Chơng 4:ĐiềuchỉnhvàổnđịnhvậntốcĐiềuchỉnhvậntốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực bằng cách thay đổi lu lợng dầu chảy qua nó với hai phơng pháp sau: +/ Thay đổi sức cản trên đờng dẫn dầu bằng van tiết lu. Phơng pháp điềuchỉnh này gọi là điềuchỉnh bằng tiết lu. +/ Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu, tức là điềuchỉnh lu lợng của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực. Phơng pháp điềuchỉnh này gọi là điềuchỉnh bằng thể tích. Lựa chọn phơng pháp điềuchỉnhvậntốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tính của bơm dầu, . Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống dầu ép, ngời ta dùng phơng pháp điềuchỉnhvậntốc bằng thể tích. Loại điềuchỉnh này đợc thực hiện bằng cách chỉ đa vào hệ thống dầu ép lu lợng dầu cần thiết để đảm bảo một vậntốc nhất định. Do đó, nếu nh không tính đến tổn thất thể tích và cơ khí thì toàn bộ năng lợng do bơm dầu tạo nên đều biến thành công có ích. 4.1. Điềuchỉnh bằng tiết lu Do kết cấu đơn giản nên loại điềuchỉnh này đợc dùng nhiều nhất trong các hệ thống thủy lực của máy công cụ để điềuchỉnhvậntốc của chuyển động thẳng cũng nh chuyển động quay. Ta có: p.c.A.Q x à= Khi A x thay đổi thay đổi p thay đổi Q v thay đổi. ở loại điềuchỉnh này bơm dầu có lu lợng không đổi, và với việc thay đổi tiết diện chảy của van tiết lu, làm thay đổi hiệu áp của dầu, do đó thay đổi lu lợng dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vậntốc nhất định. Lợng dầu thừa không thực hiện công có ích nào cả và nó đợc đa về bể dầu. Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lu trong hệ thống, ta có hai loại điềuchỉnh bằng tiết lu sau: +/ Điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng vào. +/ Điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng ra. 4.1.1. Điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng vào Hình 4.1 là sơ đồ điềuchỉnhvậntốc bằng tiết lu ở đờng vào. Van tiết lu (0.4) đặt ở đờng vào của xilanh (1.0). Đờng ra của xilanh đợc dẫn về bể dầu qua van cản (0.5). Nhờ van tiết lu (0.4), ta có thể điềuchỉnh hiệu áp giữa hai đầu van tiết lu, tức là điềuchỉnh đợc lu lợng chảy qua van tiết lu vào xilanh, do đó làm thay đổi vậntốc của pittông. Lợng dầu thừa chảy qua van tràn (0.2) về bể dầu. 68 Van cản (0.5) dùng để tạo nên một áp nhất định (khoảng 3ữ8bar) trong buồng bên phải của xilanh (1.0), đảm bảo pittông chuyển động êm, ngoài ra van cản (0.5) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trọng thay đổi ngột. Nếu nh tải trọng tác dụng lên pittông là F và lực ma sát giữa pittông và xilanh là F ms , thì phơng trình cân bằng lực của pittông là: p 1 .A 1 - p 2 .A 2 - F L - F ms = 0 p 1 = 1 msL 1 2 2 A FF A A .p + + (4.1) Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lu: p = p 0 - p 1 (4.2) Trong đó: p 0 là áp suất do bơm dầu tạo nên, đợc điềuchỉnh bằng van tràn (0.2). Phơng trình lu lợng: Q qua van tiết lu cũng là Q qua xilanh (bỏ qua rò dầu) p.c.A.v.AQ x1 à== (4.3) Qua đây ta thấy: khi F L thay đổi p 1 thay đổi p thay đổi Q thay đổi v không ổn định. 0.1 1.0 1.1 0.2 0.3 p 0 P T A B 0.5 0.4 A x p 2 p 1 F L v A 2 A 1 Hình 4.1. Sơ đồ mạch thủy lực điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng vào 4.1.2. Điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng ra 0.2 0.1 1.0 1.1 0.3 p 0 P T A B 0.4 A x Q 1 Q 2 p 3 0 p 1 p 2 F L vA 