GIÁO TRÌNH LẮP ĐẶT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THỦY LỰC

Giáo trình lắp đặt và điều khiển hệ thống thủy lực rất hay và ý nghĩa. Áp dụng cho trường ĐH, CĐ..., cho chuyên viên kỹ thuật về lắp đặt điều khiển hệ thống thủy lực...........................................................................................

GIÁO TRÌNH LẮP ĐẶT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THỦY LỰC KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page MỤC LỤC BÀI 1: NGUỒN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC 1.1 Lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực 1.2 Những ưu điểm nhược điểm hệ thống truyền động thủy lực 1.2.1 Ưu điểm 1.2.2 Nhược điểm 1.2.3 Yêu cầu dầu thủy lực 1.3 Cấu tạo hệ thống thuỷ lực 1.4 Bơm dầu a Bơm với lưu lượng cố định b Bơm với lưu lượng thay đổi 1.5 Bơm bánh a Nguyên lý làm việc b Phân loại c Lưu lượng bơm bánh d Kết cấu bơm bánh 10 1.6 Bơm trục vít 10 1.7 Bơm cánh gạt 11 a Phân loại 11 b Bơm cánh gạt đơn 11 c Nguyên ký k 11 d Bơm cánh gạt kép 12 e Lưu lượng bơm cánh gạt 12 1.8 Bơm pittông 12 a Phân loại 12 b Bơm pittông hướng tâm 13 c Bơm pittông hướng trục 14 1.9 Tiêu chuẩn chọn bơm 15 1.10 Bể dầu 16 KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page a Nhiệm vụ 16 b Kết cấu bể dầu 16 1.11 Thiết bị xử lý dầu thuỷ lực 18 1.11.1 Yêu cầu dầu thủy lực 18 1.11.2 Bộ lọc dầu 18 1.12 Hệ thống phân phối thuỷ lực 22 1.12.1 Bình trích chứa 22 1.12.2 Ống dẫn ống nối 25 1.12.3 Cơ cấu đo áp suất lưu lượng 28 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC 31 2.1 Khái niệm 31 2.1.1 Phân loại 31 2.1.2 Nhiệm vụ phần tử hệ thống điều khiển thủy lực 31 2.2 Van đảo chiều 32 2.2.1 Nhiệm vụ 32 2.2.2 Nguyên lý làm việc 32 2.3 Van điều khiển dòng chảy 33 2.3.1 Van chặn 33 2.3.2 Van tiết lưu 35 2.4 Bộ ổn tốc 36 2.5 Van áp suất 37 2.5.1 Nhiệm vụ 37 2.5.2 Phân loại 37 2.5.3 Van tràn an toàn 37 2.5.4 Van giảm áp 40 2.5.5 Van giảm 40 2.5.6 Rơle áp suất (áp lực) 41 2.6 Các loại van điện thủy lực ứng dụng mạch điều khiển tự động 41 2.6.1 Phân loại 41 KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 2.6.2 Công dụng 42 2.6.3 Van solenoid 42 2.6.4 Van tỷ lệ 43 2.6.5 Van servo 44 BÀI 3: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 50 3.1 ứng dụng truyền động thủy lực 50 3.1.1 Mục đích 50 3.1.2 Các sơ đồ thủy lực 50 KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page BÀI 1: NGUỒN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC 1.1 Lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực 1920 ứng dụng lĩnh vực máy công cụ 1925 ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp khác như: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thơng vận tải, hàng không, 1960 đến ứng dụng tự động hóa thiết bị dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả điều khiển máy tính hệ thống truyền động thủy lực với cơng suất lớn 1.2 Những ưu điểm nhược điểm hệ thống truyền động thủy lực 1.2.1 Ưu điểm - - - Truyền động công suất cao lực lớn, (nhờ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao địi hỏi chăm sóc, bảo dưỡng) Điều chỉnh vận tốc làm việc tinh vô cấp, (dễ thực tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn) Kết cấu gọn nhẹ, vị trí phần tử dẫn bị dẫn không lệ thuộc Có khả giảm khối lượng kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao Nhờ quán tính nhỏ bơm động thủy lực, nhờ tính chịu nén dầu nên sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như 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 1.2.2 Nhược điểm - Mất mát đường ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất hạn chế phạm vi sử dụng KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page - Khó giữ vận tốc không đổi phụ tải thay đổi tính nén chất lỏng tính đàn hồi đường ống dẫn Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi độ nhớt chất lỏng thay đổi 1.2.3 Yêu cầu dầu thủy lực Những