Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 3: Van điều chỉnh áp suất

Bài giảng “Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 3: Van điều chỉnh áp suất” trình bày những nội dung chính sau: Van giới hạn áp suất, van xả tải, van tuần tự, van giảm áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

CENNITEC VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT LE THE TRUYEN Các lọai van điều chỉnh áp suất Van giới hạn áp suất Van xả tải Van Van giảm áp Nguyên lý họat động Nguyên lý làm việc chung van điều chỉnh áp suất dùng lực lò xo để cân với lực thủy lực Hình 3.1 biểu diễn nguyên lý làm việc van điều chỉnh áp suất Trạng thái van PA ≤ F Con trượt (spool) Lực thủy lực Fd = PA Áp suất P Trạng thái van PA > F Lò xo Tiết diện A Lực lò xo F Cửa điều khiển Dầu vào Cửa dầu rò rỉ Dầu Hình 3.1 Van điều chỉnh áp suất Khi lực thủy lực cửa điều khiển nhỏ lực lị xo, trượt giữ vị trí mà ngăn khơng cho dầu qua van Khi áp suất tăng lên dẫn đến lực thủy lực tăng lên, lớn lực lị xo trượt bị đẩy qua bên phải làm cho dầu qua van Van giới hạn áp suất (relief valve) Chức van giới hạn áp suất cài đặt áp suất làm việc lớn cho hệ thống thủy lực (a) (b) Hình 3.2 Ký hiệu van giới hạn áp suất (a) Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp, (b) van giới hạn áp suất tác động gián tiếp Van giới hạn áp suất loại van thường đóng van mở cho dầu qua van để bể chứa dầu áp suất tác động lên van lớn giá trị cài đặc lò xo van Ký hiệu (a) cho van giới hạn áp suất tác động trực tiếp, khơng có mũi tên xiên lị xo van khơng điều chỉnh Ký hiệu (b) cho van giới hạn áp suất gián tiếp Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Con trượt Lò xo Pressure port P T Tank port Hình 3.3 Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Hình 3.3 trình bày cấu tạo van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Nó bao gồm trượt (cầu, cơn) lị xo Khi áp suất cửa P van đủ lớn để thắng lực lò xo, trượt chuyển động khỏi vị trí cân cho phép dầu trở bể chứa dầu qua cửa T van, từ giới hạn áp suất cho hệ thống Đối với van giới hạn áp suất tác động trực tiếp tần số đóng mở van tương đối lớn dẫn đến việc vận hành không liên tục gây rung động, ồn Van sử dụng cho hệ thống có lưu lượng nhỏ Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Nguyên lý làm việc van giới hạn áp suất Fx x D Ap Av P Fp T Hình 3.4 Nguyên lý làm việc van giới hạn áp suất Con trược van tác động hai lực lò xo lực sinh áp suất Con trược nằm vị trí nghỉ (trạng thái đóng van) lực sinh áp suất, Fp = PAp, nhỏ lực lò xo Fx = kx0 Hai lực áp suất đạt tới giá trị nhỏ để mở van (cracking pressure), Pr Khi áp suất tăng cao giá trị này, trượt dịch chuyển dầu từ nới có áp suất cao, cửa P, đến nơi có áp suất thấp, cửa T Ap Pr  kx0  Pr  k x0 Ap Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Độ mở van, Av, diện tích tác dụng Ap trượt thay đổi phi tuyến theo dịch chuyển trượt Tuy nhiên, số thiết kế khác diện tích tác động trượt số trình bày hình 3.5 Hình vẽ minh họa van giới hạn áp suất tác động trực tiếp, bao gồm: trượt (1), thân van (2), lò xo (3), chặn (4), nút điều chỉnh (5) D T P Q xr Con trượt, Thân van, Lò xo, Đế van, Nút điều chỉnh Hình 3.5 Van giới hạn áp suất dạng trượt dẫn hướng Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Ap  D / Mối quan hệ lưu lượng qua van áp suất k Pr  ( x0  xr ) Ap xr  Pr Ap k  x0 D x0  xr  Ap k T Pr P Q xr Ở trạng thái ổn định, trượt van (1) đạt đến vị trí cân tác động lực sinh bời áp suất, lực lò xo, phản lực sinh dòng chảy Bỏ qua rò rỉ phản lực sinh dòng chảy, giả thiết áp suất cản ngõ zero, áp suất tăng trược di