2 A 1 Hình 4.2. Sơ đồ mạch thủy lực điềuchỉnh bằng tiết lu ở đờng ra 69 Hình 4.2 là sơ đồ điềuchỉnhvậntốc bằng tiết lu ở đờng ra. Van tiết lu đảm nhiệm luôn chức năng của van cản là tạo nên một áp suất nhất định ở đờng ra của xilanh. Trong trờng hợp này, áp suất ở buồng trái xilanh bằng áp suất của bơm, tức là p 1 =p 0 . Phơng trình cân bằng tĩnh là: p 0 .A 1 - p 2 .A 2 - F L - F ms = 0 (4.4) Vì cửa van của tiết lu nối liền với bể dầu, nên hiệu áp của van tiết lu: p = p 2 - p 3 = p 2 p = p 2 = 2 msL 2 1 0 A FF A A .p + (4.5) 2 x22 pc.A.A.vQ à== (4.6) Ta cũng thấy: F L thay đổi p 2 thay đổi Q 2 thay đổi và v thay đổi. Cả hai điềuchỉnh bằng tiết lu có u điểm chính là kết cấu đơn giản, nhng cả hai cũng có nhợc điểm là không đảm bảo vậntốc của cơ cấu chấp hành ở một giá trị nhất định, khi tải trọng thay đổi. Thờng ngời ta dùng hai loại điềuchỉnh này trong những hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hoặc trong hệ thống không yêu cầu có vậntốc không đổi. Nhợc điểm khác của hệ thống điềuchỉnh bằng tiết lu là một phần năng lợng không dùng biến thành nhiệt trong quá trình tiết lu, nhiệt lợng ấy làm giảm độ nhớt của dầu, có khả năng làm tăng lợng dầu rò, ảnh hởng đến sự ổnđịnhvậntốc của cơ cấu chấp hành. Vì những lý do đó, điềuchỉnh bằng tiết lu thờng dùng trong những hệ thống thủy lực có công suất nhỏ, thờng không quá 3ữ3,5 kw. Hiệu suất của hệ thống điềuchỉnh này khoảng 0,65ữ0,67. 4.2. Điềuchỉnh bằng thể tích Để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hệu suất của hệ thống thủy lực, ngời ta dùng phơng pháp điềuchỉnhvậntốc bằng thể tích. Loại điềuchỉnh này đợc thực hiện bằng cách chỉ đa vào hệ thống thủy lực lu lợng dầu cần thiết để đảm bảo một vậntốc nhất định. Lu lợng dầu có thể thay đổi với việc dùng bơm dầu pittông hoặc cánh gạt điềuchỉnh lu lợng. Đặc điểm của hệ thống điềuchỉnhvậntốc bằng thể tích là khi tải trọng không đổi, công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ với lu lợng của bơm. Vì thế, loại điềuchỉnh này đợc dùng rộng rãi trong các máy cần thiết một công suất lớn khi khởi động, tức là cần thiết lực kéo hoặc mômen xoắn lớn. Ngoài ra nó cũng đ ợc dùng rộng rãi trong những hệ thống thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay khi vậntốc giảm, công suất cần thiết cũng giảm. 70 Tóm lại: u điểm của phơng pháp điềuchỉnh bằng thể tích là đảm bảo hiệu suất truyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nhng bơm dầu điềuchỉnh lu lợng có kết cấu phức tạp, chế tạo đắt hơn là bơm dầu có lu lợng không đổi. e Q F L v Hình 4.3. Sơ đồ thủy lực điềuchỉnh bằng thể tích Thay đổi Q bằng cách thay đổi q b của bơm Q b = q b .n Trên hình 4.3 ta thấy: Thay đổi độ lệch tâm e (xê dịch vòng trợt) q b sẽ thay đổi Q b thay đổi. 4.3. ổnđịnhvậntốc Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệ thống điềuchỉnh đơn giản nh đã trình bày ở trên không thể đảm bảo đợc, vì nó không khắc phục đợc những nguyên nhân gây ra sự không ổnđịnh chuyển động, nh tải trọng không thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng nh sự thay đổi nhiệt độ của dầu. Ngoài những nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc không ổnđịnh còn do những thiếu sót về kết cấu (nh các cơ cấu điều khiển chế tạo không chính xác, lắp ráp không thích hợp, ). Do đó, muốn cho vậntốc đợc ổn định, duy trì đợc trị số đã điềuchỉnh thì trong