tiêu để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc độ nhớt, khả học tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mịn/ Có khả bơi trơn tốt khoảng thay đổi lớn nhiệt độ áp suất; khả xâm nhập tổn thất ma sát nhất; khả chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hố chi tiết cao su, khả bơi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc Chất lỏng làm việc phải đảm bảo yêu cầu sau: - - Có khả bơi trơn tốt khoảng thay đổi lớn nhiệt độ áp suất; Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ; Có tính trung hồ (tính trơ) với bề mặt kim loại, hạn chế khả khí, dễ dàng tách khí ra; Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít khe hở chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, tổn thất ma sát nhất; Dầu phải sủi bọt, bốc làm việc, hồ tan nước khơng khí, dẫn nhiệt tốt, có mơđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt khối lượng riêng nhỏ Trong yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn đầy đủ 1.3 Cấu tạo hệ thống thuỷ lực Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống thuỷ lực KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page Nguồn thuỷ lực Đồng hồ đo áp suất Bình đong Van Đường ống đầu nối 1.4 Bơm dầu Là cấu biến đổi lượng, dùng để biến thành lượng dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép thường dùng bơm thể tích, tức loại bơm thực việc biến đổi lượng cách thay đổi thể tích buồng làm việc, thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực chu kỳ hút thể tích buồng giảm, bơm đẩy dầu thực chu kỳ nén Tuỳ thuộc vào lượng dầu bơm đẩy chu kỳ làm việc, ta phân hai loại bơm thể tích: - Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt bơm cố định Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt bơm điều chỉnh Những thông số bơm lưu lượng áp suất Các loại bơm a Bơm với lưu lượng cố định - Bơm cánh gạt kép Bơm rôto b Bơm với lưu lượng thay đổi - Bơm pittông hướng tâm Bơm pittông hướng trục (truyền đĩa nghiêng) Bơm pittông hướng trục (truyền khớp cầu) Bơm cánh gạt đơn.a Bơm với lưu lượng cố định Bơm bánh ăn khớp Bơm bánh ăn khớp Bơm pittơng hướng trục Bơm trục vít Bơm pittơng dãy KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 1.5 Bơm bánh a Nguyên lý làm việc Hình 7.2 Nguyên lý làm việc bơm bánh Nguyên lý làm việc bơm bánh thay đổi thể tích: thể tích buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực chu kỳ hút; nén thể tích giảm, bơm đẩy dầu buồng B, thực chu kỳ nén Nếu đường dầu bị đẩy ta đặt vật cản (ví dụ van), dầu bị chặn tạo nên áp suất định phụ thuộc vào độ lớn sức cản kết cấu bơm b Phân loại Bơm bánh loại bơm dùng rộng rãi có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Phạm vi sử dụng bơm bánh chủ yếu hệ thống có áp suất nhỏ máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp, Phạm vi áp suất sử dụng bơm bánh từ 10 - 200bar (phụ thuộc vào độ xác chế tạo) Bơm bánh gồm có: loại bánh ăn khớp ngồi ăn khớp trong, thẳng, nghiêng chữ V Loại bánh ăn khớp ngồi dùng rộng rãi chế tạo dễ hơn, bánh ăn khớp có kích thước gọn nhẹ KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page Hình 7.3 Bơm bánh a Bơm bánh ăn khớp b Bơm bánh ăn khớp c Ký hiệu bơm c Lưu lượng bơm bánh Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu đẩy khỏi rãnh với thể tích răng, tức khơng tính đến khe hở chân lấy hai bánh có kích thước (Lưu lượng bơm phụ thuộc vào kết cấu) Nếu ta đặt: m- Modul bánh [cm]; d- Đường kính chia bánh [cm]; b- Bề rộng bánh [cm]; n- Số vòng quay phút [vịng/phút]; Z - Số (hai bánh có số nhau) Thì lượng dầu hai bánh chuyển quay vịng: Nếu gọi Z số răng, tính đến hiệu suất thể tích bơm số vịng quay n, lưu lượng bơm bánh là: KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page d Kết cấu bơm bánh Hình 7.4 Kết cấu bơm bánh Cặp bánh Vòng chắn dầu trục quay Vành chắn Ổ đỡ Thân bơm Vòng chắn điều chỉnh khe hở 4.1, 4.2 Mặt bích 1.6 Bơm trục