chuyển đoạn x, ta có  0 Q  Cd Av P /  x  xr , Av  x  xr , Av   ( x  xr ) Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Mối quan hệ lưu lượng qua van áp suất hệ thống Q  Cd  Ap k ( P  Pr ) P /   K ( P  Pr ) P Áp suất tăng lên, trượt dịch chuyển xa hơn, lưu lượng bể chứa nhiều Áp suất tăng đến giá trị đủ lớn tòan lưu lượng trở bể chứa Đường đặc tính lưu lượng-áp suất van giới hạn áp suất mơ tả hình vẽ 3.6 Van giới hạn áp suất trường hợp cài giá trị Pr = 150 bar Áp suất gọi áp suất mở van (cracking pressure) Nếu áp suất P < Pr = 150 bar lưu lượng qua van Khi áp suất P bắt đầu lớn Pr van bắt đầu mở lưu lượng qua van tính theo Q  K ( P  Pr ) P Lưu lượng, l/min Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp 35 30 25 20 15 10 180 50 100 150 200 250 300 350 Áp suất, bar Hình 3.6 Ví dụ đường đặc tính van giới hạn áp suất tác động trực tiếp Khi áp suất đạt đến giá trị 180 bar, van mở hồn tồn, khơng lưu lượng đến phần lại hệ thống Van cân (counter balance valve) Một nhược điểm van cân giảm khả tạo lực hệ thống Chúng ta xem xét máy ép thủy lực có sử dụng van cân để cân tải (bộ khn ép) hình 3.26 Trong q trình ép, phần lực ép bị để bù vào áp suất cản van cân Máy ép hình 3.26 cần tạo D = 80 mm lực ép F = 100 kN Trọng lượng d = 60 mm khn ép kN Đường kính piston D = 80 mm kN Đường kính ti d = 60 mm Diện tích piston = 0.082 π/4 = F = 100 kN Van cân 0.005 m Phơi Diện tích vành khăn = (0.0820.062) π/4 = 0.0028 m2 Áp suất buồng xy lanh cần để cân trọng lượng khuôn (5)(10)3 (105 )  17.8 bar 0.0028 Hình 3.26 Máy ép thủy lực với van cân Van cân (counter balance valve) Giá trị phải cài đặt cho van an tòan 17.8 x 1.3 = 23 bar Áp suất buồng xy lanh cần để bù vào áp suất cản van cần 23 x 0.0028  13 bar 0.005 D = 80 mm d = 60 mm kN F = 100 kN Áp suất cần cung cấp để tạo lực ép 100 kN làPhôi Van cân 100 x 103 x 10-5  13  213 bar 0.005 Như vậy, 13 bar giá trị mà nguồn cung cấp cần phải tăng lên để bù vào lực cản van cân tạo trường hợp Overcenter valve (brake valve) Nhược điểm van cân loại bỏ ứng dụng van overcenter sử dụng trình bày hình 3.27 P A X A P Một áp suất tương đối nhỏ cửa điều khiển X chuyển van trạng thái mở, lọai bỏ lực cản lò xo van tạo Khi xy lanh rơi tự do, áp suất đường điều khiển đi, van lại chuyển trạng thái đóng X Hình 3.27 Van overcenter Overcenter valve (brake valve) Xét ứng dụng ví dụ 3.2 trường hợp dùng van overcenter Van cài đặt giá trị 23 bar để cân với trọng lượng khuôn Tỉ lệ tiết diện làm việc xy lanh 2:1 Hình 3.28 a) mơ tả trạng thái xy lanh mang khuôn xuống (chưa ép chi tiết), áp suất buồng điều khiển X lúc nhỏ nên van overcenter có vai trò van cân Van tạo áp suất cản 23 bar để ngăn không cho xy lanh rơi tự kN F = 100 kN Phơi A P Back pressure X Hình 3.28a Máy ép dùng van overcenter Overcenter valve (brake valve) Khi xy lanh ép chi tiết áp suất buồng X tăng lên làm cho van trở trạng thái mở hoàn tồn Do lọai bỏ áp suất cản giai đọan đầu (hình 3.28 b) Áp suất cần cung cấp cho xy lanh tính sau: Áp suất cần buống điều khiển X để mở van là: 23/2 =11.5 bar Áp suất cần cung cấp cho xy lanh để đạt lực ép 100 kN kN Phôi F = 100 kN (100  5)(103 )(105 )  190 bar 0.005 Vì giá trị lớn giá trị để mở van 11.5 bar nên xy lanh ép chi tiết áp suất cản lò xo tạo bị loại bỏ A P Non back pressure X Nếu bơm có lưu lượng 40 l/min lượng tiết kiệm là: Hình 3.28b Máy ép dùng van overcenter (40 x 23) / 600 = 1.53 kW Overcenter valve (brake valve) Van overcenter dùng nhiều mạch điều khiển động thủy lực van hãm (brake valve) Giảm gia tốc quay Phanh A A P P X Giữ tải van phân phối trở trạng thái nghỉ X Chống tải di chuyển tự