truyen dong thuy luc khi nen

B×nh trÝch chøa träng vËt t¹o ra mét ¸p suÊt lý thuyÕt hoµn toµn cè ®Þnh, nÕu bá qua lùc ma s¸t ph¸t sinh ë chæ tiÕp xóc gi÷a c¬ cÊu lµm kÝn vµ pitt«ng vµ kh«ng tÝnh ®Õn lùc qu¸n cña p[r]

BÀI GIẢNG

TRUYỀN ĐỘNG

THỦY LỰC &

KHÍ NÉN

Môc lôc

Trang

PhÇn : hƯ thèng thđy lùc

Ch−¬ng : c¬ së lý thuyÕt

1.1 Lịch sử phát triển khả ứng dụng HTTĐ thủy lực

1.2 Những u điểm nhợc điểm hệ thống điều khiển thủy lực 1.1.1 Ưu điểm

1.1.2 Nhợc điểm

1.3 Định luật chất láng

1.2.1 ¸p st thđy tØnh

1.2.2 Phơng trình dòng chảy

1.2.3 Phơng trình Bernulli

1.4 n v đo đại l−ợng bản

1.3.1 ¸p suÊt (p)

1.3.2 VËn tèc (v)

1.3.3 Thể tích lu lợng

1.3.4 Lùc (F)

1.3.5 C«ng suất (N)

1.5 Các dạng lợng

1.5.1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến

1.5.2 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động quay 10

1.6 Tổn thất hệ thống truyền động thủy lực 11

1.7 Độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực 15

Ch−ơng : cấu biến đổi l−ợng hệ thống xử lý dầu 17

2.1 Bơm dầu động dầu 17

2.1.1 Nguyên lý chuyển đổi l−ợng 17

2.1.2 Các đại l−ợng đặc tr−ng 17

2.1.3 Cơng thức tính tốn bơm động dầu 19

2.1.4 C¸c loại bơm 20

2.1.5 Bơm bánh 20

2.1.6 B¬m trơc vÝt 22

2.1.7 Bơm cánh gạt 23

2.1.8 Bơm pittông 24

2.2 Xilanh truyền động (cơ cấu chấp hành) 27

2.2.1 NhiƯm vơ 27

2.2.2 Phân loại 27

2.2.3 Cấu tạo xilanh 29

2.2.4 Một số xilanh thông dơng 30

2.2.5 TÝnh to¸n xilanh trun lùc 30

2.3 BĨ dÇu 32

2.3.1 NhiƯm vơ 32

2.3.2 Chän kÝch th−íc bĨ dÇu 32

2.3.3 KÕt cÊu cđa bĨ dÇu 32

2.4 Bé léc dÇu 33

2.4.1 Nhiệm vụ 33

2.4.2 Phân loại theo kích thớc lọc 33

2.4.3 Phân loại theo kết cấu 34

2.4.4 Cách lắp lọc hệ thống 35

2.5 Đo áp suất lu lợng 36

2.5.1 Đo áp suất 36

2.5.2 Đo lu lợng 36

2.6 B×nh trÝch chøa 37

2.6.1 NhiƯm vơ 37

2.6.2 Phân loại 37

Chơng :các phần tử hệ thống điều khiển b»ng thđy lùc 41

3.1 Kh¸i niƯm 41

3.1.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn 41

3.1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thủy lực 41

3.2 Van ¸p suÊt 42

3.2.1 NhiƯm vơ 42

3.2.2 Phân loại 42

3.2.2.1 Van tràn van an toàn 42

3.2.2.2 Van giảm áp 44

3.2.2.3 Van cản 46

3.2.2.4 Rơle ¸p suÊt 46

3.3 Van đảo chiều 46

3.3.1 NhiƯm vơ 46

3.3.2 C¸c khái niệm 46

3.3.3 Nguyên lý làm việc 47

3.3.5 Các loại mép điều khiển van đảo chiều 49

3.4 Các loại van điện thủy lực ứng dụng mạch iu khin t ng 49

3.4.1 Phân loại 49

3.4.2 C«ng dơng 50

3.4.3 Van solenoid 50

3.4.4 Van tû lÖ 51

3.4.3 Van servo 52

3.5 C¬ cÊu chØnh l−u l−ỵng 58

3.5.1 Van tiÕt l−u 58

3.5.2 Bé æn tèc 60

3.6 Van chỈn 62

3.6.1 Van mét chiỊu 62

3.6.2 Van chiều điều khiển đợc h−íng chỈn 64

3.6.3 Van tác động khóa lẫn 64

3.7 èng dÉn, èng nèi 65

3.7.1 èng dÉn 65

3.7.2 C¸c loại ống nối 66

3.7.3 Vòng chắn 66

Ch−ơng : điều chỉnh ổn định vận tốc 68

4.1 §iỊu chØnh b»ng tiÕt l−u 68

4.1.1 §iỊu chØnh b»ng tiÕt lu đờng vào 68

4.1.2 Điều chỉnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng 69

4.2 §iỊu chØnh b»ng thĨ tÝch 70

4.3 ổn định vận tốc 71

4.3.1 Bé æn tèc lắp đờng vào cấu chấp hành 72

4.3.2 Bộ ổn tốc lắp đờng cấu chấp hành 73

4.3.3 n định tốc độ điều chỉnh thể tích kết hợp với tiết l−u 73

Ch−ơng : ứng dụng thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 76

5.1 ứng dụng truyền động thủy lực 76

5.2 Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 81

PhÇn : hÖ thèng khÝ nÐn 92

6.1 Lịch lử phát triển khả ứng dụng HTTĐ khí nén 92

6.1.1 Lịch sử phát triển 92

6.1.2 Khả ứng dụng khí nén 92

6.2 Những u điểm nhợc điểm HTTĐ khí nén 93

6.2.1 Ưu điểm 93

6.2.2 Nhợc điểm 93

6.3 Nguyên lý truyền động 93

6.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động 94

6.5 Đơn vị đo đại l−ợng bản 94

Chơng : phần tử khí nén điện khí nén 96

7.1 Cơ cÊu chÊp hµnh 96

7.2 Van đảo chiều 97

7.2.1 Nguyên lý hoạt động van đảo chiều 97

7.2.2 Ký hiệu van đảo chiều 97

7.2.3 Các tín hiệu tác động 98

7.2.4 Van đảo chiều có vị trí “0” 100

7.2.5 Van đảo chiều khơng có vị trí “0” 102

7.3 Van chỈn 103

7.3.1 Van mét chiÒu 104

7.3.2 Van logic 104

7.3.3 Van OR 104

7.3.4 Van AND 104

7.3.5 Van x¶ khÝ nhanh 104

7.4 Van tiÕt l−u 104

7.4.1 Van tiết l−u có tiết diện khơng thay đổi 104

7.4.2 Van tiết l−u có tiết diện thay đổi 105

7.4.3 Van tiÕt l−u mét chiỊu 105

7.5 Van ®iỊu chØnh thêi gian 105

7.5.1 Rơle thời gian đóng chm 105

7.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm 105

7.6 Van chân không 105

7.7 C¶m biÕn b»ng tia 106

7.7.1 C¶m biến tia rẽ nhánh 106

7.7.2 Cảm biÕn b»ng tia ph¶n håi 106

7.7.3 C¶m biÕn b»ng tia qua khe hë 107

8.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn khÝ nÐn 108

8.1.1 Biểu đồ trạng thái 108

8.1.2 Các phơng pháp điều khiển 108

a §iỊu khiĨn b»ng tay 108

b §iỊu khiĨn theo thêi gian 110

c §iỊu khiĨn theo hành trình 112

d Điều khiển theo tầng 113

e Điều khiển theo nhịp 115

8.2 HƯ thèng ®iỊu khiĨn ®iƯn khÝ nÐn 117

8.2.1 Các phần tử điện 117

8.2.2 Mạch điều khiển khí nén 118

a Mạch điều khiển có tiếp điểm tự trì 118

b Mạch điều khiển có rơle thời gian tỏc ng chm 119

c Mạch điều khiển theo nhÞp cã hai xilanh khÝ nÐn 120

PhÇn 1: hƯ thèng thđy lùc

Ch−¬ng 1: c¬ lý thut

1.1 lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực

+/ 1920 ứng dụng lĩnh vực máy công cụ

+/ 1925 øng dơng nhiỊu lÜnh vùc c«ng nghiệp khác nh: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông 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 công suất lớn

1.2 −u điểm nh−ợc điểm hệ thống truyền động

b»ng thñy lùc

1.1.1 ¦u ®iĨm

+/ Truyền động đ−ợc cơng suất cao lực lớn, (nhờ cấu t−ơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nh−ng địi hỏi chăm sóc, bảo d−ỡng)

+/ Điều chỉnh đ−ợc vận tốc làm việc tinh vô cấp, (dễ thực tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo ch−ơng trình có sẵn)

+/ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí phần tử dẫn bị dẫn khơng lệ thuộc +/ Có khả giảm khối l−ợng kích th−ớc 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 (nh− khí điện)

+/ Dễ biến đổi chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến cấu chấp hành

+/ Dễ đề phịng q tải nhờ van an tồn

+/ DƠ theo dõi quan sát áp kế, kể hệ phức tạp, nhiều mạch

+/ T ng hoá đơn giản, kể thiết bị phức tạp, cách dùng phần tử tiêu chuẩn hoá

1.1.2 Nhợc điểm

+/ Mất mát đờng ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất hạn chế phạm vi sử dơng

+/ Khó giữ đ−ợc vận tốc khơng đổi phụ tải thay đổi tính nén đ−ợc chất lỏng tính đàn hồi đ−ờng ống dẫn

+/ Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống ch−a ổn định, vận tốc làm việc thay đổi độ nhớt chất lỏng thay đổi

1.2.1 ¸p st thđy tÜnh

Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lợng ngoại lực) tác dụng lên phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa

b pF F A c l2 l1 pF

F2 A2

A1 F1 a ps h pL

Hình 1.1 áp suất thủy tĩnh

Ta cã:

H×nh a: pS = h.g.ρ + pL (1.1) H×nh b: pF =

A F (1.2) H×nh c: 1 A F

= pF = 2 A F l l = A A = F F (1.3) Trong đó:

ρ- khèi l−ỵng riªng cđa chÊt láng; h- chiỊu cao cđa cét n−íc;

g- gia tèc träng tr−êng;

pS- ¸p suÊt lùc träng tr−êng;

pL- ¸p st khÝ qun;

pF- áp suất tải trọng ngoài;

A, A1, A2- diƯn tÝch bỊ mỈt tiÕp xóc;

F- tải trọng

1.2.2 Phơng trình dòng chảy liên tôc

L−u l−ợng (Q) chảy đ−ờng ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) khơng đổi (const) L−u l−ợng Q chất lỏng qua mặt cắt A ống toàn ống (điều kin liờn tc)

Ta có phơng trình dòng chảy nh− sau:

Q = A.v = h»ng sè (const) (1.4) Với v vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A Nếu tiết diện chảy hình tròn, ta cã:

Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 (1.5)

⇔ d v d v 2 2 1 = π

Vận tốc chảy vị trí 2:

2 2 1 d d v

v = (1.6) Hình 1.2 Dòng chảy liên tục

Trong đó:

Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc

dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí 1;

Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc

dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí 1.2.3 Phơng trình Bernulli

Theo hình 1.3 ta có áp suất điểm chất lỏng chảy: const v h g p v h g p 2 2 1 = ρ + ρ + = ρ + ρ

+ (1.7)

Trong đó: p

1 v1 p2 v2 h2 h1 ⎭ ⎬ ⎫ ρ + ρ + 2 1 h g p h g p

¸p suÊt thñy tØnh;

2 v 12

ρ

, :

2 v 22

ρ

áp suất thủy động; :

g

ρ =

trọng lợng riêng

Hình 1.3 Phơng tr×nh Bernulli

1.4 Đơn vị đo đại l−ợng (Hệ mét)

1.3.1 ¸p suÊt (p)

Theo đơn vị đo l−ờng SI Pascal (pa)

1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2

Đơn vị nhỏ, nên ng−ời ta th−ờng dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 so với

đơn vị áp suất củ kg/cm2 có mối liên hệ nh− sau:

1kg/cm2≈ 0.1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2

(Trị số xác: 1kg/cm2 = 9,8N/cm2; nh−ng để dàng tính tốn, ta lấy 1kg/cm2 = 10N/cm2)

Ngoài ta dùng:

1bar = 105N/m2 = 1kg/cm2

1at = 9,81.104N/m2≈ 105N/m2 = 1bar

(Theo DIN- tiêu chuẩn Cộng hòa Liên bang Đức 1kp/cm2 = 0,980665bar

0,981bar; 1bar 1,02kp/cm2 Đơn vị kG/cm2 tơng đơng kp/cm2)

1.3.2 Vận tốc (v)

Đơn vị vận tốc m/s (cm/s) 1.3.2 Thể tích lu lợng

a Thể tích (V): m3 lít(l)

b Lu lợng (Q): m3/phót hc l/phót

1.3.4 Lùc (F)

Đơn vị lực Newton (N) 1N = 1kg.m/s2

1.3.5 C«ng suÊt (N)

Đơn vị công suất Watt (W) 1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3

1.5 Các dạng lợng

+/ Mang lợng: dầu

+/ Truyền lợng: ống dẫn, đầu nối

+/ To nng lng chuyển đổi thành l−ợng khác: bơm, động dầu(mô tơ thủy lực), xilanh truyền lực

1.5.1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến

A1

p1

m

Ft Q1

p2 Q2

p0

pT x1, v1 A2

Fc d

D

Qb

1

3

5

6

t¶i Fs

Hình 1.4 Sơ đồ mạch thủy lc chuyn ng tnh tin

Tính toán sơ bộ:

+/ Thông số cấu chấp hành: Ft vµ v(v1, v2)

Chuyển động tịnh tiến (hành trỡnh lm vic)

+/ Các phơng trình:

Q2, p2≈0 Q1, p1

A1

m D

x1, v1 d

A2

Ft

L−u l−ỵng: Q1 = A1.v1 (1.8)

Q2 = A2.v1

C«ng st cđa cấu chấp hành: N = [ ]kW 10

60

v F

3

t

(1.10) C«ng st thđy lùc: N = [ ]kW

10 60

Q p

3 1

(1.11) Nếu bỏ qua tổn thất từ bơm đến cấu chấp hành N ≈ Nbơm

Nếu tính đến tổn thất N = Nđcơ điện =

η

N

(η = 0,6 ÷ 0,8) (1.12)

Chuyển động lùi (hành trình chạy khơng)

Nếu tải Ft = p2 thắng ma s¸t p2.A2≥ Fc

0 p ,

Q'2 '2 ≈ Q1, p2 A1

Fc m D

d

A2 x 2, v2

L−u l−ỵng: Q1 = A2.v2 (1.13)

Q'2 =A1.v2≠ Q2

Do A1 > A2⇒ v2 > v1

1.5.2 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động quay

pT

p

Q Q

p Qb J

n®, Dm θ Ω

Mx

tải

p

Công suất cấu chấp hành: N = 102

Mx Ω

(Mx = p.Dm) (1.14)

hc N =

60 102 n

Mx π

= [kW]

975 n Mx

C«ng st thđy lùc: N = [kW] 10 60 Q p

1 (Q = D

m.Ω) (1.15)

1.6 Tổn thất hệ thống truyền động thủy lực

Trong hệ thống thủy lực có loại tổn thÊt sau: 1.6.1 Tỉn thÊt thĨ tÝch

Lo¹i tổn thất dầu thủy lực chảy qua khe hở phần tử hệ thống gây nªn

Nếu áp suất lớn, vận tốc nhỏ độ nhớt nhỏ tổn thất thể tích lớn

Tổn thất thể tích đáng kể cấu biến đổi l−ợng (bơm dầu, động dầu, xilanh truyền lực)

§èi với bơm dầu: tổn thất thể tích đợc thể b»ng hiÖu suÊt sau:

ηtb = Q/Q0 (1.16)

Q- Lu lợng thực tế bơm dầu; Q0- Lu lợng danh nghĩa bơm

Nu lu lng chảy qua động dầu Q0đ l−u l−ợng thực tế Qđ = qđ.ηđ hiệu

suất đơng dầu là:

ηt® = Q0®/Q® (1.17)

Nếu nh− khơng kể đến l−ợng dầu dị mối nối, van tổn thất hệ thống dầu ép có bơm dầu động dầu là:

ηt = ηtb ηt® (1.18)

1.6.2 Tỉn thÊt c¬ khÝ

Tổn thất khí ma sát chi tiết có chuyển động t−ơng đối bơm dầu động dầu gây nên

Tỉn thÊt c¬ khÝ cđa bơm đợc biểu thị hiệu suất khí:

ηcb = N0/N (1.19)

N0- Công suất cần thiết để quay bơm (công suất danh nghĩa), tức công suất cần

thiết để đảm bảo l−u l−ợng Q áp suất p dầu, đó: N0 = 4

10 Q p

(kW) (1.20)

N- Công suất thực tế đo đợc trục bơm (do mômen xoắn trục)

Đối với dầu: N0đ = (p.Qđ)/6.104 (1.21)

Từ đó, tổn thất khí hệ thống thủy lực là:

ηc = ηcb ηc® (1.23)

1.6.3 Tỉn thÊt ¸p st

Tổn thất áp suất giảm áp suất lực cản đ−ờng chuyển động dầu từ bơm đến cấu chấp hành (động đầu, xilanh truyền lc)

Tổn thất phụ thuộc vào yếu tè sau:

+/ Chiều dài ống dẫn +/ Độ nhẵn thành ống +/ Độ lớn tiết diện ống dẫn +/ Tốc độ chảy

+/ Sự thay đổi tiết diện

+/ Sự thay đổi h−ớng chuyển động +/ Trọng l−ợng riêng, độ nht

Nếu p0 áp suất hệ thống, p1 áp suất ra, tổn thất đợc biĨu thÞ b»ng hiƯu

st:

ηa =

0 p p p p

p − = ∆

(1.24) HiƯu ¸p p∆ trị số tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất lực cản cục gây nên đợc tÝnh theo c«ng thøc sau: p

∆ = [ ]bar

d l v g 10 m N d l v g

10ξ ρ ⎢⎣⎡ 2⎥⎦⎤= −4ξ ρ (1.25)

Trong đó:

ρ- khối lợng riêng dầu (914kg/m3);

g- gia tèc träng tr−êng (9,81m/s2);

v- vËn tèc trung bình dầu (m/s);

- hệ số tổn thất cục bộ; l- chiều dài ống dẫn; d- đờng kính èng

1.6.4 ảnh h−ởng thơng số hình học đến tổn thất áp suất a Tiết diện dạng trịn

NÕu ta gäi:

∆p- Tỉn thÊt ¸p st; l- ChiỊu dµi èng dÉn;

ρ- Khèi lợng riêng chất lỏng;

l

Q

D Q- Lu lợng;

D- Đờng kính;

- Độ nhớt động học; Hình 1.6 Dạng tiết diện trịn

λLAM- Hệ số ma sát đối vi chy tng;

Chảy tầng

TURB- H s ma sát chảy rối

Ch¶y rèi

⇒ Tæn thÊt: ∆p = 5

2 D Q l

8 λ ρ

π λ = λLAM -

Q D 256 ν π λ = λTURB

4 D Q 316 , ν π Ch¶y rối Chảy tầng Số Reynold: D

Q

4 >

3000 H×nh 1.7 Chảy tầng chảy rối

èng dÉn

D2 Q

b Tiết diện thay đổi lớn đột ngột

Tæn thÊt: ∆p = 4

1 2 2 2 D Q D D ρ π ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − D Trong đó:

D1- ®−êng kÝnh èng dÉn vµo;

Hình 1.8 Tiết diện thay đổi lớn đột ngột

D2- đ−ờng kính ống dẫn c Tiết diện nhỏ đột ngột

Tæn thÊt: ∆p = 4

1 2 2 D Q D D , ρ π ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −

D1- §−êng kÝnh èng dÉn ra;

Q

D2 D1

D2- §−êng kÝnh èng dÉn vµo

Hình 1.9 Tiết diện nhỏ đột ngột

d Tiết diện thay đổi lớn từ từ

Tæn thÊt: ∆p = [ ] 4

1 2 4 D Q D D , 12 , ρ π ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ÷

Hình 1.10 Tiết diện thay đổi lớn từ từ

D1 Q α < D2

0

α < 80

Q

d TiÕt diƯn nhá tõ tõ

Tỉn thÊt: ∆p =

f Vµo èng dÉn

Tổn thất áp suất đợc tính theo công thøc sau:

∆p = 4

2 E D Q ρ π ξ

Trong hệ số thất ξE đ−ợc chia thành hai tr−ờng hợp nh− bảng sau:

Cạnh Hệ số thất thoát E

a b

Sắc GÃy khúc

Tròn Có trớc

0,5 0,25 0,06 < Q b Q

D D

a

Hình 1.12 Dầu vào ống dẫn g Ra ống dẫn

Tổn thất áp suất đợc tính theo c«ng thøc sau:

D Q

∆p = 4

2 U D Q ρ π ξ

HƯ sè thÊt tho¸t ξU

ν π D

Q

< 3000

ν π D

Q

> 3000

Hình 1.13 Dầu ống dÉn

Q

α

β R

Q

h èng dÉn g·y khóc

D

D R ≈

∆p = 4

2 U D Q ρ π ξ

Gãc α, β HƯ sè thÊt tho¸t ξU

α = 20

α = 40

α = 60

0,06 0,2 0,47

β = 20 0,04

D

β = 40

β = 60

β = 80

β = 90

0,07 0,1 0,11 0,11

i Tæn thÊt ¸p st ë van

k Tỉn thÊt hƯ thèng thđy lùc

1.7 độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực

1.7.1 §é nhít

Độ nhớt tính chất quan trọng chất lỏng Độ nhớt xác định ma sát thân chất lỏng thể khả chống biến dạng tr−ợt biến dạng cắt chất lỏng Có hai loại độ nhớt:

a Độ nhớt động lực

Độ nhớt động lực η lực ma sát tính 1N tác động đơn vị diện tích bề mặt 1m2 hai lớp phẳng song song với dòng chảy chất lỏng, cách 1m

cã vËn tèc 1m/s

Độ nhớt động lực η đ−ợc tính [Pa.s] Ngồi ra, ng−ời ta cịn dùng đơn vị poazơ (Poiseuille), viết tắt P

1P = 0,1N.s/m2 = 0,010193kG.s/m2 1P = 100cP (centipoiseuilles)

Trong tính toán kỹ thuật thờng số quy tròn: 1P = 0,0102kG.s/m2

b Độ nhớt động

Độ nhớt động tỷ số hệ số nhớt động lực η với khối l−ợng riêng ρ chất lỏng:

ρ η =

ν (1.26)

Đơn vị độ nhớt động [m2/s] Ngồi ra, ng−ời ta cịn dùng đơn vị stốc ( Stoke),

viÕt t¾t St centistokes, viết tắt cSt 1St = 1cm2/s = 10-4m2/s

1cSt = 10-2St = 1mm2/s

c §é nhít Engler (E0)

Độ nhớt Engler (E0) tỷ số quy −ớc dùng để so sánh thời gian chảy 200cm3

dÇu qua èng dÉn cã ®−êng kÝnh 2,8mm víi thêi gian ch¶y cđa 200cm3 n−íc cÊt ë nhiÖt

độ 200C qua ống dẫn có đ−ờng kính, ký hiệu: E0 = t/t n

Độ nhớt Engler th−ờng đ−ợc đo đầu nhiệt độ 20, 50, 1000C ký hiệu t−ơng

øng víi nã: E020, E

50, E

1.7.2 Yêu cầu dầu thủy lực

Những tiêu để đánh giá chất l−ợng chất lỏng làm việc độ nhớt, khả chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hố học tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mịn chi tiết cao su, khả bơi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông đặc

Chất lỏng làm việc phải đảm bảo yêu cầu sau:

+/ Có khả bôi trơn tốt khoảng thay đổi lớn nhiệt độ áp suất; +/ Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ;

+/ Cã tÝnh trung hoµ (tÝnh trơ) với bề mặt kim loại, hạn chế đợc khả xâm nhập khí, nhng dễ dàng tách khÝ ra;

+/ Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít khe hở chi tiết di tr−ợt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, nh− tổn thất ma sát nhất;

+/ Dầu phải sủi bọt, bốc làm việc, hồ tan n−ớc khơng khí, dẫn nhiệt tốt, có mơđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt khối l−ợng riêng nhỏ

Ch−ơng 2: cơ cấu biến đổi l−ợng hệ thống xử lý dầu

2.1 bơm động dầu (mô tơ thủy lực)

2.1.1 Nguyên lý chuyển đổi l−ợng

Bơm động dầu hai thiết bị có chức khác Bơm thiết bị tạo l−ợng, động dầu thiết bị tiêu thụ l−ợng Tuy kết cấu ph−ơng pháp tính toán bơm động dầu loại giống

a Bơm dầu: là cấu biến đổi l−ợng, dùng để biến thành l−ợng dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép th−ờng dùng bơm thể tích, tức loại bơm thực việc biến đổi l−ợng 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 lợng dầu bơm đẩy chu kỳ làm việc, ta phân hai loại bơm thể tích:

+/ Bm cú l−u l−ợng cố định, gọi tắt bơm cố định

+/ Bơm có lu lợng điều chỉnh, gọi tắt bơm điều chỉnh Những thông số bơm lu lợng áp suất

b Đông dầu: là thiết bị dùng để biến l−ợng dòng chất lỏng thành động quay trục động Quá trình biến đổi l−ợng dầu có áp suất đ−ợc đ−a vào buồng cơng tác động D−ới tác dụng áp suất, phần tử động quay

Những thông số động dầu l−u l−ợng vòng quay hiệu áp suất đ−ờng vào đ−ờng

2.1.2 Các đại l−ợng đặc trng

a Thể tích dầu tải vòng (hành trình)

Hình 2.1 Bơm thể tÝch

NÕu ta gäi:

A- Diện tích mặt cắt ngang; h- Hành trình pittông;

VZL- Thể tích khoảng hở hai răng;

Z- Số bánh

ở hình 2.1, ta tích dầu tải vòng (hành trình):

V = A.h hành trình (2.1)

V ≈ VZL.Z.2 vßng (2.2)

b áp suất làm việc

t = 6s

áp suất làm việc đ−ợc biểu diễn hình 2.2 Trong đó:

p

+/ áp suất ổn định p1;

p3

+/ ¸p suÊt cao p2; p p

2

+/ áp suất đỉnh p3 (áp suất qua van tràn) p1

t

Hình 2.2 Sự thay đổi áp suất làm việc theo thời gian c Hiệu suất

Hiệu suất bơm hay động dầu phụ thuộc vào yếu tố sau: +/ Hiệu suất thể tích ηv

+/ Hiệu suất thủy lực hm

Nh hiệu suất toàn phần: t = v hm (2.3)

ë h×nh 2.3, ta cã:

+/ Công suất động điện: NE = ME ΩE (2.4)

+/ Công suất bơm: N = p.Qv (2.5)

Nh− vËy ta cã c«ng thøc sau:

tb v tb E Q p N N η = η

= (2.6)

+/ Công suất động dầu:

NA = MA ΩA hay NA = ηtMotor.p.Qv (2.7)

⎩ ⎨ ⎧ E E E n M

N Qv

p ηv ηh A A A N n M ⎭ ⎬ ⎫ ηv ηv ηh A N v F ⎭ ⎬ ⎫ ηh

+/ C«ng st cđa xilanh:

NA = F.v hay NA = ηtxilanh.p.Qv (2.8)

Hình 2.3 ảnh h−ởng hệ số tổn thất đến hiệu suất

Trong đó:

NE, ME, ΩE- cơng suất, mơmen vận tốc góc trục động nối với bơm;

NA, MA, ΩA - công suất, mômen vận tốc góc động tải;

NA, F, v - công suất, lực vận tốc pittông;

N, p, Qv - công suất, áp suất lu lợng dòng chảy;

txilanh- hiệu suất xilanh;

tb- hiệu suất bơm dầu

2.1.3 Cơng thức tính tốn bơm động dầu

a Lu lợng Qv, số vòng quay n thể tích dầu vòng quay V

Ta cã: Qv= n.V (2.9)

n V

QV QV V n

+/ L−u lợng bơm: Qv = n.V v.10-3 (2.10)

+/ Động dầu: Qv =

3 v 10 V n −

η (2.11)

Trong đó: Hình 2.4 L−u l−ợng, số vịng quay, thể tích

Qv- lu lợng [lít/phút];

n- số vòng quay [vòng/phút]; V- thể tích dầu/vòng [cm3/vòng];

v- hiệu suất [%]

b áp suất, mômen xoắn, thể tích dầu vòng quay V

Theo nh luật Pascal, ta có: V

M

p = x (2.12)

áp suất bơm: 10

V M

p = x ηhm (2.13)

áp suất động dầu: 10

V M p hm x η

= (2.14)

p

Mx V

p

V

Hình 2.5 áp suất, thể tích, mômen xoắn

Mx

Trong ú: p [bar]; Mx [N.m];

V [cm3/vßng];

ηhm [%]

c Công suất, áp suất, lu lợng

Công suất bơm tính theo công thức tổng quát là: N = p.Qv (2.15)

+/ Công suất để truyền động bơm:

2 t v.10

Q p N − η

= (2.16)

+/ Công suất truyền động động dầu:

2 t

v .10

6 Q p

N = η − (2.17)

Trong đó:

N [W], [kW]; p [bar], [N/m2];

Qv [lÝt/phót], [m

L−u lợng bơm lý thuyết không phụ thuộc áp suất (trừ bơm ly tâm), mà phụ thuộc vào kích thớc hình học vận tốc quay nã Nh−ng thùc tÕ sù rß rØ qua khe hở khoang hút khoang đẩy, nên lu lợng thực tế nhỏ lu lợng lý thuyết giảm dần áp suất tăng

Mt yu tố gây mát l−ợng t−ợng hỏng Hiện t−ợng th−ờng xuất hiện, ống hút nhỏ dầu có độ nhớt cao

Khi lọc đặt đ−ờng hút bị bẩn, với tăng sức cản dòng chảy, l−u l−ợng bơm giảm dần, bơm làm việc ngày ồn cuối tắc hẳn Bởi cần phải l−u ý lúc lắp ráp để ống hút to, ngn v thng

2.1.4 Các loại bơm

a Bơm với l−u l−ợng cố định

+/ B¬m bánh ăn khớp ngoài; +/ Bơm bánh ăn khớp trong; +/ Bơm pittông hớng trục; +/ Bơm trục vít;

+/ Bơm pittông dÃy; +/ Bơm cánh gạt kép; +/ Bơm rôto

b Bm vi lu lng thay i

+/ Bơm pittông hớng tâm;

+/ Bơm pittông h−ớng trục (truyền đĩa nghiêng); +/ Bơm pittông h−ớng trục (truyền khớp cầu); +/ Bơm cánh gt n

2.1.5 Bơm bánh răng Buồng đẩy B

a Nguyên lý làm việc

Bỏnh rng b động Bánh chủ

động nb

Thân bơm

Buồng hút A

Hình 2.6 Nguyên lý làm việc bơm bánh

ra buồng B, thực chu kỳ nén Nếu nh− đ−ờng dầu bị đẩy ta đặt vật cản (ví dụ nh− van), dầu bị chặn tạo nên áp suất định phụ thuộc vào độ lớn sức cản kết cu ca bm

b Phân loại

Bm bỏnh 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 ữ 200bar (phụ thuộc vào độ xác ch to)

Bơm bánh gồm có: loại bánh ăn khớp ăn khớp trong, thẳng, nghiêng chử V

Loại bánh ăn khớp đợc dùng rộng rÃi chế tạo dễ hơn, nhng bánh ăn khớp có kích thớc gọn nhẹ

Vành khăn Buồng đẩy

a c b

Buồng hút Buồng hút Buồng đẩy

Hình 2.7 Bơm bánh

a Bơm bánh ăn khớp ngoài; b Bơm bánh ăn khớp trong; c Ký hiệu bơm. c Lu lợng bơm bánh răng

Khi tính l−u l−ợng dầu, ta coi thể tích dầu đ−ợc đẩy khỏi rãnh với thể tích răng, tức khơng tính đến khe hở chân lấy hai bánh có kích th−ớc nh− (L−u l−ợng bơm phụ thuộc vào kết cấu)

Nu ta t:

m- Modul bánh [cm]; d- Đờng kính chia bánh [cm]; b- Bề rộng bánh [cm];

n- Số vòng quay phút [vòng/phút]; Z - Số (hai bánh có số nhau)

Thì lợng dầu hai bánh chuyển quay vòng:

Qv = 2..d.m.b [cm3/vòng] [l/ph] 2.18)

Nu gọi Z số răng, tính đến hiệu suất thể tích ηt bơm số vịng quay n,

lu lợng bơm bánh là:

ηt = 0,76 ÷ 0,88 hiƯu st bơm bánh

d Kết cấu bơm bánh răng

Kết cấu bơm bánh đợc thể hiƯn nh− ë h×nh 2.8

H×nh 2.8 KÕt cấu bơm bánh 2.1.6 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 thờng có trục vít ăn khớp với (hình 2.9)

Buồng đẩy Buồng hút

Hình 2.9 Bơm trục vít

Bơm trục vít thờng đợc sản xuất thành loại: +/ Loại áp suất thấp: p = 10 ữ15bar

+/ Loại áp suất trung bình: p = 30 ữ 60bar +/ Loại áp suất cao: p = 60 ÷ 200bar

Nh−ợc điểm bơm trục vít chế tạo trục vít phức tạp Ưu điểm chạy êm, độ nhp nhụ lu lng nh

2.1.7 Bơm cánh gạt a Phân loại

Bơm cánh gạt loại bơm đợc dùng rộng rÃi sau bơm bánh chủ yếu dùng hệ thống có áp thấp trung b×nh

So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm l−u l−ợng hơn, hiệu suất th tớch cao hn

Kết cấu Bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhng chia thành hai lo¹i chÝnh:

+/ Bơm cánh gạt đơn +/ Bơm cánh gạt kép

b Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn trục quay vịng, thực chu kỳ làm việc bao gồm lần hút lần nén

L−u l−ợng bơm điều chỉnh cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng tr−ợt), thể hình 2.10.