vít Bơm trục vít biến dạng bơm bánh Nếu bánh nghiêng có số nhỏ, chiều dày góc nghiêng lớn bánh thành trục vít Bơm trục vít thường có trục vít ăn khớp với (hình 7.5) Hình 7.5 Bơm trục vít Bơm trục vít thường sản xuất thành loại: - Loại áp suất thấp: p = 10 -15bar KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 10 b Bản vẽ thể dạng kết cấu van servo; c Ký hiệu van servo Hình 9.26 Bản vẽ thể kết cấu ký hiệu van servo KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 47 *BÀI TẬP Bài Phân tích hoạt động sơ đồ thủy lực sau: Bài Phân tích hoạt động sơ đồ điện - thủy lực sau: KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 48 KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 49 BÀI 3: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 3.1 ứng dụng truyền động thủy lực 3.1.1 Mục đích Trong hệ thống truyền động thủy lực, phần lớn nhà chế tạo, sản xuất có yêu cầu thông số kỹ thuật đ-ợc xác định tiêu chuẩn hóa Mục đích chương giới thiệu cho sinh viên sơ đồ lắp hệ thống thủy lực máy 3.1.2 Các sơ đồ thủy lực 3.1.2.1 Máy dập thủy lực điều khiển tay Hình 3.1 Máy dập điều khiển tay 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế; 1.1 Van chiều; 1.2 Van đảo chiều 3/2, điều khiển tay gạt; 1.0 Xilanh Khi có tín hiệu tác động tay, xilanh A mang đầu dập xuống Khi thả tay ra, xilanh lùi KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 50 3.1.2.2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình cơng nghệ đúc Hình 3.2 Sơ đồ mạch thủy lực cấu rót phơi tự động 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế; 1.3 Van chiều; 1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt; 1.0 Xilanh; 1.2 Van cản Để chuyển động xilanh, gàu xúc xuống đ-ợc êm, ta lắp thêm van cản 1.2 vào đường xả dầu 3.1.2.3 Cơ cấu nâng hạ chi tiết sơn lò sấy Hình 3.3 Cơ cấu nâng hạ chi tiết sơn lò sấy KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 51 Hình 3.4 Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ chi tiết sơn lò sấy 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế; 1.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt; 1.2 Van chiều điều khiển đ-ợc h-ớng chặn; 1.0 Xilanh Để cho chuyển động xilanh xuống êm dừng lại vị trí bất kỳ, ta lắp thêm van chiều điều khiển hướng chặn 1.2 vào đ-ờng nén xilanh 3.1.2.4 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công Hình 3.5 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia cơng Xilanh; Chi tiết; Hàm kẹp KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 52 Khi tác động tay, pittông mang hàm kẹp di động ra, kẹp chặt chi tiết Khi gia công xong, gạt tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi về, hàm kẹp mở Để cho xilanh chuyển động tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu chiều Trên sơ đồ, van tiết l-u chiều đặt đ-ờng van tiết lưu đặt đường vào (hãy so sánh hai cách này) Hình 3.6 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế; 1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt; 1.2 Van tiết l-u chiều; 1.0 Xilanh 3.1.2.5 Máy khoan bàn KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 53 Hình 3.7 Máy khoan bàn Hệ thống thủy lực điều khiển hai xilanh Xilanh A mang đầu khoan xuống với vận tốc điều chỉnh trình khoan, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trình khoan Khi khoan xong, xilanh A mang đầu khoan lùi về, sau xilanh B lùi mở hàm kẹp, chi tiết tháo Hình 3.8 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 54 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt; 1.2 Van giảm áp; 1.0 Xilanh A; 1.3 Van chiều; 2.