Máy thủy lực : Điều chỉnh và ổn định vận tốc

nh÷ng hÖ thèng thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc chuyÓn ®éng quay khi vËn tèc gi¶m, c«ng suÊt cÇn thiÕt còng gi¶m.[r]

Ch−ơng 4: Điều chỉnh ổn định vận tốc

Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng chuyển động quay cấu chấp hành hệ thống thủy lực cách thay đổi l−u l−ợng dầu chảy qua với hai ph−ơng pháp sau:

+/ Thay đổi sức cản đ−ờng dẫn dầu van tiết l−u Ph−ơng pháp điều chỉnh gọi điều chỉnh tiết l−u

+/ Thay đổi chế độ làm việc bơm dầu, tức điều chỉnh l−u l−ợng bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực Ph−ơng pháp điều chỉnh gọi điều chỉnh thể tích

Lựa chọn ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh− công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu đặc tính bơm dầu,

Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hiệu suất hệ thống dầu ép, ng−ời ta dùng ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc thể tích Loại điều chỉnh đ−ợc thực cách đ−a vào hệ thống dầu ép l−u l−ợng dầu cần thiết để đảm bảo vận tốc định Do đó, nh− khơng tính đến tổn thất thể tích khí tồn l−ợng bơm dầu tạo nên biến thành cơng có ích

4.1 §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u

Do kết cấu đơn giản nên loại điều chỉnh đ−ợc dùng nhiều hệ thống thủy lực máy công cụ để điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng nh− chuyển động quay

Ta cã: Q =µ.Ax.c ∆p

Khi Ax thay đổi ⇒ thay đổi ∆p ⇒ thay đổi Q ⇒ v thay đổi

ở loại điều chỉnh bơm dầu có l−u l−ợng không đổi, với việc thay đổi tiết diện chảy van tiết l−u, làm thay đổi hiệu áp dầu, thay đổi l−u l−ợng dẫn đến cấu chấp hành để đảm bảo vận tốc định L−ợng dầu thừa khơng thực cơng có ích đ−ợc đ−a bể dầu

Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lu hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh tiÕt l−u sau: +/ §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u ë đờng vào

+/ Điều chỉnh tiết lu ®−êng

4.1.1 §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo

Hình 4.1 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc tiết l−u đ−ờng vào Van tiết l−u (0.4) đặt đ−ờng vào xilanh (1.0) Đ−ờng xilanh đ−ợc dẫn bể dầu qua van cản (0.5) Nhờ van tiết l−u (0.4), ta điều chỉnh hiệu áp hai đầu van tiết l−u, tức điều chỉnh đ−ợc l−u l−ợng chảy qua van tiết l−u vào xilanh (bằng cách thay đổi tiết diện chảy Ax), làm thay đổi vận tốc pittông L−ợng dầu thừa (QT) chảy qua van tràn (0.2) bể dầu

phải xilanh (1.0), đảm bảo pittơng chuyển động êm, ngồi van cản (0.5) làm giảm chuyển động giật mạnh cấu chấp hành tải trọng thay đổi ngột

Trong đó: p0 áp suất bơm dầu tạo nên, đ−ợc điều chỉnh van tràn (0.2) Ph−ơng trình l−u l−ợng: Q1 qua van tiết l−u Q1 qua xilanh (bỏ qua rò dầu)

p c A v A

Q1 = 1 =µ x ∆ (4.1)

Hiệu áp hai đầu van tiết l−u: ∆p = p0 - p1 (4.2) Khi Ax thay đổi ⇒∆p thay đổi ⇒ Q1 thay đổi ⇒ v thay đổi

NÕu nh tải trọng tác dụng lên pittông FL lực ma sát pittông xilanh Fms, phơng trình cân lực pittông là:

p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = ⇒ p1 =

1 ms L

1 2

A F F A A

p + + (4.3)