Van Van Van P Van cảm nhận thay đổi áp suất hệ thống chuyển tín hiệu thủy lực áp suất hệ thống đạt tới giá trị cài đặt trước cho van A Van chiều Đường rò rỉ P Hình 3.30 Van Van thường đóng thường mở, chuyển đổi trạng thái áp suất hệ thống đạt tới giá trị cài đặt Nó dùng để định ưu tiên vận hành nhánh hệ thống trước nhánh khác Một điều đặt biệt quan trọng tất lọai van có đường dầu rị rỉ riêng biệt nối với buồng lị xo van (hình 3.30) Sở dĩ vì, khơng giống van giới hạn áp suất, áp suất cao xảy cửa cấu chấp hành trình làm việc A Van Van thường đóng trình bày hình 3.30 Van chiều lắp bên van cho phép dầu tự hướng ngược lại Tính hiệu cho bắt đầu chu trình Van Hình 3.31 Mạch thủy lực dùng van Van XY LANH KHOAN MAY KHOAN THUY LUC Bình tích áp dùng để trì áp suất thời gian kẹp chi tiết cho suốt trình khoan Hệ thống điều khiển mạch điện dùng rơ-le Hệ thống làm việc theo chế độ chạy chu kỳ hay chạy liên tục XY LANH KEP S1 Một ứng dụng van trình bày sơ đồ thủy lực máy khoan hình 3.33 Hệ thống gồm xy lanh dùng để kẹp chặt chi tiết xy lanh truyền động cho đầu khoan Chỉ chi tiết kẹp chặt van mở đầu khoan S2 Y1 Y2 MACH DIEU KHIEN DIEN T1 SEL_AUTO K00 K00 K02 K00 K02 S1 SEL_MAN ST.AU K00 Input K02 STARTAUTO T2 K01 K1 STARTMAN K1 K1 Output K01 S1 S2 K1 Y1 Y2 Van giảm áp (reducing valve) Trong vài hệ thống thủy lực có diện số nhánh mà áp suất làm việc nhỏ so với hệ thống Van giảm áp suất dùng để thực mục đích Khơng giống loại van điều khiển áp suất trình bày loại van thường đóng, van giảm áp van thường mở P Vg A1 A2 PT Pr Q M Q Hình 3.34 Nguyên lý giảm áp suất Hai tiết diện nhỏ dùng để nối đường áp suất thấp với đường áp suất cao đường dầu xả Áp suất thấp, Pr, tăng tăng tiết diện A1, giảm tiết diện A2, ngược lại Van giảm áp (reducing valve) Mối quan hệ áp suất vào áp suất biểu diễn sau: P Vg A1 A2 PT Pr Q M Q Q  Cd A1 2( P  Pr ) /   Cd A2 2Pr  PT ) /   A12 P  A22 PT Pr  A12  A22 Như vậy, áp suất PT nhỏ giá trị P áp suất Pr thấp P Giả sử áp suất PT = 0, áp suất cần giảm Pr A12 Pr  P A1  A2 Áp suất Pr hiệu chỉnh theo độ lớn diện tích A1 A2 Khi van đóng, A1 = 0, van hai mở, A2 > 0, áp suất Pr = PT Nếu A2 =0 A1 > Pr = P Van giảm áp (reducing valve) Áp suất đầu cần có (nhánh thứ cấp) cài đặt van giới hạn áp suất van Dưới tác động áp suất cửa P van, trượt mở rộng cho dầu từ cửa P sang cửa A Van giảm áp T P Vg A1 A2 Pr P Q A M Q PT Lổ trích dầu Hình 3.35 Van giảm áp Van giảm áp (reducing valve) Lưu lượng qua theo hướng ngược lại áp suất mạch thứ cấp nhỏ giá trị van giới hạn áp suất Nếu áp suất lớn giá trị van trượt đóng khơng cho lưu lượng qua Vì vậy, van giảm áp thường lắp thêm van chiều phép dầu tự theo hướng ngược lại Sự kết hớp trình bày hình 3.36 Hình 3.36 Van giảm áp với van chiều Van giảm áp (reducing valve) MAY KHOAN THUY LUC S2 XY LANH KHOAN S1 XY LANH KEP 0.00 Bar Y1 Y2 0.00 Bar MACH DIEU KHIEN DIEN T1 SEL_AUTO K00 K00 K02 K00 K02 S1 SEL_MAN ST.AU K00 Input K02 STARTAUTO T2 K01 K1 STARTM AN K1 K1 Output K01 S1 S2 K1 Y1 Y2 CENNITEC www.themegallery.com ...Các lọai van điều chỉnh áp suất Van giới hạn áp suất Van xả tải Van Van giảm áp Nguyên lý họat động Nguyên lý làm việc chung van điều chỉnh áp suất dùng lực lò xo để cân với lực thủy lực Hình... Hình 3.1 Van điều chỉnh áp suất Khi lực thủy lực cửa điều khiển nhỏ lực lị xo, trượt giữ vị trí mà ngăn khơng cho dầu qua van Khi áp suất tăng lên dẫn đến lực thủy lực tăng lên, lớn lực lị xo... qua van Van giới hạn áp suất (relief valve) Chức van giới hạn áp suất cài đặt áp suất làm việc lớn cho hệ thống thủy lực (a) (b) Hình 3.2 Ký hiệu van giới hạn áp suất (a) Van giới hạn áp suất