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt; 2.2 Bộ ổn tốc; 2.3 Van chiều; 2.4 Van cản; 2.5 Van chiều; 2.6 Van tiết lưu; 2.0 Xilanh B Để cho vận tốc q trình khơng đổi, trọng thay tải đổi, ta dùng ổn tốc 2.2 áp suất cần để kẹp chi tiết nhỏ, ta sử dụng van giảm áp 1.2 Đây hệ thống thủy lực điều chỉnh tiết lưu Lượng dầu chảy qua hệ thống điều chỉnh van tiết l-u đặt đường ra, lượng dầu tối thiểu chảy qua van tiết lưu ta chọn Qmin = 0,1 l/ph Tính tốn thiết kế hệ thống Ví dụ 3: Trong trường hợp tải trọng máy thay đổi, dao động với tần số thấp; cần phai lắp ổn tốc Ta xét trường hợp lắp ổn tốc đường vào hệ thống thủy lực Các số liệu cho trước: Tải trọng lớn nhất: Fmax = 20000 N Lượng chạy dao nhỏ nhất: smin = vmin = 20 mm/ph Lượng chạy dao lớn nhất: smax = vmax = 1000 mm/ph Trọng lượng bàn máy: G = 5000 N Hệ số ma sát: f = 0,2 Lượng chạy dao cần thiết điều chỉnh van tiết lưu ổn tốc ta chọn lượng dầu nhỏ chảy qua van tiết lưu là: KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 55 Qmin = 0,1 l/ph Tính tốn thiết kế hệ thống Ví dụ 4: Trên máy mài, thường dùng hệ thống thủy lực để thực chuyển động thẳng bàn máy phương pháp điều chỉnh tiết lưu Các số liệu cho trước: Tải trọng lớn nhất: Fmax = 800 N Vận tốc nhỏ bàn máy: vmin = 100 mm/ph Vận tốc lớn bàn máy: vmax = 20000 mm/ph Trọng lượng bàn máy: G = 3000 N Hệ số ma sát: f = 0,2 Ta chọn lượng dầu tối thiểu qua van tiết lưu là: Qmin = 0,2 l/ph Tính tốn thiết kế hệ thống Ví dụ 5: Thiết kế hệ thống thủy lực thực chuyển động quay với số liệu cho trước: Mơmen lớn nhất: M = 20 Nm Số vịng quay lớn nhất: nmax = 500 v/ph Số vòng quay nhỏ nhất: nmin = v/ph Lưu lượng riêng động dầu: Qđ = 0,03 l/ph Mômen riêng động dầu: KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 56 Mđ = 0,41 N/bar Phụ lục A: Các ký hiệu sử dụng tiêu chuẩn TCVN 8300 : 2009 Tên phần tử Ký hiệu SZ * Van xả * Đường kính ống Mức dầu kế SZ * Van bi * Đường kính ống P Bơm tay S SZ * Van an toàn * bar * Đường kính ống áp suất quy định Ống mềm Động điện, đệm giảm chấn, bệ đỡ, khớp nối M P Bơm dẫn động điện, khớp nối S KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Vg= Q= P= p= n= cc/rev * L/min * bar * kW * rpm * Page 57 * Các thông số kỹ thuật bơm Áp kế A RF * 10 Bộ lọc dầu hồi B * Giá trị lọc LOW OIL * mm LOW-LOW OIL * mm 11 Công tắc mức dầu * Mức dầu thấp 12 Bộ lọc Sillicagen 13 Nắp tra dầu ° C * 14 Công tắc nhiệt dầu * Giá trị nhiệt thông báo 15 Đầu nối nhanh, đầu kiểm tra áp lực 16 Van chiều SZ * * Kích thước đường KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 58 ống SZ * A B * bar 17 Van an tồn áp suất khơng tải B A T P * Kích thước đường ống giá trị áp suất đặt SZ * 18 Van phân phối A B P T a b * Kích thước đường ống SZ * 19 Van tiết lưu * Kích thước đường ống * bar 20 Công tắc áp lực * Áp suất đặt 21 Van ổn tốc SZ * * Kích thước đường ống SZ * 22 Van chiều chống rơi * Kích thước đường ống KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 59 * * 23 Xi lanh thủy lực * Giá trị đặt + 24 Cảm biến hành trình + - 25 Cảm biến tiệm cận KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thủy lực (Tập 1, 2) Vũ Văn Tảo, Nguyễn Cảnh Cầm nhiều tác giả NXB ĐH THCN Tái lần Hà Nội 1987 Thủy lực (Tập 1) Nguyễn Tài NXB Xây Dựng Hà Nội 1996 Thủy lực (Tập 2) Nguyễn Tài NXB Xây Dựng Hà Nội 1997 Tuyển tập tập Thủy lực Nguyễn Tài, Vũ Uyển Dĩnh, Lê Bá Sơn NXB KHKT Hà Nội 1990 Bài tập Thủy lực (Tập 1, 2) Hoàng Văn Quý nhiều tác giả NXB ĐH THCN Hà Nội 1970 Huỳnh Cơng Hồi (Chủ Biên), Thuỷ Lực, NXB ĐHQG TpHCM, 2013 KHOA ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN Page 61 ... điều khiển: van đảo chiều … c Cơ cấu chấp hành: xilanh, động dầu Hình 3.1 Hệ thống điều khiển thủy lực 2.1.2 Nhiệm vụ phần tử hệ thống điều khiển thủy lực a Cơ cấu tạo lượng Có chức tạo nguồn thủy. .. đích chương giới thiệu cho sinh viên sơ đồ lắp hệ thống thủy lực máy 3.1.2 Các sơ đồ thủy lực 3.1.2.1 Máy dập thủy lực điều khiển tay Hình 3.1 Máy dập điều khiển tay 0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp... thủy lực đủ tiêu chuẩn trình điều khiển, nguồn tạo bơm dầu b Phần điều khiển Bao gồm thiết bị điều khiển kết hợp với theo thuật toán định nhằm để bảo đảm yêu cầu công nghệ đặt Các thiết bị điều khiển