Điều chỉnh độ lệch tõm

Lò xo Vòng trợt

Vùng nén

R«to

Pitt«ng

Điều chỉnh độ lệch tâm du

Rôto Vùng hút Vòng trợt a

b c

e

Độ lệch tâm

Hỡnh 2.10 Nguyên tắc điều chỉnh l−u l−ợng bơm cánh gạt đơn a Nguyên ký ký hiệu;

b §iỊu chØnh b»ng lß xo;

c §iỊu chØnh l−u l−ỵng b»ng thđy lùc

c Bơm cánh gạt kép

Buồng đẩy

Buồng hút

Cánh gạt

Stato

Chiều quay

Rôto

Hình 2.11 Bơm cánh gạt kép d Lu lợng bơm cánh gạt

Nếu kích th−ớc hình học có đơn vị [cm], số vịng quay n [vịng/phút], l−u l−ợng qua bơm là:

Q = 2.10-3.π.e.n.(B.D + 4.b.d) [lít/phút] (2.20) Trong đó:

D- đ−ờng kính Stato; B- chiều rộng cánh gạt; b- chiều sâu rãnh; e- độ lệch tâm; d- đ−ờng kính lăn

2.1.8 Bơm pittông a Phân loại

Bm pittụng l loại bơm dựa nguyên tắc thay đổi thể tích cấu pittơng - xilanh Vì bề mặt làm việc cấu mặt trụ, dễ dàng đạt đ−ợc độ xác gia cơng cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả thực đ−ợc với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn đạt đ−ợc p = 700bar)

Bơm pittông th−ờng dùng hệ thống dầu ép cần áp suất cao l−u l−ợng lớn; máy truốt, máy xúc, máy nén,

Dùa cách bố trí pittông, bơm phân thành hai loại: +/ Bơm pittông hớng tâm

+/ Bơm pitt«ng h−íng trơc

Bơm pittơng chế tạo với l−u l−ợng cố định, l−u l−ợng điều chỉnh c

b Bơm pittông hớng tâm

h

d q

2

π

= [cm3/vßng] (2.21)

Trong đó: h- hành trình pittơng [cm]

Vì hành trình pittơng h = 2e (e độ lệch tâm rôto stato), nên bơm có z pittơng làm việc với số vịng quay n [vịng/phút], l−u l−ợng bơm là:

Q = q.z.n.10-3 [lÝt/phót] = .d .e.z.h

2

10

3π

−

[lít/phút] (2.22) Hành trình pittông thông thờng h = (1,3 ữ 1,4).d số vòng quay nmax =

1500vg/ph

L−u l−ợng bơm pittông h−ớng tâm điều chỉnh cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vịng tr−ợt), hình 2.12

Dầu

Buồng hút

Độ lệch tâm e

Buồng đẩy

Rôto

Hình 2.12 Bơm pittông hớng tâm

Pittông (3) bố trí lỗ hớng tâm rôto (6), quay xung quanh trục (4) Nhờ rÃnh lỗ bố trí thích hợp trục phân phối (7), nối lần lợt xilanh vòng quay rôto với khoang hút với khoang đẩy

Sau mt vũng quay rôto, pittông thực khoảng chạy kép có lớn lần độ lệch tâm e

Trong kết cấu mới, truyền động pittông lực ly tâm Pittông (3) tựa trực tiếp đĩa vành khăn (2) Mặt đầu pittông mặt cầu (1) đặt nghiêng tựa mặt côn đĩa dẫn

Rôto (6) quay đ−ợc nối với trục (4) qua ly hợp (5) Để điều khiển độ lệch tâm e, ta sử dụng vít điều chỉnh (8)

c Bơm pittông hớng trục

pittông hớng tâm, bơm pittông hớng trục có u điểm kích thớc nhỏ gọn hơn, cỡ với bơm hớng tâm

Ngoài ra, so với tất loại bơm khác, bơm pittông h−íng trơc cã hiƯu st tèt nhÊt, vµ hiƯu st hầu nh không phụ thuộc tải trọng số vòng quay

5 Pittông; 6 Xilanh; 7 Đĩa dẫn dầu; 8 Độ nghiêng; 9 Pittông; 10 Trục truyền

Hình 2.13 Bơm pittông h−íng trơc

Nếu lấy ký hiệu nh− bơm pittơng h−ớng tâm đ−ờng kính phân bố xilanh D [cm], l−u l−ợng bơm là:

α π

= π

= − −

tg D n z

d 10 n z h

d 10 Q

2

3

[lÝt/phót] (2.23) Loại bơm thờng đợc chế tạo với lu lợng Q = 30 ữ 640l/ph áp suất p = 60bar, số vòng quay thờng dùng 1450vg/ph 950vg/ph, nhng bơm có rôto không lớn số vòng quay dùng từ 2000 ữ 2500vg/ph

Bơm pittông hớng trục hầu hết điều chỉnh lu lợng đợc, hình 2.15.

1 Thân bơm; 2 Pittông; 3 Đĩa nghiêng; 4 Lò xo;

5,6 Tay quay ®iỊu chØnh gãc nghiªngα

Trong loại bơm pittông, độ không đồng l−u l−ợng không phụ thuộc vào đặc điểm chuyển động pittông, mà cịn phụ thuộc vào số l−ợng pittơng Độ khơng đồng đ−ợc xác định nh− sau:

max max

Q Q Q

k= − (2.24)

Độ khơng đồng k cịn phụ thuộc vào số l−ợng pittông chẵn hay lẻ 2.1.9 Tiêu chuẩn chọn bơm

Những đại l−ợng đặc tr−ng cho bơm động dầu gồm có:

a Thể tích nén (l−u l−ợng vòng): đại l−ợng đặc tr−ng quan trọng nhất, ký hiệu V[cm3/vịng] ở loại bơm pittơng, đại l−ợng t−ơng ứng chiều dài hành trình

pitt«ng

Đối với bơm: Q ~ n.V [lít/phút], động dầu: p ~ M/V [bar]

b Sè vòng quay n [vg/ph] c áp suất p [bar]

d HiÖu suÊt [%] e TiÕng ån

Khi chọn bơm, cần phải xem xét u tè vỊ kü tht vµ kinh tÕ sau: +/ Giá thành;

+/ Tuổi thọ; +/ áp suất;

+/ Phạm vi số vòng quay;

+/ Kh nng chịu hợp chất hoá học; +/ Sự dao động l−u l−ợng;

+/ Thể tích nén xố định hoc thay i; +/ Cụng sut;

+/ Khả bơm loại tạp chất; +/ Hiệu suất

2.2 Xilanh truyền động (cơ cấu chấp hành)

2.2.1 NhiÖm vô

Xilanh thủy lực cấu chấp hành dùng để biến đổi dầu thành năng, thực chuyển động thẳng

2.2.2 Ph©n loại

Xilanh thủy lực đợc chia làm hai loại: xilanh lực xilanh quay (hay gọi xilanh m«men)

Trong xilanh quay, chuyển động t−ơng đối pittông với xilanh chuyển động quay (với góc quay th−ờng nhỏ 3600)

Pittông bắt đầu chuyển động lực tác động lên hai phía (lực thể lực áp suất, lực lị xo khí) lớn tổng lực cản có h−ớng ng−ợc lại chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo, )

Ngồi ra, xilanh truyền động cịn đ−ợc phân theo:

a Theo cÊu t¹o

+/ Xilanh đơn • Lùi nhờ ngoại lực

ã Lùi nhờ lò xo

+/ Xilanh kép

• Lïi vỊ b»ng thđy lùc

• Lïi thủy lực có giảm chấn

ã Tác dơng c¶ hai phÝa

+/ Xilanh vi sai ã Tỏc dng n

ã Tác dụng kép

b Theo kiểu lắp ráp

+/ Lắp chặt thân +/ Lắp chặt mặt bích +/ Lắp xoay đợc

+/ Lắp gá đầu xilanh 2.2.3 CÊu t¹o xilanh

3 10 11

15 17 13 11 14 12 16

Hình 2.15 Cấu tạo xilanh tác dung kép có cần pittông phía 1 Thân; Mặt bích hông; 3.Mặt bích hông;

Cần pittông; Pittông; ổ trợt;

7 Vòng chắn dầu; Vòng đệm; Tm ni;

10 Vòng chắn hình O; 11 Vòng chắn pittông; 12 ống nối;

13 Tấm dẫn hớng; 14 Vòng chắn hình O; 15 §ai èc;

16 VÝt vỈn; 17 èng nèi.

2.2.4 Một số xilanh thông dụng a Xilanh tác dụng đơn

Chất lỏng làm việc tác động phía pittơng tạo nên chuyển động chiều Chiều chuyển động ng−ợc lại đ−ợc thực nhờ lực lị xo

Hình 2.16 Xilanh tác dụng đơn (chiều ng−ợc lại lò xo) ký hiệu b Xilanh tác dụng kép

Chất lỏng làm việc tác động vào hai phía pittơng tạo nên chuyển động hai chiều

a

b

Hình 2.17 Xilanh tác dụng kép

a Xilanh tác dụng képkhông có giảm chấn cuối hành trình ký hiệu; b Xilanh tác dụng kép có giảm chấn cuối hành trình ký hiệu 2.2.5 Tính to¸n xilanh trun lùc

a DiƯn tÝch A, lực F, áp suất p

+/ Diện tÝch pitt«ng A1=

4 D π

; A2=

( )

4 d D − π

H×nh 2.18 ¸p suÊt p, lùc F xilanh

m D

d

p A2

A1

Ft

+/ Lùc

Ft = p.A (2.26)

+/ ¸p suÊt p =

A Ft

(2.27)

Trong đó:

A - diƯn tÝch tiÕt diện pittông [cm2]; D - đờng kính xilanh [cm]; d - đờng kính cần [cm]; p - áp suÊt [bar];

Ft - lùc [kN]

Nếu tính đến tổn thất thể tích xilanh, để tính tốn đơn giản, ta chọn: •áp suất: p = t .104

A

F

η (2.28)

ã Diện tích pittông: A =

2

10

d

−

π

(2.29) d - đờng kính pittông [mm];

η- hiƯu st, lÊy theo b¶ng sau:

B¶ng 3.5

p (bar) 20 120 160

η (%) 85 90 95

Nh− pittông bắt đầu chuyển động đ−ợc, lực Ft > FG + FA + FR

Trong đó:

FG- träng lùc;

FA- lùc gia tèc;

FR- lùc ma s¸t

b Quan hệ lu lợng Q, vận tốc v diện tích A

Lu lợng chảy vào xilanh tÝnh theo c«ng thøc sau:

Để tính tốn đơn giản, ta chọn: Q = A.v.10-1

A =

2

10 D

−

π

(3.17) Trong đó:

D - ®−êng kÝnh [mm];

A - diƯn tÝch cđa xilanh [cm2];

Q - l−u l−ỵng [lÝt/phót];

A

m

Hình 2.19 Quan hệ Q, v A

D

Q

v

v - vËn tèc [m/phót]

2.3 BĨ dÇu

2.3.1 NhiƯm vơ

BĨ dÇu cã nhiƯm vơ chÝnh sau:

+/ Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp nhận dầu chảy về) +/ Giải tỏa nhiệt sinh trình bơm dầu làm viÖc

+/ Lắng đọng chất cạn bã trình làm việc +/ Tách n−ớc

2.3.2 Chän kích thớc bể dầu

Đối với loại bể dầu di chuyển, ví dụ bể dầu xe vận chuyển tích bể dầu đợc chọn nh− sau:

V = 1,5.Qv (2.30)

Đối với loại bể dầu cố định, ví dụ bể dầu máy, dây chuyền, thể tích bể dầu đ−ợc chọn nh− sau:

V = (3 ÷ 5).Qv (2.31)

Trong đó: V[lít]; Qv[l/ph] 2.3.3 Kết cấu bể dầu

Hình 2.16. sơ đồ bố trí cụm thiết bị cần thiết bể cấp dầu cho hệ thống điều khiển thủy lực

Hình 2.20 Bể dầu 1 Động điện;

Bể dầu đ−ợc ngăn làm hai ngăn màng lọc (5) Khi mở động (1), bơm dầu làm việc, dầu đ−ợc hút lên qua lộc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả đ−ợc cho vào ngăn khác

Dầu th−ờng đổ vào bể qua cửa (8) bố trí nắp bể lọc ống xả (9) đ−ợc đặt vào gần sát bể chứa Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7)

Nhờ màng lọc lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo Sau thời gian làm việc định kỳ lọc phải đ−ợc tháo rữa thay Trên đ−ờng ống cấp dầu (sau qua bơm) ng−ời ta gắn vào van tràn điều chỉnh áp suất dầu cung cấp đảm bảo an toàn cho đ−ờng ống cấp dầu

KÕt cÊu cđa bĨ dÇu thùc tÕ nh− ë h×nh 2.17.

H×nh 2.21 Kết cấu ký hiệu bể dầu

2.4 bé läc dÇu

2.4.1 NhiƯm vơ

Trong q trình làm việc, dầu khơng tránh khỏi bị nhiễm bẩn chất bẩn từ bên vào, thân dầu tạo nên Những chất bẩn làm kẹt khe hở, tiết diện chảy có kích th−ớc nhỏ cấu dầu ép, gây nên trở ngại, h− hỏng hoạt động hệ thống Do hệ thống dầu ép dùng lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên cấu, phần tử dầu ép

Bộ lọc dầu th−ờng đặt ống hút bơm Tr−ờng hợp dầu cần hơn, đặt thêm cửa bơm ống xả hệ thống dầu ộp

Ký hiệu:

2.4.2 Phân loại theo kích th−íc läc

Tïy thc vµo kÝch th−íc chÊt bÈn lọc đợc, lọc dầu phân thành loại sau:

b B lọc trung bình: lọc chất bẩn đến 0,01mm

c Bộ lọc tinh: có thể lọc chất bẩn đến 0,005mm

d Bộ lọc đặc biệt tinh: lọc chất bẩn đến 0,001mm

Các hệ thống dầu máy công cụ th−ờng dùng lọc trung bình lọc tinh Bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng phịng thí nghiệm

2.4.3 Phân loại theo kết cấu

Dựa vào kết cấu, ta phân biệt đợc loại bé läc dÇu nh− sau: bé läc l−íi, bé läc l¸, bé läc giÊy, bé läc nØ, bé läc nam ch©m,

Ta chØ xÐt mét sè bé läc dÇu th−êng nhÊt

a Bé läc l−íi

Bộ lọc l−ới loại lọc dầu đơn giản Nó gồm khung cứng l−ới đồng bao xung quanh Dầu từ xuyên qua mắt l−ới lỗ để vào ống hút Hình dáng kích th−ớc lọc l−ới khác tùy thuộc vào vị trí cơng dụng lọc

Do sức cản l−ới, nên dầu qua lọc bị giảm áp Khi tính tốn, tổn thất áp suất th−ờng lấy ∆p = 0,3 ữ 0,5bar, tr−ờng hợp đặc biệt lấy ∆p = ữ 2bar

Nh−ợc điểm lọc l−ới chất bẩn dễ bám vào bề mặt l−ới khó tẩy Do th−ờng dùng để lọc thơ, nh− lắp vào ống hút bơm tr−ờng hợp phải dùng thêm lọc tinh ống

H×nh 2.22 Màng lọc lới b Bộ lọc lá, sợi thñy tinh

Bộ lọc lọc dùng thép mỏng để lọc dầu Đây loại dùng rộng rãi hệ thống dầu ép máy cơng cụ

Kết cấu nh− sau: làm nhiệm vụ lọc lọc thép hình trịn thép hình Nh−ng thép đ−ợc lắp đồng tâm trục, Giữa cặp lắp chen mảnh thép trục có tiết diện vng

Số lợng thép cần thiết phụ thuộc vào lu lợng cần lọc, nhiều 1000 ữ 1200lá Tổn thất áp suất lớn p = 4bar Lu lợng lọc từ ữ 100l/ph

Bộ lọc chủ yếu dùng để lọc thô Ưu điểm lớn tẩy chất bẩn, khỏi phải dùng máy tháo lọc

Hình 2.23 Màng lọc sợi thủy tinh

Để tính toán lu lợng chảy qua lọc dầu, ngời ta dùng công thức tính lu lợng chảy qua lới lọc:

= A p

Q [l/ph] (2.32)

Trong ú:

A- diện tích toàn bề mặt läc [cm2];

∆p = p1 - p2- hiÖu ¸p cña bé läc [bar];

η- độ nhớt động học dầu [P];

α- hệ số lọc, đặc tr−ng cho l−ợng dầu chảy qua lọc đơn vị diện tích

vµ thêi gian ⎥

⎦ ⎤ ⎢

⎣ ⎡

phót cm

lÝt

2

Tùy thuộc vào đặc điểm lọc, ta lấy trị số nh− sau:

α = 0,006 ÷ 0,009 ⎥

⎦ ⎤ ⎢

⎣ ⎡

phót cm

lÝt

2

2.4.4 Cách lắp lọc hệ thống

Tùy theo yêu cầu chất lợng dầu hệ thống điều khiển, mà ta lắp lọc dầu theo vị trí khác nh sau:

a Lắp lọc đờng hút b Lắp lọc đờng nén c Lắp lọc đờng xả

c a b

2.5 đo áp suất lu lợng

2.5.1 Đo áp suất

a Đo áp suất áp kế lò xo

Nguyờn lý o áp suất áp kế lò xo: d−ới tác dụng áp lực, lò xo bị biến dạng, qua cấu truyền hay đòn bẩy bánh răng, độ biến dạng lò xo chuyển đổi thành giá trị đ−ợc ghi mặt số

A

B A B

Hình 2.25 áp kế lị xo b Nguyên lý hoạt động áp kế lò xo tấm

D−ới tác dụng áp suất, lò xo (1) bị biến dạng, qua trục đòn bẩy (2), chi tiết hình đáy quạt (3), chi tiết (4), kim (5), giá trị áp suất đ−ợc thể mặt số

1 Kim chØ; Thanh răng;

3 Chi tit hỡnh ỏy qut; Địn bẩy;

5 Lß xo tÊm

p

1

4

5

H×nh 2.26 áp kế lò xo 2.5.2 Đo lu lợng

a Đo lu lợng bánh hình ôvan bánh răng

n

VK

QV

VK

n

Chất lỏng chảy qua ống làm quay bánh ôvan bánh răng, độ lớn l−u l−ợng đ−ợc xác định l−ợng chất lỏng chảy qua bánh ôvan bánh

b Đo lu lựơng tuabin cánh gạt

n

Chất lỏng chảy qua ống làm quay cánh tuabin cánh gạt, độ lớn l−u l−ợng đ−ợc xác định tốc độ quay cánh tuabin cánh gạt

QV

n Q

V

Hình 2.28 Đo l−u lựơng tuabin cánh gạt c Đo l−u l−ợng theo nguyên lý độ chênh áp

Hai áp kế đ−ợc đặt hai đầu màng ngăn, độ lớn l−u l−ợng đ−ợc xác định độ chênh lệch áp suất (tổn thất áp suất) hai áp kế p1 p2 QV = ∆p

p1 ∆ p2 p

QV

Hình 2.29 Đo l−u l−ợng theo nguyên lý độ chênh áp d Đo l−u l−ợng lực căng lò xo

Chất lỏng chảy qua ống tác động vào đầu đo, đầu đo có gắn lị xo, l−u chất chảy qua l−u l−ợng kế hay nhiều đ−ợc xác định qua kim ch

Hình 2.30 Đo lu lợng lực căng lò xo

2.6 bình trích chứa

2.6.1 NhiƯm vơ

Bình trích chứa cấu dùng hệ truyền dẫn thủy lực để điều hịa l−ợng thơng qua áp suất l−u l−ợng chất lỏng làm việc Bình trích chứa làm việc theo hai q trình: tích l−ợng vào cấp l−ợng

Bình trích chứa đ−ợc sử dụng rộng rãi loại máy rèn, máy ép, cấu tay máy đ−ờng dây tự động, nhằm làm giảm công suất bơm, tăng độ tin cậy hiệu suất sử dụng toàn hệ thy lc

Theo nguyên lý tạo tải, bình trích chứa thủy lực đợc chia thành ba loại, thể hình 2.31

a b c d

Hình 2.31 Cácloại bình trích chứa thđy lùc a B×nh trÝch chøa träng vËt;

b Bình trích chứa lò xo; c Bình trích chøa thđy khÝ; d Ký hiƯu.

a B×nh trÝch chøa träng vËt

Bình trích chứa trọng vật tạo áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, bỏ qua lực ma sát phát sinh chổ tiếp xúc cấu làm kín pittơng khơng tính đến lực qn pittơng chuyển dịch thể tích bình trích chứa thay đổi q trình làm việc

Bình trích chứa loại u cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng so với pittông, không gây lực thành phần ngang cấu làm kín Lực tác dụng ngang làm hỏng cấu làm kín ảnh h−ởng xấu đến trình làm việc ổn định bình trích chứa

Bình trích chứa trọng vật cấu đơn giản, nh−ng cồng kềnh, th−ờng bố trí ngồi x−ởng Vì lý nên thực tế sử dụng loại bình

b Bình trích chứa lò xo

Quỏ trỡnh tớch nng l−ợng bình trích chứa lị xo q trình biến l−ợng lị xo Bình trích chứa lo xo có qn tính nhỏ so với bình trích chứa trọng vật, đ−ợc sử dụng để làm tắt va đập thủy lực hệ thủy lực giữ áp suất cố định cấu kẹp

c B×nh trÝch chøa thđy khÝ

trích chứa lo xo áp suất thay đổi tỷ lệ tuyến tính, cịn bình trích chứa thủy khí áp suất chất lỏng thay đổi theo định luật thay đổi áp suất khí

Theo kết cấu bình trích chứa thủy khí đợc chia thành hai loại chính:

+/ Loi khụng cú ngn: loại dùng thực tế (Có nh−ợc điểm: khí tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, trình làm việc khí xâm nhập vào chất lỏng gây làm việc không ổn định cho tồn hệ thống Cách khắc phục bình trích chứa phải có kết cấu hình trụ nhỏ dài để giảm bớt diện tích tiếp xúc khí chất lng)

+/ Loại có ngăn

Hình 2.32 Bình trích chứa thủy khí có ngăn

Bỡnh trớch chứa thủy khí có ngăn phân cách hai mơi tr−ờng đ−ợc dùng rộng rãi hệ thủy lực di động Phụ thuộc vào kết cấu ngăn phân cách, bình loại đ−ợc phân thành nhiều kiểu: kiểu pittông, kiu mng,

Cấu tạo bình trích chứa có ngăn màng gồm: khoang bình trích chứa thủy khí, đợc nạp khí với áp suất nạp vào pn, chất lỏng làm

viƯc b×nh trÝch chøa

NÕu ta gäi pmin áp suất nhỏ chất lỏng làm viƯc cđa b×nh trÝch chøa, th×

pn ≈ pmin áp suất pmax chất lỏng đạt đ−ợc thể tớch ca cht lng bỡnh cú

đợc ứng với giá trị cho phép lớn áp suất khí khoang

Khí sử dụng bình trích chứa thờng khí nitơ không khí, chất lỏng làm việc dầu

Vic lm kớn hai khoang khí chất lỏng vơ quan trọng, đặc biệt loại bình làm việc áp suất cao nhiệt độ thấp Bình trích chứa loại làm việc áp suất chất lỏng 100kG/cm2

Nguyên tắc hoạt động bình trích chứa loại gồm có hai q trình q trình nạp quỏ trỡnh x

Hình 2.33 Quá trình nạp

Chơng 3: các phần tử hƯ thèng ®iỊu khiĨn b»ng thđy lùc

3.1 khái niệm

3.1.1 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển thủy lực đ−ợc mơ tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm cụm phần tử chính, có chức sau:

a Cơ cấu tạo lợng: bơm dầu, lọc ( )

b Phần tử nhận tín hiệu: các loại nót Ên ( )

c PhÇn tư xư lý: van áp suất, van điều khiển từ xa ( )

d Phần tử điều khiển: van đảo chiều ( )

e Cơ cấu chấp hành: xilanh, động c du

Hình 3.1 Hệ thống điều khiển thđy lùc

PhÇn tư nhËn tÝn hiƯu

PhÇn tử xử lý

Cơ cấu chấp hành

Phần tử điều khiển

Cơ cấu tạo lợng Năng lợng điều khiển

Dũng nng lng tỏc ng

lên quy trình

3.1.2 S cu trỳc h thống điều thủy lực

Cấu trúc hệ thống điều khiển thủy lực đ−ợc thể sơ đồ hình 3.2.

T

C¬ cÊu chÊp hành

Phần tử điều khiển

Cơ cấu tạo lợng

Dòng lợng

1.0

0.1 1.1

0.2

0.3 P

P T A B

Hình 3.2 Cấu trúc thống điều khiển thđy lùc

3.2 van ¸p st

3.2.1 NhiƯm vơ

Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức cố định tăng, giảm trị số áp hệ thống điều khin bng thy lc

3.2.2 Phân loại

Van áp suất gồm có loại sau:

+/ Van tràn van an toàn +/ Van giảm ¸p

+/ Van c¶n

+/ Van đóng, mở cho bình trích chứa thủy lực.

3.2.2.1 Van trµn vµ an toµn

Van tràn van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng hệ thống thủy lực v−ợt trị số quy định Van tràn làm việc th−ờng xuyên, cịn van an tồn làm việc q tải

p2

p1

Ký hiƯu cđa van trµn vµ van an toàn:

Có nhiều loại: +/ Kiểu van bi (trụ, cầu) +/ Kiểu trợt (pittông)

+/ Van điều chỉnh hai cấp áp st (phèi hỵp)

a KiĨu van bi

p1

p2

Lò xo (độ cứng C)

Bi trơ VÝt ®/c

p2

p1

x x0 VÝt ®/c

Lị xo (độ cứng C)

Bi cầu

x

x0

Hình 3.3 KÕt cÊu kiĨu van bi

Gi¶i thÝch: áp suất p1 bơm dầu tạo nên vợt mức điều chỉnh, thắng

lực lò xo, van mở cửa đa dầu bể Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điều chỉnh ë phÝa trªn

Ta cã: p1.A = C.(x + x0) (bá qua ma s¸t, lùc qu¸n tÝnh, p2≈ 0)

Trong ú:

x0 - biến dạng lò xo tạo lực căng ban đầu;

F0 = C.x0 - lực căng ban đầu;

x - biến dạng lò xo làm việc (khi có dầu tràn); p1 - áp suất làm việc hệ thèng;

A - diện tích tác động bi

Kiểu van bi có kết cấu đơn giản nh−ng có nh−ợc điểm: khơng dùng đ−ợc áp suất cao, làm việc ồn Khi lò xo hỏng, dầu chảy bể làm cho áp suất hệ thống giảm đột ngột

b KiĨu van tr−ỵt

VÝt ®/c

3 A 2 1

x

Flx

4

Lỗ giảm chấn

p1

p2 C

x0 x

Hình 3.4 Kết cấu kiểu van trợt

Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn vào buồng Nếu nh lực áp suất dầu tạo nên F lớn lực điều chỉnh lò xo Flx trọng lợng G pitt«ng,

thì pittơng dịch chuyển lên trên, dầu qua cửa bể Lỗ dùng để tháo dầu rị buồng ngồi

Ta có: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát trọng lợng pittông)

Flx = C.x0

Khi p1 tăng F = p1.A>Flx pittông lên với dÞch chun x

∗ ⇒ p1∗.A=C.(x+x0)

Nghĩa là: p1 ↑ ⇒ pittông lên đoạn x ⇒ dầu cửa nhiều ⇒ p1 ↓ để ổn

định

Vì tiết diện A khơng thay đổi, nên áp suất cần điều chỉnh p1 phụ thuộc vào Flx

cđa lß xo

Loại van có độ giảm chấn cao loai van bi, nên làm việc êm Nh−ợc điểm tr−ờng hợp l−u l−ợng lớn với áp suất cao, lị xo phải có kích th−ớc lớn, làm tăng kích th−ớc chung van

c Van ®iỊu chØnh hai cÊp ¸p suÊt

loại lò xo yếu, có nhiệm vụ thắng lực ma sát bi trụ Tiết diện chảy rÃnh hình tam giác Lỗ tiết lu có đờng kính từ 0,8 ữ mm

Hình 3.5 Kết cấu van điều chỉnh hai cấp áp suất

Du vào van có áp suất p1, phía d−ới phía tr−ợt có áp suất dầu

Khi áp suất dầu cha thắng đợc lực lò xo 1, áp suất p1 phía dới áp suÊt p2 ë

phía tr−ợt nhau, tr−ợt đứng n

NÕu ¸p st p1 tăng lên, bi cầu mở ra, dầu qua trợt, lên van bi chảy

bể Khi dầu chảy, sức cản lỗ tiết lu, nên p1 > p2, tức hiệu áp p = p1 - p2

đ−ợc hình thành phía d−ới phía tr−ợt (Lúc cửa đóng)

3

2 1

2.p C x vµC x p A

A > >

Khi p1 tăng cao thắng lực lò xo ⇒ lúc van hoạt động

Loại van làm việc êm, khơng có chấn động áp suất điều chỉnh phạm vi rộng: từ ữ 63 bar cao

3.2.2.2 Van giảm áp

Trong nhiu trng hp h thng thủy lực bơm dầu phải cung cấp l−ợng cho nhiều cấu chấp hành có áp suất khác Lúc ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn dùng van giảm áp đặt tr−ớc cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến giá trị cần thiết

Ký hiÖu:

VÝt ®/c

Lị xo (độ cứng C2)

p1

p3 Bi trụ (con trợt) Bi cầu

Lò xo (độ cứng C1)

A3 A2

1 3

2

Lỗ tiết lu

p2 p1

Van an toµn (lµm viƯc tải) Van tràn

Hình 3.6 Kết cấu van giảm áp Ví dụ: mạch thủy lực có lắp van giảm áp

1

p1 VÝt ®/c

p1 p2

Flx

A Flx A

P p2

p1 Flx

L VÝt ®/c

p1> p2

Hình 3.7 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp

Trong hƯ thống này, xilanh làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên áp

suất p1 > p2 cung cÊp cho xilanh ¸p suÊt p2 điều chỉnh đợc nhờ van giảm

áp

Ta có lực cân van giảm ¸p: p2.A = Flx (Flx = C.x)

⇒

A x C

3.2.2.3 Van c¶n

Van cản có nhiệm vụ tạo nên sức cản hệ thống ⇒ hệ thống có dầu để bơi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập

Ký hiÖu:

p0 Flx

p2 A

p2 p1

Hình 3.8 Mạch thủy lực có lắp van cản

Trên hình 3.8, van cản lắp vào cửa xilanh có áp suất p2 Nếu lực lò xo

van Flx tiết diện pittông van A, lực cân tĩnh là:

p2.A - Flx =0 ⇒

A F p lx

2 = (3.1)

Nh− vËy ta thÊy r»ng ¸p suÊt ë cửa (tức cản cửa ra) điều chỉnh đợc tùy thuộc vào điều chỉnh lực lò xo Flx

3.2.2.4 Rơle áp suất (áp lực)

Rơle áp suất th−ờng dùng hệ thống thủy lực Nó đ−ợc dùng nh− cấu phịng q tải, áp suất hệ thống v−ợt giới hạn định, rơle áp suất ngắt dòng điện ⇒ Bơm dầu, van hay phận khác ng−ng hoạt động

3.3 van đảo chiều

3.3.1 NhiƯm vơ

Van đảo chiều dùng đóng, mở ống dẫn để khởi động cấu biến đổi l−ợng, dùng để đảo chiều chuyển động cấu chấp hành

3.3.2 C¸c kh¸i niƯm

+/ Số vị trí: số định vị tr−ợt van Thơng th−ờng van đảo chiều có vị trí Trong tr−ờng hợp đặc biệt số vị trí có th nhiu hn

3.3.3 Nguyên lý làm việc

a Van đảo chiều cửa, vị trí (2/2)

L P

A

A P L A P L

Sè cưa

Sè vÞ trÝ

Hình 3.9 Van đảo chiều 2/2

b Van đảo chiều cửa, vị trí (3/2)

A

P T P T

a a b

A T

P a A

b P T

b A

P T A

c Van đảo chiều cửa, vị trí (4/2)

a b

T P

b a

A

P T B

A

T P P T

A B

A B T

P A

B B

Hình 3.11 Van đảo chiều 4/2

Ký hiÖu: P- cửa nối bơm;

T- cửa nối ống xả thùng dầu;

A, B- cửa nối với cấu điều khiển hay cấu chấp hành; L- cửa nối èng dÇu thõa vỊ thïng

3.3.4 Các loại tín hiệu tác động

Loại tín hiệu tác động lên van đảo chiều đ−ợc biểu diễn hai phía, bên trái bên phải ký hiệu Có nhiều loại tín hiệu khác tác động làm van đảo chiều thay đổi vị trí làm việc nịng van đảo chiều

a Loại tín hiệu tác động tay

Ký hiƯu nót Ên tỉng qu¸t

Nót bÊm

Tay g¹t

Bàn đạp

Hình 3.12 Các ký hiệu cho tín hiệu tác động tay

b Loại tín hiệu tác động cơ

Cữ chặn lăn, tác động hai chiều

Hình 3.13 Các ký hiệu cho tín hiệu tác động

Cữ chặn lăn, tác động chiều

Lß xo

Nút ấn có rãnh định vị

3.3.5 Các loại mép điều khiển van đảo chiều

Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, mép đóng mở cửa thân van nối với kênh dẫn dầu

Van đảo chiều có mép điều khiển d−ơng (hình 3.14a), đ−ợc sử dụng kết cấu đảm bảo rò dầu nhỏ, nịng van vị trí trung gian vị trí làm việc đó, địng thời độ cứng vững kết cấu (độ nhạy phụ tải) cao

Van đảo chiều có mép điều khiển âm (hình 3.14b), loại van có mát chất lỏng chảy qua khe thông thùng chứa, nịng van vị trí trung gian Loại van đ−ợc sử dụng khơng có u cầu cao rò chất lỏng, nh− độ cứng vững hệ

Van đảo chiều có mép điều khiển khơng (hình 3.14c), đ−ợc sử dụng phần lớn hệ thống điều khiển thủy lực có độ xác cao (ví dụ nh− van thủy lực tuyến tính hay cấu servo Cơng nghệ chế tạo loại van t−ơng đối khó khăn

a b c

Hình 3.14 Các loại mép điều khiển van đảo chiều a Mép điều khiển d−ơng;

b Mép điều khiển âm;

c Mép ®iỊu khiĨn b»ng kh«ng

3.4 Các loại van điện thủy lực ứng dụng mạch điều khiển tự động

Cã hai lo¹i: +/ Van solenoid

+/ Van tû lƯ vµ van servo 3.4.2 C«ng dơng

a Van solenoid

Dùng để đóng mở (nh− van phân phối thơng th−ờng), điều khiển nam châm điện Đ−ợc dùng mạch điều khiển logic

b Van tû lÖ vµ van servo

Là phối hợp hai loại van phân phối van tiết l−u (gọi van đóng, mở nối tiếp), điều khiển đ−ợc vô cấp l−u l−ợng qua van Đ−ợc dùng mạch điều khiển tự động

3.4.3 Van solenoid

Cấu tạo van solenoid gồm phận là: loại điều khiển trực tiếp (hình 3.15) gồm có thân van, tr−ợt hai nam châm điện; loại điều khiển gián tiếp (hình 3.16) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp van thứ cấp điều khiển tr−ợt dầu ép, nhờ tác động van sơ cấp

Con tr−ợt van hoạt động hai ba vị trí tùy theo tác động nam châm Có thể gọi van solenoid loại van điều khiển có cấp

Hình 3.15 Kết cấu ký hiệu van solenoid ®iỊu khiĨn trùc tiÕp

5 T A P B

P T

A B

2

3

X T A P B Y B

A a b

T Y

X P

a.X b.Y

a b

B A a X

b

a b

Y T

8 4.2

4.1

7

3 2

1

Hình 3.16 Kết cấu ký hiệu van solenoid điều khiển gián tiếp 1 Van s¬ cÊp;

2 Van thø cÊp

3.5.4 Van tû lƯ

CÊu t¹o cđa van tû lƯ cã gåm ba bé phËn chÝnh (hình 3.17) là : thân van, trợt, nam châm ®iÖn

Để thay đổi tiết diện chảy van, tức thay đổi hành trình tr−ợt cách thay đổi dịng điện điều khiển nam châm Có thể điều khiển tr−ợt vị trí phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ gọi loại van điều khiển vô cấp

`

13 12 9

8

1

b a

Y X

T A P B X Y

P T A B

b a

11 10

Hình 3.17 Kết cấu ký hiƯu cđa van tû lƯ

Hình 3.17 kết cấu van tỷ lệ, van có hai nam châm 1, bố trí đối xứng, lị xo 10 12 phục hồi vị trí cân tr−ợt 11

3.4.5 Van servo

a.Nguyên lý làm việc

N

Nam châm vÜnh cưu PhÇn øng

+

i1

S ng n hi

S

Cánh chặn P

MiƯng phun dÇu R

Càng đàn hồi N Cuộn dây

- i +

2

Cn d©y

-Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý phận điều khiển tr−ợt van servo

Bộ phận điều khiển trợt van servo (torque motor) thể hình 3.18

gåm c¸c ë bé phËn sau:

+/ Cánh chặn đàn hồi; +/ ống đàn hồi; +/ Miệng phun dầu

Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữ nhật, phần ứng có hai cuộn dây cánh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nên kết cấu cứng vững Định vị phần ứng cánh chặn dầu ống đàn hồi, ống có tác dụng phục hồi cụm phần ứng cánh chặn vị trí trung gian dịng điện vào hai cuộn dây cân Nối với cánh chặn dầu đàn hồi, nối trực tiếp với tr−ợt Khi dòng điện vào hai cuộn dây lệch phần ứng bị hút lệch, đối xứng cực nam châm mà phần ứng quay Khi phần ứng quay, ống đàn hồi biến dạng đàn hồi, khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu thay đổi (phía hở phía hẹp lại) Điều dẫn đến áp suất hai phía tr−ợt lệch tr−ợt đ−ợc di chuyển Nh− vậy:

+/ Khi dßng điện điều khiển hai cuộn dây phần ứng, cánh, trợt vị trí trung gian (áp suất hai buồng trợt cân nhau)

+/ Khi dũng i1 ≠ i2 phần ứng quay theo chiều tùy thuộc vào dịng

điện cuộn dây lớn Giả sử phần ứng quay ng−ợc chiều kim đồng hồ, cánh chặn dầu quay theo làm tiết diện chảy miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phía trái rộng khe hở miệng phun phía phải hẹp lại áp suất dầu vào hai buồng tr−ợt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy tr−ợt di chuyển bên trái, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đ−ờng dẫn dầu qua van) Quá trình thể hình 3.19b Đồng thời tr−ợt sang trái cong theo chiều di chuyển tr−ợt làm cho cánh chặn dầu di chuyển theo Lúc khe hở miệng phun trái hẹp lại khe hở miệng phun phải rộng lên, khe hở hai miệng phun áp suất hai phía tr−ợt vị trí cân Q trình thể hình 3.19c

Mômen quay phần ứng mômen lực đàn hồi cân L−ợng di chuyển tr−ợt tỷ lệ với dòng điện vào cuộn dây

a

T A P

b c

T A P B T A P B

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động van servo a Sơ đồ giai đoạn van ch−a lam việc;

b Sơ đồ giai đoạn đầu trình điều khiển; c Sơ đồ giai đoạn hai trình điều khiển

b KÕt cÊu cña van servo

Các hình 3.20, 3.21, 3.22, 3.23, 3.24 kết cấu số loại van servo đợc sử dụng

a Nam châm

ống phun dầu Càng đàn hồi Vít hiệu chnh

trợt Thân van

ống phun Lâi nam ch©m

ống đàn hồi

Càng Cng n hi

Lọc dầu Cuộn dây

Lỗ tiÕt l−u

P

b

P T

c

Lọc dầu

Hình 3.20 Bản vẽ thể hiƯn kÕt cÊu vµ ký hiƯu cđa van servo a, b Bản vẽ thể dạng kết cấu cña van servo;

Hình 3.21 Kết cấu van servo cấp điều khiĨn 1 Kh«ng gian trèng;

2 èng phun;

3 Lõi sắt nam châm; 4 ng n hi;

5 Càng điều khiển ®iƯn thđy lùc; 6 VÝt hiƯu chØnh;

7 Th©n cđa èng phun; 8 Th©n cđa nam châm;

9 Không gian quay lõi sắt nam ch©m; 10 Cn d©y cđa nam ch©m;

H×nh 3.22 KÕt cÊu cđa van servo cÊp ®iỊu khiĨn

1 Cụm nam châm; ống phun; Càng đàn hồi phận điều khiển điện thủy lực; Xylanh van chính; Con tr−ợt van chính; Càng điều khiển điện-thủy lực; Thân ống phun

1 Cơm nam ch©m; èng phun; Xylanh cđa van chÝnh; Cn d©y cảm biến; Lõi sắt từ cảm biến; Con trợt van chính; Càng điều khiển điện-thủy lực; ống phun; 9,10 Buồng dầu cđa van chÝnh

H×nh 3.24 KÕt cÊu cđa van servo cấp điều khiển có cảm biến

1 VÝt hiƯu chØnh; èng phun; Th©n van cÊp 2; Th©n van cÊp 3; cuén của cảm biến; Lõi sắt từ cảm biến; Con trợt van chính; Càng ®iỊu khiĨn ®iƯn-thđy lùc; Th©n cđa èng phun; 10,14 Bng dÇu cđa van cÊp 2; 11 Con trợt van cấp 2; 12 Lò xo van cÊp 2; 13 Xylanh cña van cÊp 3; 15,16 Buồng dầu van cấp

3.5 cÊu chØnh l−u l−ỵng

Cơ cấu chỉnh l−u l−ợng dùng để xác định l−ợng chất lỏng chảy qua đơn vị thời gian, nh− điều chỉnh đ−ợc vân tốc cấu chấp hành hệ thống thủy lực làm việc với bơm dầu có l−u l−ợng cố định

3.5.1 Van tiÕt l−u

Van tiết l−u đặt đ−ờng dầu vào đ−ờng cấu chấp hành Van tiết l−u có hai loại:

+/ Tiết l−u cố định Ký hiệu:

+/ Tiết l−u thay đổi đ−ợc l−u l−ợng Ký hiệu:

Ví dụ: hình 3.25 là sơ đồ van tiết l−u đ−ợc lắp đ−ờng hệ thống thủy lực Cách lắp đ−ợc dùng phổ biến nhất, van tiết l−u thay chức van cản, tạo nên áp suất định đ−ờng xilanh làm cho chuyển động đ−ợc êm

p1 A1

p2

A2

Q2

Q2, p3 Q1

Ax

v

Hình 3.25 Sơ đồ thủy lực có lắp van tiết l−u đ−ờng dầu

Ta có phơng trình:

Q2 = A2.v : l−u l−ỵng qua van tiÕt l−u ∆p = p2 - p3 : hiƯu ¸p qua van tiÕt l−u

Lu lợng dầu Q2 qua khe hở đợc tính theo c«ng thøc Torricelli nh− sau:

p g A

Q2 x ∆

ρ µ

= [m3/s] (3.3)

hoặc A2.v = à.Ax.c p (c =

g

= const)

⇒

2 x

A p c A

v =µ ∆ (3.4)

Trong đó:

Ax - diện tích mặt cắt khe hở: d A π

= [m2]; p = (p2 - p3)- áp suất trớc sau khe hở [N/m2]; - khối lợng riêng dÇu [kg/m3]

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

∆p

Q2

p3

p2

Hình 3.26 Độ chênh lệch áp suất lu lợng dòng chảy qua khe hở

Dựa vào phơng thức điều chỉnh lu lợng, van tiết lu phân thành hai loại chính: van tiết lu điều chỉnh dọc trục van tiết lu ®iỊu chØnh quanh trơc

a Van tiÕt l−u ®iỊu chØnh däc trôc

Ax = 2π.rt.AB AB = h.sinα

α α −

= cos

2 sin h r rt α π ≈

⇒Ax h.r.sin

( α.cosα

sin

h : VCB ⇒ bá qua)

Ax

p1

p2 α

2α rt B

A

r

h D

Ax = π.D.h p2

h

p1

Ax

Hình 3.27 Tiết lu điều chỉnh dọc trục

b Van tiÕt l−u ®iỊu chØnh quanh trơc

p1 p2

H×nh 3.28 TiÕt l−u ®iỊu chØnh quanh trơc

3.5.2 Bé ỉn tèc

Bộ ổn tốc cấu đảm bảo hiệu áp không đổi giảm áp (∆p = const), đảm bảo l−u l−ợng khơng đổi chảy qua van, tức làm cho vận tốc cấu chấp hành có giá trị gần nh− khơng đổi

Bé ỉn tèc lµ mét van ghÐp gồm có: van giảm áp van tiết lu Bộ ổn tốc lắp đờng vào đờng cấu chấp hành nh van tiết lu, nhng phổ biến lắp đờng cấu chấp hành

Ký hiệu:

H×nh 3.29 KÕt cÊu bé ỉn tèc

Điều kiện để ổn tốc làm việc là: p1 > p2 > p3 > p4

Ta có phơng trình cân tĩnh:

A.p3 = p4.A + Flx⇒∆p = p3 - p4 =

A Flx

(3.5)

Q2 =

A F k p c A

x ∆ = lx

µ (3.6)

Q2 khơng phụ thuộc vào tải mà phụ thuộc vào Flx⇒ v ổn định

p2

Q2

A p3

Flx p4

Hình 3.30 Sơ đồ thủy lực có lắp ổn tốc

p1 p4

p3

p2

Q2

A Flx

3.6 van chỈn

Van chỈn gåm loại van sau: +/ Van chiều

+/ Van chiều điều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn +/ Van tác động khố lẫn

3.6.1 Van mét chiỊu

Van chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng theo h−ớng, h−ớng dầu bị ngăn lại

Trong hệ thống thủy lực, th−ờng đặt nhiều vị trí khác tùy thuộc vào mục đích khác

Ký hiƯu:

Van mét chiỊu gåm cã: van bi, van kiĨu trợt

Hình 3.31 Kết cấu van bi chiều øng dơng cđa van mét chiỊu:

+/ Đặt đ−ờng bơm (để chặn dầu chảy bể) +/ Đặt cửa hút bơm (chặn dầu bơm)

Ví dụ: sơ đồ thủy lực sử dụng hai bơm dầu nhằm giảm tiêu hao công suất

FL v1

v2 A2 A1

Flx

p1 Q1

1 p1

p2 T

P

Q2

A

Hình 3.32 Sơ đồ mạch thủy lực sử dụng hai bơm dầu

Khi thực vận tốc công tác v1, bơm (Q1) hoạt động: Q1 = A1.v1

Khi thực vận tốc chạy không v2 (pittông lùi về) hai bơm cung cấp

dÇu (Q1, Q2):

Q1 + Q2 = A2.v2 (Q2 >> Q1)

Giải thích nguyên lý:

+/ Khi có tải FL thực v1 p1 > p2, van chiều bị chặn

2 1 vµQ

A Q

v = vỊ bể dầu

(A.p1 > Flx pittông lên cửa P T thông Q2 bể dầu)

+/ Khi chạy nhanh với v2 (không tải): pittông xuống mở

ca P, úng ca T, lúc p

∗

p Flx ≥p1∗.A

2 > p1 ⇒ van mét chiÒu më ⇒ cung cÊp Q2 vµ Q1 cho

xilanh để thực v2

2 2

3.6.2 Van chiều điều khiển đợc hớng chỈn

a Ngun lý hoạt động

Khi dầu chảy từ A qua B, van thực theo nguyên lý van chiều Nh−ng dầu chảy từ B qua A, phải có tín hiệu điều khiển bên tác động vào cửa X

a b

c

x a b x a b

b

a x H×nh 3.33 Van chiều điều khiển đợc hớng chặn

a ChiỊu A qua B, t¸c dơng nh− van mét chiÒu;

b ChiÒu B qua A có dòng chảy, có tác dụng tín X; c Ký hiÖu

3.6.3 Van tác động khoá lẫn

a Nguyên lý hoạt động

Kết cấu van tác động khoá lẫn, thực lắp hai van chiều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn Khi dòng chảy từ A1 qua B1 từ A2 qua B2 theo nguyên lý

van chiều Nhng dầu chảy từ B2 A2 phải có tín hiệu điều khiển A1

khi dầu chảy từ B1 A1 phải cã tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn A2

Hình 3.34 Van tác động khóa lẩn

B B

A1 A2

B1 B2

a b

A1 A2

B1 B2

c

A A

a Dßng chảy từ A1 qua B1 từ A2 qua B2 (nh− van mét chiÒu);

3.7 èng dÉn, èng nèi

Để nối liền phần tử điều khiển (các loại van) với cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi l−ợng (bơm dầu, động dầu), ng−ời ta dùng ống dẫn, ống nối nối

3.7.1 ống dẫn

a Yêu cầu

ng dẫn dùng hệ thống điều khiển thủy lực phổ biến ống dẫn cứng (vật liệu ống đồng thép) ống dẫn mềm (vải cao su ống mềm kim loại làm việc nhiệt độ 1350C)

ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền học tổn thất áp suất ống nhỏ Để giảm tổn thất áp suất, ống dẫn ngắn tốt, bị uốn cong để tránh biến dạng tiết diện đổi h−ớng chuyển động dầu

b VËn tốc dầu chảy ống

+/ ống hót: v = 0,5 ÷ 1,5 m/s

+/ ë ống nén: p < 50bar v = ữ m/s p = 50 ữ 100bar v = ữ m/s p > 100bar v = ữ m/s +/ ống xả: v = 0,5 ữ 1,5 m/s

Các đờng ống hút Các đờng ống nén Các đờng ống xả

Hỡnh 3.35 Sơ đồ mạch thủy lực thể đ−ờng ống

c Chän kÝch th−íc ®−êng kÝnh èng

Ta có phơng trình lu lợng chảy qua ống dÉn:

Q = A.v (3.7)

Trong đó:

TiÕt diÖn: A =

d

π

(3.8)

⇔ Q =

d

π

.v (3.9)

⇒ v =

2

10 d

Q

π (3.10)

⇒ KÝch th−íc ®−êng kÝnh èng dÉn lµ: d =

v

Q 10

π [mm] (3.11)

3.7.2 Các loại ống nối

a Yêu cầu

Trong h thng thy lc, ng nối có yêu cầu t−ơng đối cao độ bền độ kín Tùy theo điều kiện sử dụng ống nối khơng tháo đ−ợc tháo đ−ợc

b Các loại ống nối

Để nối ống dẫn với nối ống dẫn với phần tử thủy lực, ta dùng loại ống nối đợc thể hiển nh hình 3.36

b a

Hình 3.36 Các loại ống nối a èng nèi vỈn ren;

b èng nèi siÕt chặt đai ốc

3.7.3 Vòng chắn

a NhiƯm vơ

Chắn dầu đómg vai trò quan trọng việc đảm bảo làm việc bình th−ờng phần tử thủy lực

b Phân loại

ngn chặn rò dầu, ng−ời ta th−ờng dùng loại vòng chắn, vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ dầu

Dựa vào bề mặt cần chắn khít, ta phân thành hai loại: +/ Loại chắn khít phần tử cố định

+/ Loại chắn khít phần tử chuyển động

c Loại chắn khít phần tử cố định

Chắn khít phần tử cố định t−ơng đối đơn giản, dùng vòng chắn chất dẻo kim loại mềm (đồng, nhơm) Để tăng độ bền, tuổi thọ vịng chắn có tính đàn hồi, ta th−ờng sử dụng cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng (cao su vải, vòng kim loại, cao su l−u hóa lõi kim loại)

d Loại chắn khít phần tử chuyển động t−ơng

Loại đ−ợc dùng rộng rãi nhất, để chắn khít phần tử chuyển động Vật liệu chế tạo cao su chịu dầu, để chắn dầu bề mặt có chuyển động t−ơng đối (giữa pittơng xilanh)

Để tăng độ bền, tuổi thọ vòng chắn có tính đàn hồi, t−ơng tự nh− loại chắn khít phần tử cố định, th−ờng ta sử dụng cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng (vịng kim loại)

Để chắn khít chi tiết có chuyển động thẳng (cần pittơng, cần đẩy điều khiển tr−ợt điều khiển với nam châm điện, ), th−ờng dùng vịng chắn có tiết diện chử V, với vật liệu da cao su

