naval University of Engineering, 2004, 16(6): pp 60 - 63 [3] LI Lan, CHEN Yong-yi, “Design of a new radial piston pump with constant flow”, Hydraulics Pneumatics & Seals, 2006(6), pp 39 - 40 [4] XIE Xian-bo, LI Lan, “Basic on AMESim’ Simulink, Which of a New type of Radial Piston Pump with Constant Flow”, Equipment Manufactring Technology, 2010(10), pp - [5] Zhang jing, Cheng kai Research on the Pump Control System Base on AME Sim [J].Construction Machinery.2011, 17: pp.100 - 105 [6] Wen zhe, Xu bin Dynamic and Static Simulation Analysis of Constant Power Pump Based on Amesim [J] Machin Tool & Hydralics 2010,38(13): pp 122 - 127 Ngày nhận bài: Ngày phản biện: Ngày duyệt đăng: 21/10/2016 4/11/2016 12/11/2016 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 12 ... mơ hình chi tiết hoạt động bơm piston rơ to hướng trục Để mơ xác nhất,tác giả báo xây dựng mơ hình ngun lý hoạt động chi tiết to n hệ thống bơm piston rô to hướng trục, với piston, van, mơ hình... trò giới hạn áp suất đảm bảo lưu lượng trình hoạt động Chức cảm biến tải bơm lấy tín hiệu thơng qua lỗ cố định piston Bộ điều khiển giữ cho áp suất khơng đổi việc nhận tín hiệu áp suất bơm tác động. .. bơm, áp suất bơm làm việc piston Hình Lưu lượng làm việc piston Hình Đồ thị biểu diễn lưu lượng, áp suất bơm Kết luận Qua phần trình bày trên, báo mơ hoạt động bơm piston rô to hướng trục điều kiện