Ta thấy: FL thay đổi ⇒ p1 thay đổi ⇒ ∆p thay đổi ⇒ Q1 thay đổi ⇒ v không ổn định

0.1 1.0

1.1

0.2 0.3

p0 P T A B

Q0

QT

0.5 0.4

Q2

Q1 Ax

p2 p1

FL v A2

A1

Hình 4.1 Sơ đồ mạch thủy lực điều chỉnh tiết l−u đ−ờng vào

4.1.2 §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng

0.2

0.1 1.0

1.1

0.3 p0

P T A B

0.4 Ax Q1 Q

2

QT

Q0

p3≈0 p1 p2

FL v A2

A1

Hình 4.2 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc tiết l−u đ−ờng Van tiết l−u đảm nhiệm chức van cản tạo nên áp suất định đ−ờng xilanh Trong tr−ờng hợp này, áp suất buồng trái xilanh áp suất bơm, tức p1=p0

2 x

2 v.A A c p

Q = =à (4.4)

Vì cửa van tiết lu nối liền với bể dầu, nên hiệu ¸p cña van tiÕt l−u: ∆p = p2 - p3 = p2

Khi Ax thay đổi ⇒ p2 thay đổi ⇒ Q2 thay đổi ⇒ v thay đổi Ph−ơng trình cân tĩnh là:

p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = (4.5) ⇒∆p = p2 =

2 ms L

2

A F F A A

p − + (4.6)

Ta thấy: FL thay đổi ⇒ p2 thay đổi ⇒ Q2 thay đổi ⇒ v không ổn định Nhận xét:

Cả hai điều chỉnh tiết l−u có −u điểm kết cấu đơn giản, nh−ng hai có nh−ợc điểm khơng đảm bảo vận tốc cấu chấp hành giá trị định, tải trọng thay đổi

Th−ờng ng−ời ta dùng điều chỉnh tiết l−u cho hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hệ thống không yêu cầu cao ổn định vận tốc

Nh−ợc điểm khác hệ thống điều chỉnh tiết l−u phần dầu thừa qua van tràn biến thành nhiệt, nhiệt l−ợng làm giảm độ nhớt dầu, có khả làm tăng l−ợng dầu rò, ảnh h−ởng đến ổn định vận tốc cấu chấp hành, dẫn đến hiệu suất giảm

Vì lý đó, điều chỉnh tiết l−u th−ờng dùng hệ thống thủy lực có cơng suất nhỏ, th−ờng khơng 3ữ3,5 kw Hiệu suất hệ thống điều chỉnh khoảng 0,65ữ0,67

4.2 §iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch

Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hệu suất hệ thống thủy lực, ng−ời ta dùng ph−ơng pháp điều chỉnh vận tốc thể tích Loại điều chỉnh đ−ợc thực cách đ−a vào hệ thống thủy lực l−u l−ợng dầu cần thiết để đảm bảo vận tốc định

L−u l−ợng dầu thay đổi với việc dùng bơm dầu pittông cánh gạt điều chỉnh l−u l−ợng

những hệ thống thực chuyển động thẳng chuyển động quay vận tốc giảm, công suất cần thiết giảm

Tóm lại: −u điểm ph−ơng pháp điều chỉnh thể tích đảm bảo hiệu suất truyền động cao, dầu bị làm nóng, nh−ng bơm dầu điều chỉnh l−u l−ợng có kết cấu phức tạp, chế tạo đắt bơm dầu có l−u l−ợng khơng đổi

e A1

Q1

Qb= Q1

FL v

Hình 4.3 Sơ đồ thủy lực điều chỉnh thể tích Ta có: Q1= Qb = qb.n (l/p) (Q1= v.A1)

Muốn thay đổi Qb= Q1⇒ ta thay đổi qb⇒ v thay đổi Trên hình 4.3 ta thấy:

Thay đổi độ lệch tâm e ⇒ qb thay đổi ⇒ Qb= Q1 thay đổi ⇒ v thay đổi Nhận xét:

Toàn l−u l−ợng bơm cung cấp cho xilanh (khơng có dầu thừa) ⇒ hiệu suất cao

4.3 ổn định vận tốc

Trong cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ xác cao, hệ thống điều chỉnh đơn giản nh− trình bày khơng thể đảm bảo đ−ợc, khơng khắc phục đ−ợc nguyên nhân gây không ổn định chuyển động, nh−

tải trọng không thay đổi, độ đàn hồi dầu, độ rò dầu nh− thay đổi nhiệt độ dầu

không thích hợp, ) Do đó, muốn cho vận tốc đ−ợc ổn định, trì đ−ợc trị số điều chỉnh hệ thống điều chỉnh vận tốc kể cần lắp thêm phận, thiết bị để loại trừ ảnh h−ởng nguyên nhân làm ổn định vận tốc

Ta xét số ph−ơng pháp th−ờng dùng để ổn định vận tốc cấu chấp hành Để giảm ảnh h−ởng thay đổi tải trọng, ph−ơng pháp đơn giản phổ biến dùng ổn định vận tốc (gọi tắt ổn tốc) Bộ ổn tốc dùng hệ thống điều chỉnh vận tốc tiết l−u, hay hệ thống điều chỉnh thể tích đ−ờng vào đ−ờng cấu chấp hành (Nh− ta biết lắp đ−ờng đ−ợc dùng rộng rãi hơn)

4.3.1 Bé æn tèc lắp đờng vào cấu chấp hành

D Q1 Q2 p0 p3 p2 p1

A1 A2

FL Flx v0 FL FL B’ A’ B p0 A

p3 p1 L(p2+pms) v

∆p p v

Hình 4.4 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp ổn tốc đ−ờng vào Giả sử FL=

ta cã: A1.p1 - A2.p2 - Fms= ⇒ ) A F P , A A ( A F p p ms ms 1 ms

1 = + = =

Tại van giảm áp ta có:

0 F D p D p lx 2

3 − =

π − π

(4.7)

⇒ 3 1 lx 2

D F p p p π = − =

∆ hiƯu ¸p qua van tiÕt l−u (=const) (4.8)

⇒ p

A A c A Q v x ∆ µ =

⇒ ∆p = ⇒ v =

4.3.3 ổn định tốc độ điều chỉnh thể tích kết hợp với tiết l−u đ−ờng vào

L−u l−ợng bơm đ−ợc điều chỉnh cách thay đổi độ lệch tâm e Khi làm việc, stato bơm có xu h−ớng di động sang trái tác dụng áp suất dầu buồng nén gây nên

p1 p2

p0

e

Stato (vòng trợt)

Rôto Buồng hút

Buồng nén Flx

Pittông điều chỉnh

F2

F1

A2

v FL A1

Hình 4.6 ổn định tốc độ điều chỉnh thể tích kết hợp với tiết l−u đ−ờng vào Ta có ph−ơng trình cân lực stato (bỏ qua ma sát):

Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = (k: hệ số điều chỉnh bơm) (4.13) NÕu ta lÊy hiÖu tiÕt diÖn F1 - F2 = k ⇔ F1 = F2 + k

(4.13) ⇔ Flx + p1.(F2 + k) - p0.F2 - k.p0 = ⇔ Flx = F2.(p0 - p1) + k.(p0 - p1)

⇔ Flx = (F2 + k).(p0 - p1) ⇒ p0 - p1 =

1 lx

2 lx

F F k F

F =

Ta cã l−u l−ỵng qua van tiÕt l−u: p

c A

Q =µ x ∆ (4.15)

1 p p p= −

∆ =

1 lx

2 lx

F F k F

F =

+ (4.16)

⇒ A c p

F F c A

Q x

1 lx

x =µ ∆

µ

= (4.17)

Tõ c«ng thøc (4.17) ta thÊy:

L−u l−ợng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc tr−ng p1, p0)