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:

p c A

Q =µ x ∆

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

ở loại điều chỉnh bơm dầu có l−u l−ợng khơng 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

Tuú thuéc vào vị trí lắp van tiết lu hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh tiết lu sau:

+/ Điều chỉnh tiết lu đờng vào +/ Điều chỉnh tiết lu đờng 4.1.1 Điều chỉnh tiết lu đờng vào

Van cản (0.5) dùng để tạo nên áp định (khoảng 3ữ8bar) buồng bên 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 i ngt

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

p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = ⇒ p1 =

1 ms L 2 A F F A A

p + + (4.1)

Hiệu áp hai đầu van tiÕt l−u: ∆p = p0 - p1 (4.2)

Trong đó: p0 áp suất bơm dầu tạo nên, đ−ợc điều chỉnh van tràn (0.2)

Phơng trình lu lợng: Q qua van tiết lu Q qua xilanh (bỏ qua rò dầu) p c A v A

Q= 1 =µ x ∆ (4.3)

Qua ta thấy: FL thay đổi ⇒ p1 thay đổi ⇒ ∆p thay đổi ⇒ Q thay đổi ⇒ v

không ổn định

0.1 1.0 1.1 0.2 0.3 p0 P T A B 0.5 0.4 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 Điều chỉnh tiết l−u đ−ờng

0.2 0.1 1.0 1.1 0.3 p0 P T A B 0.4 Ax Q1 Q

2

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 sut ca bm, tc l p1=p0

Phơng trình cân b»ng tÜnh lµ:

p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = (4.4)

V× cưa van cđa tiết lu nối liền với bể dầu, nên hiệu áp cña van tiÕt l−u:

∆p = p2 - p3 = p2

⇒∆p = p2 =

2 ms L

A F F A A

p − + (4.5)

2 x

2 v.A A c p

Q = =µ (4.6)

Ta thấy: FL thay đổi ⇒ p2 thay đổi ⇒ Q2 thay đổi v thay đổi

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 hai loại điều chỉnh hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hệ thống không yêu cầu có vận tốc khơng đổi

Nh−ợc điểm khác hệ thống điều chỉnh tiết l−u phần l−ợng khơng dùng biến thành nhiệt q trình tiết l−u, nhiệt l−ợng làm giảm độ nhớt dầu, có khả làm tăng l−ợng dầu rị, ảnh h−ởng đến ổn định vận tốc cấu chấp hành

Vì lý đó, điều chỉnh tiết l−u th−ờng dùng hệ thống thủy lực có cơng suất nhỏ, th−ờng khơng q 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

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 Q

FL v

Hình 4.3 Sơ đồ thủy lực điều chỉnh thể tích

Thay đổi Q cách thay đổi qb bơm

Qb = qb.n

Trên hình 4.3 ta thấy:

Thay đổi độ lệch tâm e (xê dịch vòng tr−ợt) ⇒ qb thay đổi ⇒ Qb thay đổi 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, không 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

Ngoài nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc khơng ổn định cịn thiếu sót kết cấu (nh− cấu điều khiển chế tạo không xác, lắp ráp khơng 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

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

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 trờn ng vo

Tại van giảm áp ta cã:

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 (4.8)

mµ p

A A c A Q v x ∆ µ =

= = const (4.9)

Gi¶i thÝch: gi¶ sư FL p1 pittông van giảm áp sang trái ⇒ cưa cđa van

giảm áp mở rộng ⇒ p3↑ để dẫn đến ∆p = const

Trên đồ thị: p1≥ p2 + pms (pms = ms

A F

) (4.10)

+/ Khi p3 = p0, tức cửa van mở hết cở (tại A đồ thị), tiếp tục ↑

FL ⇒ p1 ↑ mà p3 = p1 không tăng ⇒ ∆p = p3 - p1 (p3 = p0) ↓⇒ v ↓ đến

p1 = p3 = p0⇒∆p = ⇒ v =

4.3.2 Bộ ổn tốc lắp đờng cấu chấp hành

p0 Flx

FL

FL p0=p1

A’

B’ Pms

v0 v

p3 p2

p4≈

p3

B A p1= p0

p

A1 A2

FL v

Hình 4.5 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp ổn tốc đ−ờng

+/ T¹i van giảm áp ta có: F

4 D

p lx

2

3 − =

π

(4.11)

const D

F p

p 3 lx 2 =

π = − =

∆ (4.12)

+/ Giả sử: FL p2 p3 pittông van giảm áp sang phải cửa mở rộng

⇒ p3↑ để ∆p = const

Trên đồ thị:

Khi FL = ⇒ p2 = p0 - pms⇒ v = v0

Khi FL↑⇒ p2↓⇒ van giảm áp trì p3 để ∆p = const ⇒ v = const

Nếu tiếp tục ↑ FL ⇒ p2 = p3 (tại A đồ thị), tăng ⇒ p2 = p3 ↓ = ⇒

∆p = ⇒ v =

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

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 vo

Ta có phơng trình cân lực stato (bá qua ma s¸t):

Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = (k: hƯ sè ®iỊu chØnh b¬m) (4.13)

NÕu ta lÊy hiƯu 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

lx

F F k F

F =

+ (4.14)

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

lx

F F k F

F =

⇒ 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)

Gi¶ sư: FL ↑⇒ p1↑ ⇒ pittông điều chỉnh đẩy stato bơm sang phải ⇒ e ↑

Ch−ơng 5: ứng dụng thiết kế hệ thống truyền động thủy lực

5.1 ứng dụng truyền động thủy lực

5.1.1 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 ch−ơng giới thiệu cho sinh viên sơ đồ lắp hệ thống thủy lực máy

5.1.2 Các sơ đồ thủy lực

a

b

5.1.2.1 Máy dập thủy lực điều khiển tay m

1.0

A 1.2

P T

0.1

1.1 0.2 0.3

T P

H×nh 5.1 Máy dập điều khiển tay

0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế;

1.1 Van mét chiÒu;

1.2 Van đảo chiều 3/2, điều khiển tay gạt; 1.0 Xilanh

5.1.2.2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình cơng nghệ đúc

0.1 1.0

1.1

P T A B

0.1 1.1

P T A B

0.2 0.3

T

P 0.2 0.3

T P

P A

1.3 1.2

1.0

Hình 5.2 Sơ đồ mạch thủy lực cấu rót phơi tự động

0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kế;

1.3 Van mét chiÒu;

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 đ−ờng xả dầu

5.1.2.3 C¬ cấu nâng hạ chi tiết sơn lò sấy

0.1 1.0

1.1

P T A B

m

0.1 1.1

P T A B

0.2 0.3

T

P 0.2 0.3

T P 1.2

B

m 1.0

X A

Hình 5.4 Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ chi tiết đ−ợc sơn lò sy

0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 áp kÕ;

1.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt;

1.2 Van mét chiỊu ®iỊu khiển đợc hớng chặn;

1.0 Xilanh

Để cho chuyển động xilanh xuống đ−ợc êm dừng lại vị trí bất kỳ, ta lắp thêm van chiều điều khiển đ−ợc h−ớng chặn 1.2 vào đ−ờng nén xilanh

5.1.2.4 C¬ cÊu kẹp chặt chi tiết gia công

1 2

3

Hình 5.5 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 1 Xilanh; Chi tiÕt; Hµm kĐp

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 l−u chiều

1.0

0.1 1.1

P T A A

B

B 1.2

0.1 1.1

P T A

0.2 0.3

T

P 0.2 0.3

T P 1.2

B B A 1.0

Hình 5.6 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tit gia cụng

0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 ¸p kÕ;

1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt;

1.2 Van tiÕt l−u mét chiÒu; 1.0 Xilanh

A

B

5.1.2.5 Máy khoan bàn

Hệ thống thủy lực điều khiển hai xilanh Xilanh A mang đầu khoan xuống với vận tốc đ−ợc 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 đ−ợc tháo 1.0 (B)

0.1 1.1

P T A B 1.2 1.3

A

P

2.0 (A)

2.1 P T

A B

T 0.2

P

2.6

B A

2.3 T

P B

2.2 2.5

2.4

Hình 5.8 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 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 mét chiÒu;

2.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt; 2.2 Bộ ổn tốc; 2.3 Van chiều;

2.4 Van c¶n; 2.5 Van mét chiỊu;

2.6 Van tiÕt l−u; 2.0 Xilanh B

Để cho vận tốc q trình khơng đổi, trọng thay tải đổi, ta dùng ổn tốc 2.2

5.2 Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực

5.2.1 Mục đích

Tất phận hệ thống thủy lực có yêu cầu kỹ thuật định Những yêu cầu đ−ợc thỏa mãn, nh− thông số phận đ−ợc lựa chọn thích hợp

Các cấu chấp hành, cấu biến đổi l−ợng, cấu điều khiển điều chỉnh, nh− phần lớn thiết bị phụ khác hệ thống thủy lực đ−ợc tiêu chuẩn hóa

Do đó, việc thiết kế hệ thống thủy lực thơng th−ờng việc tính tốn lựa chọn thích hợp cấu

5.2.2 Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực Trình tự: có số liệu ban đầu yêu cầu sau

+/ Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v, v’), hành trình x, ; +/ Chuyển động quay: momen xoắn MX, vận tốc (n, Ω);

+/ Thiết kế sơ đồ thiết b;

+/ Tính toán p, Q cấu chấp hành dựa vào tải trọng vận tốc; +/ Tính toán lu lợng áp suất bơm;

+/ Chọn phần tử thủy lực (pb, Qb);

+/ Xác định công suất động điện

5.2.2.1 Tính tốn thiết kế hệ thủy lực chuyển động tịnh tiến

A1

p1

m D

Fms x

pT

p0 Qb d Fs A2

Q2 p2

Q1 Ft

Hình 5.9 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến

Từ sơ đồ thủy lực ta có:

+/ Lùc qu¸n tÝnh: Fa = m.a (5.1)

(Fa = a

g WL

+/ Lùc ma s¸t: Fms = m.g.f (5.2)

(Fms = WL.f theo hÖ Anh)

+/ Lùc ma s¸t xilanh Fs th−êng b»ng 10% lùc tỉng céng, tøc lµ:

Fms = 0,10.F (5.3)

+/ Lực tổng cộng tác dụng lên pittông là:

F = Fms Fs Ft

1000 a

m + + +

[daN] (5.4)

Theo hÖ Anh: F = L Fms Fs Ft

12 , 32 a

W + + +

[lbf] Trong đó:

Ft - lực tải trọng gây (ngoại lực), daN (lbf);

m - khối l−ợng chuyển động, kg.s2/cm;

WL - träng lùc, (lbf) ;

a - gia tốc chuyển động, cm/s2;

Fms - lực ma sát phận chuyển động, daN (lbf);

Fs - lực ma sát pittông - xilanh, daN (lbf)

Ta có phơng trình cân tĩnh lực tác dung lên pittông

p1.A1 = p2.A2 + F (5.5)

Đối với xilanh không đối xứng l−u l−ợng vào ≠ l−u l−ợng Q1 = Q2.R với R =

2

A A

(hÖ sè diÖn tÝch) (5.6)

Từ ta xác định đ−ợc đ−ờng kính xilanh (D), đ−ờng kính cần pittơng (d) Cụ thể:

• §−êng kÝnh cña xilanh: D =

π

1

A

2 (5.7)

ã Đờng kính cần pittông: d =

2

1 A

A

2 (5.8)

Độ sụt áp qua van tỷ lệ với bình phơng hệ số diện tích R, tức là:

p0 - p1 = (p2 - pT).R2 (5.9)

Trong ú:

p0 - áp suất dầu cung cÊp cho van;

p1, p2 - ¸p suÊt ë buồng xilanh;

pT - áp suất dầu khái van;

A1, A2 - diÖn tÝch hai phÝa cđa pitt«ng

Tõ c«ng thøc (5.5), (5.9) ta tìm đợc p1 p2

p1 =

( )

( 3)

p2 = pT + 2

R p

p

(5.11) Tơng tự, pittông làm việc theo chiều ngợc lại thì:

p1 = pT + (p0 - p2).R2 (5.12)

p2 = ( 3)

2 T R A R A p F R A p + + + (5.13)

L−u l−ợng dầu vào xilanh để pittông chuyển động với vận tốc cực đại là:

Q1max = vmax.A1 [cm3/s] (5.14)

Q1max =

max .A

7 16 v

[l/ph] (5.15)

Lu lợng dầu khỏi hệ thống làm việc víi vmax lµ:

Q2max = vmax.A2 [cm3/s] (5.16)

Q2max =

max .A

7 16 v

[l/ph] (5.17)

L−u l−ợng qua van tiết l−u van đảo chiều đ−ợc xác định theo công thức Torricelli:

p g A

Q x ∆

ρ µ

= [cm3/s] (5.18)

Trong ú:

à - hệ số lu lợng;

Ax - diết diện mặt cắt khe hở [cm2];

∆p = (p1 - p2) - ¸p st tr−íc vµ sau khe hë [N/cm

];

ρ - khối lợng riêng dầu [kg/cm3]

Lu lợng bơm: chọn bơm dựa vào p Q Nđcơ điện

Qb = n V v.10 -3

[l/ph] (5.19)

Trong đó:

n - số vòng quay [vg/ph]; V - thể tích dầu/vòng [cm3/vg];

ηv - hiƯu st thĨ tÝch [%] ¸p st cđa b¬m:

pb = 10

V Mηhm

[bar] (5.20)

Công suất để truyền động bơm:

N =

t b b 10 Q p −

η [kW] (5.21)

Trong đó:

M - Mômen trục động nối với bơm [Nm];

hm - hiệu suất thủy lực [%];

Công suất cần thiết động điện là: Nđ =

t

N

η [kW] (5.22)

TÝnh vµ chän èng dÉn (èng hót, èng nÐn, èng x¶) +/ Chän vËn tèc chảy qua ống:

ãở ống hút: v = 0,5 ÷ 1,5 m/s

•ë èng nÐn: p < 50bar v = ữ m/s

p = 50 ữ 100bar v = ữ m/s p > 100bar v = ữ m/s

ãở ống xả: v = 0,5 ữ 1,5 m/s +/ Chän kÝch th−íc ®−êng kÝnh èng:

Ta cã phơng trình lu lợng chảy qua ống dẫn:

Q = A.v (5.23)

Trong đó:

TiÕt diƯn: A =

d

π

(5.24)

⇔ Q =

d

π

.v (5.25)

Trong đó: d [mm]; Q [lít/phút]; v [m/s]

⇒ v =

2 10 d Q

π (5.26)

⇒ KÝch thớc đờng kính ống dẫn là: d =

v Q 10

π [mm] (5.27) 5.2.2.2 Tính tốn thiết kế hệ thủy lực chuyển động quay

Hệ thủy lực thực chuyển động quay đ−ợc phân tích nh− hệ thủy lực chuyển động thẳng

Mômen xoắn tác động lên trục động dầu bao gồm: +/ Mômen quán tính

Ma = J.θ [Nm] (5.28)

J - mơmen qn tính khối l−ợng trục động dầu [Nms2];

θ - gia tốc góc trục động dầu [rad/s2]

+/ Mômen ma sát nhớt trục động dầu MD [Nm]

+/ Mômen tải trọng ML [Nm]

+/ Mômen xoắn tổng cộng Mx là:

pT p2 p1

Q1 Q2

p0

Qb

n®, Dm ML, MD

J

Hình 5.10 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động quay

Theo ph−ơng pháp tính tốn nh− hệ chuyển động thẳng, áp suất p1 p2 hệ

chuyển động quay đ−ợc xác định theo công thức

p1 = ⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ π + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + m T D M 10 p p

[bar] (5.30)

p2 = p0 - p1 + pT [bar] (5.31)

L−u l−ợng để làm quay trục động dầu với nmax

Q1 = Q2 =

1000 D nmax m

[l/ph] (5.32)

Trong đó:

nmax - số vòng quay lớn trục động dầu [vg/ph];

Dm - thể tích riêng động dầu [cm3/vg]

Công suất truyền động động dầu N = 12 t

10 Q p η

[kW] (5.33)

(Phần tính tốn bơm đ−ờng ống t−ơng tự hệ chuyển động thẳng)

Trong hai toán trên, trình tính tốn ch−a tính (quan tâm) đến tổn thất áp suất l−u l−ợng phần tử tồn hệ thống.

5.2.2.3 C¸c vÝ dơ

VÝ dơ 1: thiÕt kÕ hƯ thèng thđy lực với số liệu cho trớc: +/ Tải trọng: 100 tÊn

+/ VËn tèc c«ng tác: vmax = 320 (mm/phút)

+/ Vận tốc chạy kh«ng: vmax = 427 (mm/phót)

+/ Pittơng đặt thẳng đứng, h−ớng công tác từ d−ới lên +/ Điều khiển khiển tốc độ van servo

A1

p1

m v

Q1

p2 Q2

Fs A2

p0

pT

Fms d

D

Qb

Ft

Hình 5.11 Sơ đồ mạch thủy lực Bài giải:

c Chän phần tử thủy lực: +/ Xilanh tải trọng

+/ Van servo +/ ¾c quy thđy lùc +/ Läc cao áp (lọc tinh) +/ Đồng hồ đo áp suất +/ Van tràn

+/ Bơm dầu (bơm bánh răng) +/ Van cản

d Phơng trình cân lực cụm xilanh tạo tải trọng

Ta viết phơng trình cân lực cụm pittông xét hành trình công tác (hành trình từ dới lên cđa pitt«ng)

Ft

vct

A1 Fmsp v

ck

d D

p1 p2

Q1 Q2

Fmst

Fmsc Fqt

A2

p1.A1 - p2.A2 - Ft - Fmsc - Fmsp - G - Fqt = (5.34)

p1: áp suất dầu buồng công tác

p2: áp suất buồng chạy không

A1: diện tích pittông buồng công tác

4 D A

2

π =

A2: diÖn tÝch pittông buồng chạy không ( )

4 d D A

2 2

− π =

Ft: tải trọng công tác Ft = 1000 (kN)

G: träng l−ỵng cđa khèi l−ỵng m, G = 300 (KG) Fmsp: lực ma sát pittông xilanh

Fmsc: lực ma sát cần pittông vòng chắn khít

Fmst: lực ma sát khối lợng m bạc trợt

Fqt: lc quỏn tớnh sinh giai đoạn pittông bắt đầu chuyển động

+/ Ta có lực ma sát pittông xilanh:

Fmsp = µ.N (5.35)

Trong đó:

à: hệ số ma sát Đối với cặp vật liệu xilanh thép vòng găng gang

à = (0,09 ữ 0,15), chọn = 0,1

N: lực vòng găng tác động lên xilanh đ−ợc tính:

N = π.D.b.(p2 + pk) + π.D.b.(z - 1).pk (5.36)

D: ®−êng kÝnh pittông (cm), theo dÃy giá trị đờng kính tiêu chuẩn ta chän D = 27 (cm)

b: bÒ réng mối vòng găng, chọn b = (cm)

p2: áp suất buồng mang cần pittông, chọn p2 = (KG/cm2)

z: số vòng găng, chọn z =

pk: áp suất tiếp xúc ban đầu vòng găng xilanh, pk = (0,7 ữ 0,14)

(KG/cm2), chän p

k = (KG/cm2)

.D.b.(p2 + pk): lực vòng găng

.D.b.(z - 1).pk: lực tiếp xúc vòng găng

⇒ Fmsp = 0,5.D (5.37)

+/ Lực ma sát cần pittông vòng chắn khít

Fmsc = 0,15.f.π.d.b.p (5.38)

f: hệ số ma sát cần vòng chắn, vật liệu làm cao su f = 0,5.D

d: đờng kính cần pittông, chọn d = 0,5.D

b: chiều dài tiếp xúc vòng chắn với cần, chän d = b

p: ¸p st t¸c dơng vào vòng chắn, áp suất p2 = (KG/cm2)

0,15: hệ số kể đến giảm áp suất theo chiều dài vòng chắn

⇒ Fmsc = 0,029.D2 (5.39)

Fmst = 2..d.l.k (5.40)

d: đờng kính trụ trợt l: chiều dài bạc trợt

k: hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu trụ bạc trợt

Lực bỏ qua, để bảo đảm chế độ lắp ghép làm việc +/ Lực quán tính

0 qt

t g

v G

F = (5.41)

g: gia tèc träng tr−êng, g = 9,81 (m/s2)

G: khối l−ợng phận chuyển động, G = 300 (KG)

v: vËn tèc lín nhÊt cđa cấu chấp hành, vmax = 320 (mm/ph) 5,3 (mm/s)

t0: thời gian độ pittông đến chế độ xác lập, t0 =(0,01 ữ 0,5)(s),

chän t0 = 0,1(s)

⇒ Fqt = 1,62 (KG)

Thay giá trị vừa tính vào (5.34) ta có: p1 = 179,56 (KG/cm

2

), chän p1 = 180 (KG/cm

)

e Phơng trình lu lợng +/ Xét hành trình công tác

Q1 = vct.Act (5.42)

⇔ Q1 = vct.D2

4

Q1: lu lơng cần cung cấp hành trình công tác

vct: tc chuyn ng hnh trỡnh cụng tỏc

(ở ta lấy giá trị vmax = 320mm/ph)

D: diện tích bề mặt làm việc pittông (D= 270 mm)

⇒ Q1≈ 18312480 (mm3/ph) ≈ 18,3 (l/ph)

+/ Xét hành trình lùi (tơng tự)

f Tính chọn thống số bơm +/ Lu lợng bơm: Qb

Ta có: Qb = Q (bá qua tæn thÊt)

⇔ Qb = Qct = Q1 =18,3 (l/ph)

+/ áp suất bơm: pb

pb = p0 =p1 = 180 (KG/cm2)

+/ Công suất bơm: (KW)

612 Q p

Nb = b b (5.43)

⇒ 5,38(KW)

612 , 18 180

Nb = ≈

Ta cã: N®c = b d b N η

η (5.44)

Nđc: cơng suất động điện

ηb: hiƯu suất bơm, b = (0,6 ữ 0,9), chọn b = 0,87

ηd: hiệu suất truyền động từ động qua bơm, chọn ηd = 0,985 (theo giáo

trình chi tiết máy tập Nguyễn Trọng Hiệp)

⇒ N®c = 6,24(KW)

87 , 985 , 38 ≈

g TÝnh toán ống dẫn

Ta có lu lợng chảy qua èng:

4 v d Q π

= (5.45)

Q: lu lợng chảy qua èng (l/ph) d: ®−êng kÝnh cđa èng (mm) v: vËn tèc ch¶y qua èng (m/s)

C.thøc (5.45) ⇔ ( )

v Q , d 60 10 Q d 10 3 = ⇒ = π − (5.46) Đối với ống nén v = (6 ữ m/s), chän v = m/s

⇒ 8,03(mm)

6 , 18 ,

dn = =

Đối với ống hút v = (0,5 ÷ 1,5 m/s), chän v = 1,5 m/s

⇒ 16,06(mm)

5 , , 18 ,

dh = =

§èi với ống xả v = (0,5 ữ 1,5 m/s), chän v = 1,5 m/s

⇒ 16,06(mm)

5 , , 18 ,

dx = =

Ví dụ 2: Để thực l−ợng chạy dao máy tổ hợp, tr−ờng hợp tải trọng không đổi, ng−ời ta dùng hệ thống thủy lực nh− sau

Sè liƯu cho tr−íc: Lùc ch¹y dao lớn nhất:

Fmax = 12000N

Lợng chạy dao nhá nhÊt: smin = vmin = 20 mm/ph

Lợng chạy dao lớn nhất: smax = vmax = 500 mm/ph

Đây hệ thống thủy lực điều chỉnh tiết l−u L−ợng dầu chảy qua hệ thống đ−ợc điều chỉnh van tiết l−u đặt đ−ờng ra, l−ợng dầu tối thiểu chảy qua van tiết l−u ta chọn Qmin = 0,1 l/ph

Tính toán thiết kế hệ thống

Ví dụ 3: Trong tr−ờng hợp tải trọng máy thay đổi, dao động với tần số thấp; cần phai lắp ổn tốc Ta xét tr−ờng hợp lắp ổn tốc đ−ờng vào hệ thống thủy lc

Các số liệu cho trớc: Tải trọng lớn nhất:

Fmax = 20000 N

Lợng chạy dao nhá nhÊt: smin = vmin = 20 mm/ph

L−ỵng ch¹y dao lín nhÊt:

smax = vmax = 1000 mm/ph

Trọng lợng bàn máy: G = 5000 N Hệ số ma sát:

f = 0,2

Lợng chạy dao cần thiết đợc điều chỉnh van tiết lu ổn tốc ta chọn lợng dầu nhỏ chảy qua van tiết lu là:

Qmin = 0,1 l/ph

Tính toán thiết kế hƯ thèng trªn

Ví dụ 4: Trên máy mài, th−ờng dùng hệ thống thủy lực để thực chuyển động thẳng bàn máy ph−ơng pháp điều chỉnh tiết l−u

C¸c sè liƯu cho tr−íc: T¶i träng lín nhÊt:

Fmax = 800 N

Vận tốc nhỏ bàn máy: vmin = 100 mm/ph

Vận tốc lớn bàn máy: vmax = 20000 mm/ph

Trọng lợng bàn máy: G = 3000 N HƯ sè ma s¸t:

f = 0,2

Ta chọn lợng dầu tối thiểu qua van tiết lu là: Qmin = 0,2 l/ph

Tính toán thiết kế hệ thống

Mômen lín nhÊt: M = 20 Nm

Sè vßng quay lín nhÊt: nmax = 500 v/ph

Sè vßng quay nhá nhÊt: nmin = v/ph

L−u l−ợng riêng động dầu: Qđ = 0,03 l/ph

PhÇn 2: hƯ thèng khÝ nÐn

Ch−¬ng 6: c¬ lý thut

6.1 Lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động khí nén

6.1.1 LÞch sử phát triển

Năng lợng khí nén đợc sử dụng máy móc thiết bị vào năm kỷ 19, cụ thể

+/ Năm 1880 sư dơng phanh b»ng khÝ nÐn +/

6.1.2 Khả ứng dụng khí nén a Trong lÜnh vùc ®iỊu khiĨn

+/ Vào thập niên 50 60 kỷ 20, thời gian phát triển mạnh mẽ giai đoạn tự động hóa q trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển khí nén đ−ợc phát triển rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực khác

+/ Hệ thống điều khiển khí nén đ−ợc sử dụng lĩnh vực nh−: thiết bị phun sơn, loại đồ gá kẹp chi tiết sử dụng lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử điều kiện vệ sinh mơi tr−ờng tốt an toàn cao

+/ Ngoài hệ thống điều khiển khí nén đ−ợc sử dụng dây chuyền rửa tự động, thiết bị vận chuyển kiểm tra thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất

b Hệ thống truyền động

+/ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: thiết bị, máy móc lĩnh vự khai thác đá, khai thác than, cơng trình xây dựng (xây dựng hầm mỏ, đ−ờng hầm, )

+/ Truyền động thẳng: vận dụng truyền động áp suất khí nén cho chuyển động thẳng dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, thiết bị đóng gói, loại máy gia công gỗ, thiết bị làm lạnh nh− hệ thống phanh hãm ôtô

+/ Truyền động quay: truyền động xilanh, động quay với cơng suất lớn l−ợng khí nén

6.2 −u điểm nh−ợc điểm hệ thống truyền động bằng khí nộn

6.2.1 Ưu điểm

+/ Cú khả truyền l−ợng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đ−ờng dẫn nhỏ

+/ Do khả chịu nén (đàn hồi) lớn khơng khí, nên trích chứa khí nén thuận lợi Vì có khả ứng dụng để thành lập trạm trích chứa khí nén

+/ Khơng khí dùng để nén, hầu nh− có số l−ợng khơng giới hạn thải ng−ợc trở lại bầu khí

+/ Hệ thống khí nén sẽ, có rị rỉ khơng khí nén hệ thống ống dẫn, khơng tồn mối đe dọa bị nhiễm bẩn

+/ Chi phí nhỏ để thiết lập hệ thống truyền động khí nén, phần lớn xí nghiệp, nhà máy có sẳn đ−ờng dẫn khí nén

+/ Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn đ−ợc đảm bảo, nên tính nguy hiểm q trình sử dụng hệ thống truyền động khí nén thấp

+/ Các thành phần vận hành hệ thống (cơ cấu dẫn động, van, ) có cấu tạo đơn giản giá thành khơng đắt

+/ Các van khí nén phù hợp cách lý t−ởng chức vận hành logic, đ−ợc sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp móc phc hp

6.2.2 Nhợc điểm

+/ Lc để truyền tải trọng đến cấu chấp hành thấp

+/ Khi tải trọng hệ thống thay đổi, vận tốc truyền thay đổi theo, khả đàn hồi khí nén lớn (Khơng thể thực đ−ợc chuyển động thẳng quay đều)

+/ Dòng khí thoát đờng dẫn gây nên tiếng ồn

6.3 nguyờn lý truyn ng

Cơ làm chuyển động thẳng quay Thế khí nén

6.4 s nguyờn lý truyn ng

Đ.Cơ R

R A

0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6

0.7

1.1 1.2

1.3

1.4 1.5

P A

P1 P2

R P

A A

R P

A B

Van khãa Bé phËn läc

Van lọc Bình chứa khí

Bơm

Đại lợng vào p, Q Phần tử đa

tín hiệu Phần tử xử lý

tín hiệu Phần tử điều

khiển Cơ cấu chấp

hành

Nguồn cung cấp khÝ nÐn P

Hình 6.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển phần tử

6.5 đơn vị đo đại l−ợng

6.5.1 áp suất

Đơn vị đo áp suất theo hệ đo lờng SI pascal

pascal áp suất phân bố lên bề mặt có diện tích m2 với lực tác dụng vng góc lên bề mặt N

1 Pa = N/m2

1 Pa = kgm/s2/m2 = kg/ms2

1 Pa = 10-6 Mpa

Ngồi ta cịn dùng đơn vị bar bar = 105 Pa

6.5.2 Lực

Đơn vị lực Newton (N)

1 N = kg.m/s2 6.5.3 Công suất

Đơn vị công suất Watt

1 Watt công suất thời gian giây sinh lợng Joule W = Nm/s

1 W = 2

Chơng 7: các phần tử khí nén điện khí nén

7.1 cấu chÊp hµnh

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi l−ợng khí nén thành l−ợng học Cơ cấu chấp hành thực chuyển động thẳng (xilanh) chuyển động quay (động khí nén)

ở trạng thái làm việc ổn định, khả truyền l−ợng có ph−ơng pháp tính tốn giống thủy lực

VÝ dơ:

Q p Flx

Ft

v A

C«ng suÊt: N = p.Q (khÝ nÐn) VËn tèc:

t

F N

v= (cơ cấu chấp hành)

Cụ thÓ:

⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧

=

+ = ⇒ + =

A Q v

A F F p F F A

p lx t lx t

Một số xilanh, động khí nén th−ờng gặp:

Xilanh tác dụng đơn (tác dụng chiều)

Xilanh t¸c dơng hai chiỊu (t¸c dơng kÐp)

Xilanh t¸c dơng hai chiỊu có cấu giảm chấn không điều chỉnh đợc

Xilanh tác dụng hai chiều có cấu giảm chấn điều chỉnh đợc

Động khí nÐn chiÒu, chiÒu

7.2 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng l−ợng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi h−ớng dịng l−ợng

7.2.1 Nguyên lý hoạt động van đảo chiều

KhÝ nÐn (2)

Th©n van

Nòng van (pittông điều khiển)

Lò xo Tín hiệu tác

ng (12)

Xả khí (3) Nối với nguån

khÝ nÐn (1)

Hình 7.1 Nguyên lý hoạt động van đảo chiều

Khi ch−a có tín hiệu tác động vào cửa (12), cửa (1) bị chặn cửa (2) nối với cửa (3)

Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) (khí nén), lúc nịng van dịch chuyển phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (3) bị chặn

Tr−ờng hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) đi, d−ới tạc dụng lực lị xo, nịng van trở vị trí ban đầu

7.2.2 Ký hiệu van đảo chiều

Chuyển đổi vị trí nịng van đ−ợc biểu diễn ô vuông liền với chữ 0, a, b, c, hay số 0, 1, 2,

a b a b

Vị trí “0” đ−ợc ký hiệu vị trí, mà van ch−a có tác động tín hiệu ngồi vào

Đối với van có vị trí, vị trí vị trí “0”, cịn van có vị trí, vị trí “0” a b, th−ờng vị trí b vị trí “0”

Cưa nèi van đợc ký hiệu nh sau: Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219

Cưa nèi víi ngn khÝ P

Cưa nèi lµm viƯc 2, 4, 6, A, B, C,

Cưa x¶ khÝ 3, 5, 7, R, S, T,

Bên ô vuông vị trí đ−ờng thẳng có hình mũi tên, biểu diễn h−ớng chuyển động dịng khí qua van Tr−ờng hợp dòng bị chặn, đ−ợc biểu diễn dấu gạch ngang

Cưa nèi víi cưa Cưa nèi víi cưa

5(S) cưa x¶ khÝ cã mèi nèi cho èng dÉn

4(B) 2(A)

Cöa nối điều khiển12(X)

3(R) cửa xả khí mèi nèi cho èng dÉn

1(P)

0 14(Y) cưa nèi ®iỊu khiĨn

Hình 7.2 Ký hiệu cửa van đảo chiều

Một số van đảo chiều th−ờng gặp:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

Hình 7.3 Các loại van đảo chiều

Van đảo chiều 3/2

Van đảo chiều 4/3

7.2.3 Các tín hiệu tác động

Nếu ký hiệu lị xo nằm phía bên phải ký hiệu van đảo chiều, van đảo chiều có vị trí “0” Điều có nghĩa chừng ch−a có tác dụng vào nịng van, lị xo tác động giữ vị trí

Tác đơng phía đối diện van, ví dụ: tín hiệu tác động cơ, khí nén hay điện giữ vng phía trái van đ−ợc ký hiệu “1”

Ký hiƯu nót Ên tổng quát Nút bấm

Tay gạt

Bn p

b Tín hiệu tác động

Đầu dò

C chn bng ln, tỏc ng hai chiều

Cữ chặn lăn, tác động chiều

Lß xo

Nút ấn có rãnh định vị

c Tín hiệu tác động khí nộn

Trực tiếp dòng khí nén vào

Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn

Trùc tiếp dòng khí nén vào với đờng kính đầu nòng van khác

Gián tiếp dòng khí nén vào qua van phụ trợ

Gián tiếp dòng khí nén qua van phụ trợ

∗

Trùc tiÕp

B»ng nam châm điện van phụ trợ

Tỏc ng theo cách h−ớng dẫn cụ thể

Hình 7.4 Các tín hiệu tác động 7.2.4 Van đảo chiều có vị trí "0"

Van đảo chiều có vị trí “0” loại van có tác động - lò xo lên nòng van

a Van đảo chiều 2/2: tín hiệu tác động - đầu dị Van có cửa P R, vị trí “0” “1” Vị trí “0” cửa P R bị chặn

P

R

Ký hiÖu

1

P R

Hình 7.5 Van đảo chiều 2/2

Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van đ−ợc chuyển đổi sang vị trí “1”, nh−

vậy cửa P R nối với Khi đầu dị khơng tác động nữa, van quay trở vị trí ban đầu (vị trí “0”) lực nén lị xo

b Van đảo chiều 3/2:

+/ Tín hiệu tác động - đầu dị Van có cửa P, A R, có vị trí “0” “1” Vị trí “0” cửa P bị chặn

Cửa A nối với cửa R, đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van đ−ợc chuyển sang vị trí “1”, nh− cửa P cửa A nối với nhau, cửa R bị chặn Khi đầu dị khơng tác động nữa, van quay vị trí ban đầu (vị trí “0”) lực nén lị xo

Ký hiƯu: 1 0

Cưa x¶ khÝ R

A

P

Hình 7.6 Kết cấu van đảo chiều 3/2

+/ Tín hiệu tác động tay - nút ấn

Ký hiÖu: 1 0

P R A

+/ Tín hiệu tác động nam châm điện qua van phụ trợ

A

R P

0

Cuộn dây

Lò xo

Lõi sắt (pittông trụ) Z

P1 Van phụ trợ

Van chÝnh

Nßng van P

A R Lỗ khoan Pittông phụ 12

Hỡnh 7.7 Ký hiu kết cấu van đảo chiều 3/2, tác động nam châm điện qua van phụ trợ

Tại vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với R Khi dịng điện vào cn dây, pittơng trụ bị kéo lên, khí nén theo h−ớng P1, 12 tác động lên pittông phụ, pittông phụ bị y

Khi dòng điện đi, pittông trụ bị lò xo kéo xuống khí nén phần pittông phụ theo cửa Z thoát ngoµi

c Van đảo chiều 4/2:

+/ Tín hiệu tác động tay - bàn đạp Ký hiệu:

P R

A

1

B

+/ Tín hiệu tác động trực tiếp nam châm điện Ký hiệu:

P R

A

1

B S

Tại vị trÝ “0” cưa P nèi víi cưa B, cưa A với R Khi có dòng điện vào cuộn dây, van chuyển sang vị trí 1, lúc cửa P nèi víi cưa A, cưa B nèi víi cưa R

d Van đảo chiều 5/2

+/ Tín hiệu tác động - đầu dò Ký hiệu:

S B

1

P R A

Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R cửa S bị chặn Khi đầu dò tác động, van chuyển sang vị trí “1”, lúc cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa S cửa R bị chặn

+/ Tín hiệu tác động khí nén

Z

S A

1

P R B Ký hiƯu:

Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R cửa S bị chặn Khi dịng khí nén Z tác động vào, van chuyển sang vị trí “1”, lúc cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa S cửa R bị chặn

7.2.5 Van đảo chiều khơng có vị trí "0"

Tín hiệu tác động lên nịng van là:

• Tác động tay, bàn đạp

• Tín hiệu tác động dịng khí nén điều khiển vào hay từ phía nịng van

• Tín hiệu tác động trực tiếp điện từ hay gián tiếp dịng khí nén qua van phụ trợ Loại van đ−ợc gọi van đảo chiều xung, vị trí van đ−ợc thay đổi có tín hiệu xung tác động lên nòng van

a Van đảo chiều 3/2

Tín hiệu tác động tay, đ−ợc ký hiệu:

Khi ë vÞ trÝ a, cửa P nối với cửa A cửa R bị chặn Vị trí b, cửa A nối với cửa R cửa P bị chặn

b Van xoay o chiều 4/3

Tín hiệu tác động tay, đ−ợc ký hiệu:

a b

R P

c b

a B A

P R

A

Nếu vị trí xoay nằm vị trí a, cửa P nối với cửa A cửa B nối với R Vị trí xoay nằm vị trí b, cửa nối A, B, P, R bị chặn Vị trí xoay nằm vị trí c, cửa P nối với B cửa A nối cửa R

c Van đảo chiều xung 4/2

Tín hiệu tác động dịng khí nén điều khiển từ phía nòng van Ký hiệu:

P R

A a b

B

Y X

Khi x¶ cưa X, nòng van dịch chuyển sang vị trí b, cưa P nèi víi víi cưa A vµ cưa B nèi víi cưa R

Khi cửa X ngừng xả khí, vị trí cửa nịng van nằm vị trí b có tín hiệu xả khí cửa Y

7.3 Van chỈn

+/ Van mét chiÒu +/ Van logic OR +/ Van logic AND +/ Van x¶ khÝ nhanh 7.3.1 Van mét chiÒu

Van mét chiÒu cã tác dụng cho lu lợng khí qua chiỊu Ký hiƯu:

A B

7.3.2 Van logic OR

Van logic OR có chức nhận tín hiệu điều khiển vị trí khác hƯ thèng ®iỊu khiĨn

P1

A

P2

Ký hiƯu:

Khi cã dßng khÝ nÐn qua cửa P1, đẩy pittông trụ van sang phải, chắn cửa P2

P1 nối với cửa A ngợc lại 7.3.3 Van logic AND

Van logic AND có chức nhận tín hiệu điều khiển lúc vị trí khác hƯ thèng ®iỊu khiĨn

P2

A P1

Ký hiƯu:

Khi dßng khÝ qua P1⇒ P1 bị chặn Ngợc lại dòng khí qua P2 P2 bị chỈn

Nếu dịng khí đồng thời qua P1, P2⇒ cửa A nhận đ−ợc tín hiệu ⇒ khí qua A 7.3.4 Van xả khí nhanh

Van x¶ khÝ nhanh thờng lắp vị trí gần cấu chấp hành (pittông), có nhiệm vụ xả khí nhanh

Ký hiÖu:

7.4 Van tiÕt l−u

Van tiết l−u dùng để điều chỉnh l−u l−ợng dòng khí 7.4.1 Van tiết l−u có tiết diện khơng thay đổi

R A

P

A B

7.4.2 Van tiết l−u có tiết diện thay đổi Ký hiệu:

A B

7.4.3 Van tiÕt l−u mét chiỊu Ký hiƯu:

A B

7.5 Van ®iỊu chØnh thêi gian

7.5.1 Rơle thời gian đóng chậm Ký hiệu:

A

R P

0

X

Van đảo chiều 3/2

Van tiÕt l−u mét chiÒu B×nh chøa

X A

t1

Khí nén qua van chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau tác động

lên nịng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A 7.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm

Ký hiÖu:

A

R P

0

X

Van đảo chiều 3/2

Van tiÕt l−u mét chiỊu B×nh chøa

X A

t1

Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo t−ơng tự nh− rơle thời gian đóng chậm, nh−ng van tiết l−u chiều có chiu ngc li

7.6 Van chân không

Van chân không cấu có nhiệm vụ hút giữ chi tiết lực chân không, chân không đợc tạo bơm chân không hay nguyên lý èng venturi

Ký hiÖu:

P R

) p p p ( p D

F a u

2

− = ∆ ∆ π =

Trong đó: F - lực hút chân khơng (N); D - đ−ờng kính a hỳt (m);

pa - áp suất không khí đktc (N/m2);

pu - áp suất chân không cửa U (N/m2)

Lực F phụ thuộc vào D pu

7.7 cảm biến tia

Cảm biến tia loại cảm biến không tiếp xúc, tức trình cảm biến tiếp xúc phận cảm biến chi tiết

Cảm biến tia có loại: cảm biến tia rẽ nhánh, cảm biến tia phản hồi cảm biến tia qua khe hở

7.7.1 Cảm biến tia rẽ nhánh

Cữ chặn

S

p

X

C¶m biÕn

p X

Ký hiƯu

¸p st ngn p, áp suất rẽ nhánh X khoảng cách S Nếu cữ chặn dòng khí thẳng (X=0) Nếu có cữ chặn dòng khí rẽ nhánh X (X=1) 7.7.2 C¶m biÕn b»ng tia ph¶n håi

Cữ chặn

Cảm biến

a

X

p

Ký hiÖu

X p

7.7.3 C¶m biÕn b»ng tia qua khe hë

Gồm hai phận: phận phát phận nhận, thờng phận phát phận nhận cã cïng ¸p suÊt p

Khi ch−a cã vËt ch¾n (X=0)

Ký hiƯu VËt ch¾n

Bé phËn ph¸t Bé phËn nhËn

X

p

p X

p

Ch−¬ng 8: hƯ thống điều khiển khí nén điện khí nén

8.1 hƯ thèng ®iỊu khiĨn khÝ nÐn

8.1.1 Biểu đồ trạng thái

+/ Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái phần tử mạch, mối liên phần tử trình tự chuyển mạch phần tử

+/ Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc quay, ), trục tọa độ nằm ngang biểu diễn b−ớc thực thời gian hành trình Hành trình làm việc đ−ợc chia thành b−ớc, thay đổi trạng thái b−ớc đ−ợc biểu diễn đ−ờng đậm, liên kết tín hiệu đ−ợc biểu diễn đ−ờng nét mảnh chiều tác động biểu diễn mũi tên

+/ Xilanh ®i ký hiƯu dÊu (+), lïi vỊ ký hiÖu (-)

+/ Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí “0” vị trí “1” (hoặc “a”, “b”) +/ Một số ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái:

p PhÇn tư tÝn hiƯu

tác động Phần tử áp suất

t PhÇn tư thêi gian Liªn kÕt OR

LiƯn kÕt AND Tín hiệu rẽ nhánh

8.1.2 Các phơng pháp điều khiển Bao gồm phơng pháp sau

+/ Điều khiển tay: điều khiển trực tiếp điều khiển gián tiếp +/ Điều khiển theo thời gian

+/ Điều khiển theo hành trình +/ Điều khiển theo tầng +/ Điều khiển theo nhịp

a Điều khiển b»ng tay

- + 1.0

1.2

P

0

A

R P

0

1.1

X

R A

Biểu đồ trạng thái

+/ §iỊu khiển gián tiếp

Trạng thái Ký hiệu Tên gọi VÞ trÝ

1 1.0 Xilanh mét

chiÒu

(+) (-)

1.2 Van đảo

chiÒu 3/2

1

1.1 Nót Ên 3/2

0

A

R P

0

A

R P

0

1.0 +

-

P

0

R A 1.2

Y

1.1

1.3 X

b §iỊu khiĨn theo thêi gian

Biu trng thỏi

Trạng thái Ký hiệu Tên gọi Vị trí

1 1.0 Xilanh mét

chiÒu

(+) (-)

1.3 Van đảo

chiỊu 3/2

1

1.2 Nót Ên 3/2

0

1.1 Nót Ên 3/2

0

Trạng thái Ký hiệu Tên gọi VÞ trÝ

1 1.0 Xilanh hai

chiÒu

(+) (-)

1.3 Van đảo

chiÒu 5/2

1 1.2 PhÇn tư thêi

gian

1

1.1 Nót Ên 3/2

0

A

R P

0

X A

R P

0

1.0 +

-P 1.3

Y R S

A B

1

1.2

t

X

Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động

1.0

Biu trng thỏi

Trạng thái

Ký hiệu Tên gọi Vị

trí 1.0 Xilanh hai

chiÒu

(+) (-)

1.4 Van đảo

chiÒu 5/2

1

1.3 PhÇn tư

thêi gian

1

1.2 PhÇn tư

thêi gian

1

1.1 Nót Ên 3/2

0 P X

1.4

Y R S

A B

1

A

R P

0 X

1.3 A

R P

0

X 1.2

A

R P

0

1.1

t t

c Điều khiển theo hành trình

Biu trng thỏi

Trạng thái

Ký hiệu Tên gọi Vị

trÝ 1.0 Xilanh hai

chiÒu

(+) (-)

1.4 Van đảo

chiều 5/2

1 1.3 Công tắc hành

trình 3/2

1 1.2 Công tắc hành

tr×nh 3/2

1

1.1 Nót Ên 3/2

0 A

R P

0

1.2

1.0

P X

1.4

Y R S

A B

1

A

R P

0

1.3

A

R P

0

1.1

d Điều khiển theo tầng

+/ Mạch điều khiển tầng

e1, e2 tín hiệu điều khiển vào

a1, a2 tín hiệu điều khiển

Khi tầng I có khí nén, tầng II khí II

I

e2

e1

a2

a1

Tầng

nén ngợc lại

+/ Mạch điều khiển tầng

e1, e2, e3 tín hiệu điều khiển vào

a1, a2, a3 tín hiệu điều khiển

Khi tầng I có khí tầng II III không

có khí, nghĩa tầng có khí tầng lại

Tầng

a1 a2

e1 e4

I II III

a3

e2

IV

e3

a4

TÇng

a1 a2

e1 e3

I II

e2

a3

III

kh«ng cã khÝ

VÝ dụ:

Biu trng thỏi

Trạng thái Tên gọi Vị trí

Xilanh A (+)

(-)

Xilanh B (+)

(-)

A S1 S2

P 1.2

1

1.1 S0

0

0

S3

0

B

P 1.3

1

0

S4

0 S1

S4

S3

S1

S2

S2

S4

e §iỊu khiĨn theo nhÞp

OR

Yn

1.1

On

1

Yn+1

A 1.2

AND

Xn

P Zn

L

P Zn+1

L M¹ch logic cđa chi ®iỊu khiĨn theo nhÞp

S R S R

&

A2

S R

&

A3

S R

& X4 A4

& X3 X2

A1 Zn

Yn

X1

Yn+1 Zn+1

Biểu diễn đơn giản chuổi điều khiển theo nhịp

4

1

L P Yn

L P Yn+1

A4

A3

A2

A1

X4

X3

X2

X1

VÝ dô:

Biểu trng thỏi

Trạng thái Tên gọi Vị trí

Xilanh A (+)

(-)

Xilanh B (+)

(-)

X1 X2 X3 X4

A1 A2 A3 A4

Yn+1

P Zn+1

L Yn

P Zn

L

1

A S1 S2

P

B

P

0

0

0

0

0

0

0

S4

S3

S1

S2

S4

8.2 hƯ thèng ®iỊu khiển điện khí nén

8.2.1 Các phần tử điện a Công tắc

4

3

2

1

Công tắc chuyển mạch Cơng tắc đóng - mở

b Nót Ên

3 2

1

4

Nút ấn đóng - mở Nút ấn chuyển mch

c Rơle

+/ Rơle điều khiển

A2

A1

2

4 K

+/ Rơle thời gian tác động muộn A1

4

2 A2

K

+/ Rơle thời gian nhả muộn

d Công tắc hành trình

1

2

4 B1

A2

KB2

2 S

1

8.2.2 Mạch điều khiển khí nén

a Mạch điều khiển có tiếp điểm tự trì

+/ Mạch khí nén

+/ Biểu đồ trạng thái

-+

P 1.1

R S

A B

1

Y5 b

B A

1.0

+/ Mạch điện điều khiển

Trạng thái Tên gọi Vị trÝ

Xilanh

1.0

(+) (-)

3

2

(+)

A1

K2

Xilanh lïi vỊ Xilanh ®i tíi

A2H3

(-) Y5

K2

Tiếp điểm tự trì K2

S1

b Mạch điều khiển có rơle thời gian tác động chậm

+/ M¹ch khÝ nÐn

+/ Biểu đồ trạng thái

-+

P 1.1

R S

A B

1

Y6 b

B

S2

A 1.0

Trạng thái Tên gọi Vị trÝ

Xilanh 1.0

(+) (-) Van ®/k

5/2

1 Ctắc hành

trình S2

1 R¬le thêi

gian K2

1

t +/ Mạch điện điều khiển

Y6

K4

A1

K2

S2

H3

A2

Xilanh ®i tíi Xilanh lïi vỊ

K2

S4 K4

A2

A1

H5

K4

(+)

(-)

c M¹ch ®iỊu khiĨn theo nhÞp cã xilanh khÝ nÐn

S1 S2

Y1 Y2

S1 S2

Xilanh A+ B+ B- A- KT

Công tắc hành trình S5 S2 S4 S3 S1

Nam châm điện Y1 Y2 0

Mạch điện điều khiển

K1

S5

(-) (+)

Y1

S2 K

2

SET quy trình trở vị trí

ban đầu

K3

K2

Y2

K5

K4

K3

K2

SET

K4

K1

S1

K4

K4

K3

S3

S4

K1

K5

Tài liệu tham khảo

[1] HƯ thèng ®iỊu khiĨn b»ng thđy lùc - Ngun Ngọc Phơng, Huỳnh Nguyễn Hoàng, nhà XBGD, 2000

[2] Truyền động dầu ép máy cắt kim loại - Nguyễn Ngọc Cẩn, ĐHBK HN, 1974

[3] Điều khiển khí nén tự động hóa kỹ nghệ - Nguyễn Thành Trí biên dịch, nhà xuất Đà Nẵng

[4] Hệ thống điều khiển tự động thủy lực - Trần Xuân Tùy, nhà XBKH KT, HN 2002

[5] HƯ thèng ®iỊu khiĨn b»ng khÝ nÐn - Nguyễn Ngọc Phơng, nhà XBGD, 1999 [6] Herbert E.Merritt, Hydraulic control systems, Printed in USA, 1967

[7] Claude Ducos OlÐo - Hydraulique Technique et documentation, Lavoisier, Paris 1988

[8] M.Guillon, Hydraulic servo systems analysis and design, London, Butterworths, 1969