các hệ thống điềuchỉnhvậntốc kể trên cần lắp thêm một bộ phận, thiết bị để loại trừ ảnh hởng của các nguyên nhân làm mất ổnđịnhvận tốc. Ta xét một số phơng pháp thờng dùng để ổnđịnhvậntốc của cơ cấu chấp hành. 71 Để giảm ảnh hởng thay đổi tải trọng, phơng pháp đơn giản và phổ biến nhất là dùng bộ ổnđịnhvậntốc (gọi tắt là bộ ổn tốc). Bộ ổntốc có thể dùng trong hệ thống điềuchỉnhvậntốc bằng tiết lu, hay ở hệ thống điềuchỉnh bằng thể tích và nó có thể ở đờng vào hoặc đờng ra của cơ cấu chấp hành. (Nh ta đã biết lắp ở đờng ra đợc dùng rộng rãi hơn). 4.3.1. Bộ ổntốc lắp trên đờng vào của cơ cấu chấp hành p 0 p 3 p 2 p 1 A 1 A 2 F L F lx v 0 F L F L B A B p 0 A p 3 p 1 L(p 2 +p ms ) v p p v Hình 4.4. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổntốc trên đờng vào Tạivan giảm áp ta có: 0F 4 D. .p 4 D. .p lx 2 1 2 3 = (4.7) 2 lx13 D. 4 .Fppp == hiệu áp qua van tiết lu. (4.8) mà p. A A c A Q v 1 x 1 à == = const (4.9) Giải thích: giả sử F L p 1 pittông van giảm áp sang trái cửa ra của van giảm áp mở rộng p 3 để dẫn đến p = const. Trên đồ thị: p 1 p 2 + p ms (p ms = 1 ms A F ) (4.10) +/ Khi p 1 p 3 p = const v = const. 72 +/ Khi p 3 = p 0 , tức là cửa ra của van mở hết cở (tại A trên đồ thị), nếu tiếp tục F L p 1 mà p 3 = p 1 không tăng nữa p = p 3 - p 1 (p 3 = p 0 ) v và đến khi p 1 = p 3 = p 0 p = 0 v = 0. 4.3.2. Bộ ổntốc lắp trên đờng ra của cơ cấu chấp hành p 0 F lx F L F L p 0 =p 1 A B P ms v 0 v p 3 p 2 p 4 0 p 3 B A p 1 = p 0 p A 1 A 2 F L v Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổntốc trên đờng ra +/ Tạivan giảm áp ta có: 0F 4 D. .p lx 2 3 = (4.11) const D. 4 .F0pp 2 lx3 = == . (4.12) +/ Giả sử: F L p 2 p 3 pittông van giảm áp sang phải cửa ra mở rộng p 3 để p = const. Trên đồ thị: Khi F L = 0 p 2 = p 0 - p ms v = v 0 . Khi F L p 2 van giảm áp duy trì p 3 để p = const v = const. Nếu tiếp tục F L p 2 = p 3 (tại A trên đồ thị), nếu tăng nữa p 2 = p 3 = 0 p = 0 v = 0. 4.3.3. ổnđịnhtốc độ khi điềuchỉnh bằng thể tích kết hợp với tiết lu ở đờng vào Lu lợng của bơm đợc điềuchỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm e. Khi làm việc, stato của bơm có xu hớng di động sang trái do tác dụng của áp suất dầu ở buồng nén gây nên. 73 p 1 p 2 p 0 e Stato (vòng trợt) Rôto Buồng hút Buồng nén F lx Pittông điềuchỉnh F 2 F 1 A 2 v F L A 1 Hình 4.6. ổnđịnhtốc độ khi điềuchỉnh bằng thể tích kết hợp với tiết lu ở đờng vào Ta có phơng trình cân bằng lực của stato (bỏ qua ma sát): F lx + p 1 .F 1 - p 0 .F 2 - k.p 0 = 0 (k: hệ số điềuchỉnh bơm) (4.13) Nếu ta lấy hiệu tiết diện F 1 - F 2 = k F 1 = F 2 + k (4.13) F lx + p 1 .(F 2 + k) - p 0 .F 2 - k.p 0 = 0 F lx = F 2 .(p 0 - p 1 ) + k.(p 0 - p 1 ) F lx = (F 2 + k).(p 0 - p 1 ) p 0 - p 1 = 1 lx 2 lx F F kF F = + (4.14) Ta có lu lợng qua van tiết lu: p.c.A.Q x à= (4.15) 10 ppp = = 1 lx 2 lx F F kF F = + (4.16) 74 p.c.A. F F .c.A.Q x 1 lx x à=à= (4.17) Từ công thức (4.17) ta thấy: Lu lợng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc trng bằng p 1 , p 0 ). Giả sử: F L p 1 pittông điềuchỉnh sẽ đẩy stato của bơm sang phải e p 0 p = p 0 - p 1 = const. 75 . phơng pháp đơn giản và phổ biến nhất là dùng bộ ổn định vận tốc (gọi tắt là bộ ổn tốc) . Bộ ổn tốc có thể dùng trong hệ thống điều chỉnh vận tốc bằng tiết lu,. Chơng 4: Điều chỉnh và ổn định vận tốc Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu