Yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất đối với một nguồn áp suất là: thõa mãn các yêu cầu lưu lương biến động của truyền lực mà không làm áp suất nguồn không biến động quá mức cho phép. Yêu cầu kinh tế quan trọng nhất là: nguồn áp suất không được quá đắt và hao tổn riêng phải được giữở giá trị
nhỏ, bằng cách bơm chỉ cung cấp đủ lưu lượng mà các truyền lực yêu cầu. Trên hình 2.3 giới thiệu các phương án cơ bản của nguồn áp suất.
Việc làm thích ứng lưu lượng QPQ với lưu lượng yêu cầu được thực hiện trên tất cả các nguồn áp suất trong một mạch điều chỉnh phụ thuộc vào áp suất bằng phương thức khác nhau:
- Điều chỉnh hành trình 0 nhờ bơm điều chỉnh được;
- Sử dụng bơm ngắt qua một van phân phối đóng ngắt phụ thuộc áp suất - Sử dụng động cơ truyền lực điều chỉnh được tần số quay;
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 33
Hình 2.3 Các phương án cơ bản của nguồn áp suất
a) Điều chỉnh hành trình 0; b) Bơm ngắt mạch; c) điều khiển tốc độ quay
động cơ, d) Sử dụng van giới hạn áp suất •Điều chỉnh hành trình 0
Trên hình 2.3a là một điều chỉnh hành trình 0 tác động trực tiếp vào phần tửđịnh vị của bơm điều chỉnh được. Từ một giá trị được điều chỉnh nhờ
sức căng lò xo ban đầu thể tích choán chỗ giảm và do đó lưu lượng cung cấp giảm khi áp suất nguồn tăng. Do quá trình này diễn ra trong một mạch điều chỉnh nên sự giảm lưu lượng thực hiện bởi áp suất pDQ tăng sẽ tác động ngược lại áp suất pDQ sao cho nó lại giảm xuống. Nhiễu của mạch điều chỉnh xuất hiện do các truyền lực. Nếu do mắc thêm một truyền lực mà nguồn lưu luonjg tổng yêu cầu ΣQAK lớn hơn lưu lượng cung cấp hiện tại từ bơm áp suất sẽ
giảm xuống. Áp lực sẽ nhỏ hơn lực lò xo, phần tửđịnh vị sẽ làm tăng thể tích choán chỗ và QDQ sẽ tăng đến giá trị yêu cầu: QDQ= ΣQAK.
Trên hình 2.4 trình bày các quan hệ trong điều chỉnh hành chình 0. Bơm dầu với thiết bịđịnh vị là một hệ thống khối lượng – lò xo có đường đặc tính tĩnh phi tuyến QDQ=f(pDQ).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 34
Hình 2.4. Phương thức hoạt động của điều chỉnh hành trình 0 định vị trực tiếp
a, Sơ đồ khối định tính; b, đặc tính bơm riêng; c, đặc tính bơm với tải có tổng lưu lượng ΣQAK
Độ nhạy của bơm có bộ định vị càng lớn khi độ lệch pDQ0 – pEB càng nhỏ. Độ nhạy của lò xo, diện tích đáy piston định vị và cấu trúc của bơm sẽ
quyết định độ nhạy của bơm.
Đường đặc tính trên hình 2.4b có thể biểu diễn dạng hàm số như sau: max 0 0 DQ DQ DQ p EB DQ p p Q Q p p − = − khi pEB≤ pDQ≤pDQ0 với pEB= 0 st F A Trong trạng thái dừng QDQ= ΣQAK và đặc tính điều chỉnh là đặc tính nghịch đảo của bơm. Nguyên lý điều chỉnh này thực hiện được yêu cầu hao tổn riêng nhỏ do bơm dầu nhờ điều chỉnh mà chỉ cung cấp theo yêu cầu của mạch. Bởi vì các truyền lực chịu tác động của các lực hoạt động, có thể đẩy ngược lưu lượng vào mạch nên cần có điều khiển qua 0 cho bơm chức năng
điều chỉnh vẫn được giữ lại cả ở góc phần tử kế tiếp. Đường đặc tính không dừng lại ở trục tọa độ mà cắt qua. Bơm được hoạt động như động cơ và làm quay động cơ truyền lực, năng lượng tạo ra có thể cấp ngược lại lưới điện.
Điều chỉnh hành trình 0 có thể làm việc với tích áp hoặc không có tính áp, khi sử dụng tích áp sẽ có hai ưu điểm cơ bản:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 35
- Không có tích áp bơm phải định cỡ theo cầu lưu lượng cực đại. Có tích áp có thểđịnh cơ bản theo yêu cầu lưu lượng trung bình, yêu cầu cực đại sẽ do tích áp đảm nhận.
- Từ sơ đồ điều chỉnh có thể thấy rằng thay đổi nhanh yêu cầu lưu lượng của truyền lực ΣQM khi dung tích của tích áp Chges lớn sẽ chỉ dẫn đến tốc độ thay đổi áp suất dPDQ/dt nhỏ. Phần tửđịnh vị tác động chậm có thể thực hiện thay đổi chậm áp suất tốt hơn và làm thích ứng dòng cung cấp từ bơm với như cầu thay đổi mà không làm xuất hiện đỉnh áp suất. Tích áp còn làm cho chuyển động định vị trở nên chậm hơn.
Nhờ mắc bộ chia áp suất định cỡ hợp lý hoặc điều chỉnh vị trí của piston điều khiển mà đường đặc tính QDQ= f(pDQ) dốc hơn còn đặc tính điều chỉnh pDQ=f(ΣQAK) phẳng hơn. Trên hình 2.5a giới thiệu một sơ đồđiều chỉnh không có thể thiết kế cho các thiết bị chứa. Mạch gồm có nguồn áp suất, một tích áp, một van giới hạn áp suất một van khác và bộ lọc với van trả về trên
đường dầu về thùng van giới hạn áp suất cũng là van an toàn của thiết bị và do đó được điều chỉnh áp suất cao hơn áp suất nguồn cực đại. Van trả về măc trên đường dầu vềđảm bảo khi thiết bị không hoạt động thì chất lỏng vẫn lưu lại đường ống và tất cả các truyền lực. Bình lọc mắc trên đường về có ưu
điểm là tránh được các vấn đề xảy ra khi hút dầu. Các yêu cầu cao về chất lượng đường đặc tính được thực hiện nhờ một đầu đo áp suất, được thiết kế
như là một bộ chênh áp suất để tạo ra một đường đặc tính chạy không có dạng như trên hình 2.5b. Do ΣpDF >> pDQ0-pEB vùng điều chỉnh bơm từ Qpmax về
0 trở nên rất nhỏ, nhờ đó đạt được một đặc tính phẳng theo yêu cầu pDQ=f(ΣQAK).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 36
Hình 2.5. Điều chỉnh không nhờ đầu đo áp suất
a, mạch; b, đặc tính của đầu đo áp suất; c, quá trình thay đổi và lưu lượng (đặc tính Trong bộ phận định vị có thể đặt lò xo tương đối cứng và sức căng ban
đầu nhỏ đề giảm đến loại bỏ tác động cản các lực bên trong bơm so với các lực định vị. Cũng có thể quan niệm rằng, đầu đo áp suất và bộ phận định vị là một hệ thống là xo – khối lượng có quá trình chuyển tiếp ít giảm chấn trong mạch điều chỉnh. Trên hình 2.5c giới thiệu các quá trình chuyển tiếp QDQ(t) và pDQ(t) theo sự thay đổi lưu lượng yêu cầu ΣQAK đã cho.
Trong mạch điều chỉnh 0 có thể thay đổi đầu đo áp suất bằng một van liên tục điều khiển điện. Bộ điều chỉnh khi đó trở thành điều khiển điện (analog hoặc digital), tín hiệu áp suất được đưa đến từ một sensor áp suất. Bộ điều chỉnh trở nên linh động hơn và có thể xử lý tín hiệu mở rộng hơn, đặc biệt là cần xử lý khi giá trị áp suất cần thiết thay đổi.
- Bơm ngắt mạch
Bơm ngắt mạch cũng có các giá trị đặc trưng kinh tế thuận lợi tương tự
trong mạch điều chỉnh hai điểm tiêu biểu này sử dụng van phân phối 2/2 với hai tín hiệu ngắt áp suất trong một mạch logic đơn giản. Thời gian giữa các
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 37
quá trình chuyển mạch càng lớn và tải trọng của các phần tử càng nhỏ khi dung tích của hệ thống ống dẫn và tích áp càng lớn do đó mạch nguồn áp suất dạng này luôn được trang bị tích áp. Trên hình 2.6a giới thiệu một mạch sử
dụng bơm ngắt. Van giới hạn áp suất van khóa, van trả về và bình lọc cũng có chức năng như trong mạch trên hình 2.5a. Bơm được đóng ngắt theo trạng thái mạch để cung cấp cho phụ tải và cung cấp không áp suất về thùng. Mạch bơm ngắt có đặc điểm là khác với các nguồn áp suất cung cấp một lưu lượng trung bình nó cung cấp lưu lượng đã lớn theo yêu cầu của phụ tải. Việc đóng ngắt được thực hiện nhờ bộ ngắt áp suất có khoảng trễ điều chỉnh được. Các giá trị áp suất pDS0, pDSH là các giá trị mạch trên hoặc dưới. Nếu pDQ đạt được giá trị trên thì bơm được chuyển sang mạch không áp về thùng khi áp suất pDQ(t) giảm đến pDSH thì bơm lại được chuyển sang mạch làm việc.
Hình 2.6. Bơm ngắt
a, mạch; b, quá trình lưu lượng và áp suất khi mắc tích áp nhỏ (trên) và tích áp lớn (dưới)
Nếu bơm được định cỡ đúng áp suất pDQ(t) sẽ đạt được giá trị pDS0 sau một thời gian tương ứng và lại ngắt. Khi lưu lượng yêu cầu còn nhỏ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 38
xuống dưới pDSH nếu điều kiện này từng lúc không được đảm bảo. Để
tránh giảm áp suất quá mức giới hạn cần phải tính toán tương ứng ngay trong giai đoạn thiết kế.
Đối với yêu cầu tương đối cao về áp suất không đổi, các giá trị
pDS0 cần phải gần nhau. Để giữ tần số mạch không quá cao cần sử dụng tích áp có dung tích lớn. Cần lưu ý rằng, để đạt được hiệu suất thể tích lớn cần nguồn áp suất có thể tích cấu trúc tương đối lớn và tính chất điều chỉnh hai điểm có thể dẫn đến biến động áp suất lớn.
- Bơm có thể tích choán chỗ không đổi, điều chỉnh được tần số quay Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật truyền lực điện đã cho khả
năng sử dụng ngày càng nhiều các động cơ điện thay đổi được tần số
quay để truyền chuyển động cho các bơm không thay đổi được thể tích choán chỗ. Trên hình 2.7 giới thiệu một mạch điều chỉnh tần số quay có tính chất động lực học tương ứng ổn định.
Hình 2.7 Nguồn áp suất sử dụng bơm có thể tích choán chỗ không đổi, điều chỉnh được tần số quay
a, mạch; b, sơđồ khối M- động cơ; TG- Tachomet ĐC Sensor áp suất Un cần Điều chỉnh áp suất Điều chỉnh n và chuyển đồi Up cần Sensor áp suất Điều chỉnh suất Điều chỉnh n và chuyển đổi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 39
- Bơm có thể tích choán chỗ không đổi sử dụng van giới hạn áp suất Nguồn áp suất dạng này biểu diễn trên hình 2.3d có yêu cầu kỹ thuật
đơn giản, chắc chắn. Khả năng thay đổi QDQ thực hiện bằng cách dẫn lưu lượng không cần thiết Qp≈ const của bơm qua van giới hạn áp suất (QVD).