Cấu trúc mạch cơ bản

Việc cung cấp dầu thủy lực từ một nguồn áp suất có sự thay đổi áp suất cần thiết phụ thuộc tải trọng (LS-System) có nhiệm vụ giữ cho hao tổn tiết lưu trong giới hạn khi điều khiển sức cản bằng van điều khiển liên tục, bằng cách thiết kế nguồn áp suất theo áp suất tải cực đại có thể. Hệ thống LS được sử

dụng phổ biến trên các thiết bị di động (Máy xúc, máy cẩu, máy nông nghiệp,…) Ưu điểm của các hệ thống LS là một nguồn áp suất có thể xử lý các tín hiệu tải trọng để cung cấp cho nhiều bộ truyền lực.

Nguyên lý cơ bản của LS là: nguồn áp suất cung cấp cho các phụ tải lưu lượng theo yêu cầu tại một mức áp suất cho trước theo phụ tải ( áp suất hiện tại cao nhất trong các áp suất tối thiểu yêu cầu của các phụ tải).

Để làm rõ nguyên lý tác động có thể trở lại cấu trúc mạch sử dụng nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết không đổi. Chuyển động của phụ tải trong hệ thống này được tác động nhờ van điều khiển liên tục. Do đó biến

động tải trọng không dẫn đến biến động vận tốc quá giới hạn nên các truyền lực được điều chỉnh lưu lượng hay vận tốc. Nhược điểm chính của hệ thống này là giá trị cần thiết của nguồn áp suất cần được điều chỉnh đến một áp suất tải mong muốn cao nhất có quan hệ với một độ chênh áp cần thiết cho van

điều khiển. Trong điều khiển của van xuất hiện độ giảm áp suất lớn dẫn đến hao tổn tiết lưu cao khi truyền công suất.

Trên hệ thống LS nguồn áp suất được thay đổi như sau: trước hết giá trị

áp suất cần thiết được điều chỉnh đến một giá trị yêu cầu thấp hơn để tạo ra chênh áp điều khiển và điều chỉnh cần thiết, sau đó cần tín hiệu bổ sung từ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 40

trạng thái tải trọng của truyền lực cần điều khiển, nhờ đó giá trị áp suất cần thiết được làm tăng đến giá trị yêu cầu mới nhất. Trên hình 2.8 giới thiệu lưu đồ

tín hiệu của hệ thống LS mở rộng từ hệ thống trên hình 2.8a và đồ thịđặc tính.

Hình 2.8. Hệ thống LS

a, Sơđồ và đặc tính; b, mạch thủy lực 2 phụ tải

Khác nhau cơ bản trong hai sơ đồ là: PDQ không điều khiển bơm nữa mà là chênh áp PDQ- P1max. Hình 2.8 giới thiệu một phương án hệ thống LS

van chênh áp Bơm và định vị ^{ống tích áp +} _{ông dẫn P} V an đổ i d òn g Đ ườ ng tí n hi ệ u L S TL 1 TL 2 TL n

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 41

với hai phụ tải điều chỉnh dòng dầu vào. Tín hiệu áp suất tải được dẫn đến một van đổi dòng. Trong trạng thái giữ của bộ truyền tải được dẫn đến một van đổi dòng. Trong trạng thái giữ của bộ truyền lực van đổi dòng được cung cấp áp suất từ thùng. Theo mục 1.1.2 một truyền lực điều chỉnh được lưu lượng ( van chênh áp và rãnh tiết lưu đường vào của van phân phối tỷ lệ tại ra một van điều chỉnh dòng hai ngả) điều chỉnh cả biến động tải trọng và biến

động áp suất cung cấp nên rất phù hợp cho hệ thống LS.

2.1.2.2. Các phương án cấu trúc LS

Điều chỉnh LS thường được bổ sung thêm điều chỉnh công suất và điều chỉnh áp suất. Hoạt động chung cần thực hiện sao cho mỗi giá trị góc lắc tới hạn của bơm tương ứng lưu lượng cung cấp của bơm được xác định ( Hình 2.9). Nếu là điều chỉnh công suất người ta thường sử dụng bộ điều chỉnh Hyperbol và bộ điều chỉnh LS, bộđiều chỉnh áp suất cần phải thích hợp với nó.

Khi sử dụng van đổi dòng để xác định áp suất ra cực đại, mỗi bộ chia áp suất có thể được điều chỉnh độc lập với nhau. Nhiều trường hợp người ta bỏ van đổi dòng và mắc nối tiếp các bộ phận chia áp suất đểđạt được đặc tính chung tương tự như trên hình 2.9b. Tuy nhiên điều chỉnh một bộ chia áp suất sẽảnh hưởng cảđến các vùng khác của đường cong.

Một phương án khác để kết nối 3 bộ phận điều chỉnh là sử dụng một vi

điều khiển đểđánh giá tín hiệu áp suất và chuyển tín hiệu vào một truyền lực phụ trợđểđịnh vị bơm. Nếu truyền lực đặt ra yêu cầu lưu lượng vượt quá khả

năng công suất của bơm thì có thể thực hiện theo các phuong thức khác nhau thí dụ giảm lưu lượng từ từđối với tất cả các bộ truyền hoặc cung cấp ưu tiên một phụ tải nhất định nào đó.

Nếu không có được các biện pháp thích hợp, lưu lượng sẽ được đưa

đến các phụ tải có áp suất tải thấp nhất, điều này thường dẫn đến các chuyển

động không mong muốn. Vấn đề gặp phải đối với tính chất của truyền lực là,

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 42

chỉnh công suất cho phép. Khi đó xuất hiện tại truyền lực chịu tải cao nhất một độ lệch áp suất tại đầu đo tiết lưu và cân áp suất đường vào để nó không chuyển động hoặc thậm chí chuyển động theo hướng xác định bởi tải trọng.

Hình 2.9. Hệ thống LS liên hợp với điều chỉnh áp suất và điều chỉnh công suất

a, đặc tính cơ sở; b, đặc tính chung; c, mạch nguồn; d, lưu đồ tín hiệu hệ

thống LS; DR- điều chỉnh áp suất; LR- điều chỉnh công suất

Sự thay đổi quyết định của giải pháp này ( van phân phối tỷ lệ có rãnh

đặc biệt để đo tiết lưu và hai rãnh van phân phối thuần túy) so với điều chỉnh dòng là sụt áp qua tất cả các truyền lực trong mạch nối tiếp tiết lưu đo và van

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 43

chênh áp bằng nhau. Nếu trong tất cả các truyền lực sử dụng các van chênh áp như nhau (∆pVDi=const) thì sụt áp qua tất cả các tiết lưu đo cũng bằng nhau mà không phụ thuộc vào giá trị của p_lastmax và p_DQ. Trong trường hợp này có thể phân biệt: Nếu yêu cầu lưu lượng tương đối nhỏ thì bộđiều chỉnh LS hoạt

động, xác định sụt áp cung qua tiết lưu đo và van chênh áp. Nếu yêu cầu lưu lượng thay đổi ∆pVDi, pDQ giảm đến giá trị thấp hơn, lưu lượng đến tất cả các truyền lực giảm tương đối như nhau.

Hình 2.10. Các phương án truyền lực LS để phân phối lưu lượng không phụ thuộc vào áp suất tải

a, mạch 2 truyền lực; b, nguyên lý hoạt động

2.1.3. Các mạch nguồn lưu lượng

2.1.3.1. Cấu trúc mạch, nguyên lý điều khiển

Các dạng cấu trúc tiêu biểu của mạch thủy lực có nguồn lưu lượng

được giới thiệu trên hình 2.11. Bộ chuyển đổi công suất cơ học thành công suất thủy lực, bơm dầu là một nguồn lưu lượng. Bơm cung cấp một luu lượng

Tổng quát:

pDQ= plast max +∆pVDi+ ∆pDri

∆pVDi=const

Trường hợp 1( điều chỉnh LS hoạt động) ∆pLS-đc=pDQ-plastmax=const

Dẫn đến: ∆pDri-1= ∆pLS-đc- ∆pVDi=const Trường hợp 2 (điều chỉnh công suất hoạt động hay Q_p=Q_pmax)

( )

∑

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 44

gần như không phụ thuộc vào áp suất. Áp suất đặt lên bơm được tạo ra phụ

thuộc vào sức cản dòng của đường ống vào lực và mô men tải trong cần khắc phục của tải, bộ phận chuyển đổi công suất thủy lực thành công suất cơ học. Việc điều khiển chuyển động của phụ tải có thể được thực hiện nhờ điều khiển choán chỗ và điều khiển rãnh vòng.

Hình 2.11. Cung cấp dầu thủy lực từ nguồn lưu lượng

a, nguyên lý điều khiển choán chỗ, mạch hở; b, điều khiển choán chỗ, mạch kín; c, nguyên lý điểu chỉnh rãnh vòng

Khi điều khiển choán chỗ các thể tích choán chỗ của bơm và hoặc phụ

tải được điều chỉnh phù hợp với vận tốc hay tần số quay của phụ tải. Nếu

đường ống giữa bơm và phụ tải được định cỡ đủ thì sẽ không xuất hiện hao tổn lớn khi truyền công suất thủy lực. Tuy nhiên cũng có nhược điểm là một bơm chỉ có thể cung cấp cho một phụ tải, do đó nguồn lưu lượng trước hết dùng để cung cấp cho truyền lực chính có công suất ra lớn. Điều khiển bơm có thể thực hiện với bơm có thể tích choán chỗ không đổi nhờ thay đổi tần số

quay của động cơ truyền lực.

Khi điều khiển rãnh vòng, lưu lượng cung cấp quá thừa từ một bơm có thể tích choán chỗ không đổi được dẫn một phần về thùng. Van điều khiển rãnh vòng là một phần tử cản thủy lực và dẫn đến hao tổn tiết lưu.

2.1.3.2. Các phương án mạch

Truyền lực điều khiển bằng van phân phối

Trên hình 2.12 giới thiệu 3 phương án truyền lực với nguồn lưu lượng truyền lực trên hình 2.12a không sử dụng tiết lưu. Nó chỉ có thể thực hiện 3 trạng thái chuyển động: tại vị trí mạch 0 của van phân phối xy lanh đứng yên; tại vị trí mạch 1 chuyển động tiến với v1≈Qp/A1 tại vị trí mạch 2 chuyển động

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 45

lùi với vận tốc v2≈ Qp/A2. Để định vị phương án truyền lực này không thể

chính xác, thí dụ để kẹp nó chỉ tác động khi van giới hạn áp suất thích ứng, tuy nhiên điều đó lại cần phải tránh do nguyên nhân năng lượng (công suất bơm chuyển thành nhiệt). Nếu sử dụng van phân phối có một chức năng trung gian khác thì có thể thực hiện trong mạch 2.12a một trạng thái chuyển động khác tại vị trí 0.

- Tiến nhanh tại phương án trung gian bên trái - Chuyển động tự do tại phương án giữa

- Phương án bên phải không được phép sử dụng vì trong mọi trường hợp đều làm cho van phân phối trở thành van giới hạn áp suất ở vị trí 0; nguồn lưu lượng trở thành nguồn áp suất.

Hình 2.12. Truyền lực điều khiển bằng van phân phối trong mạch nguồn lưu lượng

a, trạng thái chuyển động rời rạc; b, điều chỉnh tiết lưu rãnh vòng; c, điều khiển vận tốc nhờ van điều chỉnh dòng 3 ngả

Truyền lực trên hình 2.12a cho phép điều khiển vận tốc của phụ tải. Sức cản thủy lực tại VDr1 càng nhỏ so với tại VDr2 thì lưu lượng qua rãnh vòng càn lớn và vận tốc phụ tải càng nhỏ, khi đó cấu trúc truyền lực này có tính chất tiêu biểu là vận tốc phụ thuộc mạch vào lực tải trọng. Nếu cần pis ton chuyển động chịu một lực tải tương đối lớn và gần như không đổi thì có

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 46

thể bỏ VDr2. Nhờ van VDr1 có thể điều chỉnh một lực xác định khi vận tốc phụ tải bằng 0. Hao tổn tiết lưu lúc này sẽ tương đối lớn do toàn bộ dòng cung cấp từ bơm đều chảy qua VDr1.

Truyền lực trên hình 2.12c là truyền lực điều chỉnh lưu lượng. Van

điều chỉnh dòng 3 ngả đảm nhiệm chức năng của 2 van tiết lưu trên hình 2.12b tuy nhiên đảm bảo giữ vận tốc phụ tải gần như không đổi cả khi có biến động lực tải nhờ chức năng điều chỉnh. Ưu điểm của mạch này là áp suất

đặt lên nguồn lưu lượng luôn cao hơn áp suất tải yêu cầu một lượng sụt áp tiết lưu gần như không đổi. Các mạch b và c tạo ra hao tổn tiết lưu có thể đa số

các van phân phối tỷ lệ không có tác dụng trung gian này và do đó không thể

sử dụng được. Chỉ có thểđiều khiển vận tốc liên tục với một van phân phối tỷ

lệ loại này nếu nguồn năng lượng của mạch là nguồn áp suất. Trên hình 2.12c giới thiệu phần chính của một mạch tiêu biểu sử dụng trên thang máy van giới hạn áp suất là một van an toàn, nó chỉ tác động khi lực tải vượt quá giới hạn cho phép trong trạng thái đóng van để nâng. Van trả về ngăn chặn việc hạ tải. Nguồn lưu lượng cung cấp dầu trong trạng thái đứng yên qua van nâng đang mở về thùng. Nếu tải trọng khi hạ vượt quá giới hạn cho phép, bộ ngắt áp suất sẽ đóng van hạ, điều đó cần thiết để đảm bảo van không tùy tiện hạ xuống. Thang máy cho nhà nhiều tầng thường được điều chỉnh điện tử, đầu đo lượng cung cấp tín hiệu điều chỉnh cho cả hai chiều.

Truyền lực liên tục điều khiển choán chỗ

Truyền lực liên tục điều khiển choán chỗ có thể hoạt động là mạch kín hoặc mạch hở với nguồn lưu lượng. Bơm dầu là bơm thay đổi được thể tích choán chỗ cung cấp hai chiều hoặc là bơm không điều chỉnh được choán chỗ

với động cơ điều chỉnh được tần số quay. Phụ tải có thể là xy lanh động cơ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 47

- Mạch hở

Hình 2.13. Điều khiển truyền lực liên tục với nguồn lưu lượng

a, mạch hở xy lanh nâng; b, mạch kín

Mạch hở thường được thiết kế cho những trường hợp chuyển động về

của phụ tải được thực hiện bởi lực ngoài chủ động mà không cần bổ sung van phân phối. Lưu lượng thường được điều chỉnh gián tiếp qua điều chỉnh vị trí của bộ phận định vị bơm ( trên hình 2.13 chọn điều chỉnh góc lắc của bơm). Tác

động chung của hai điều chỉnh LS đối với điều chỉnh công suất và điều chỉnh áp suất. Mỗi giá trị tới hạn cần xác định lượng cung cấp của bơm. Do lưu lượng và áp suất biến thiên lớn nên việc điều chỉnh thường được điều chỉnh bằng điện tử. Trên hình 2.13a là một sơ đồ thô của điều chỉnh xy lanh nâng. Van giới hạn áp suất không thích hợp trong điều kiện hoạt động, nó là một van an toàn.

- Mạch kín

Trong mạch kín các đầu nối của bơm điều chỉnh được nối với hai đầu cuối của phụ tải (hình 2.13b) do đó chiều chuyển động của phụ tải được xác

định bởi chiều cung cấp của bơm. Hai van áp suất đều là van an toàn, có thể

Up cần Cảm biến p Điều chỉnh V,Q và bộ định vị Qs cần Sensor s Điều chỉnh s, p và φ Sensor p Sensor p Us cần φi

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 48

được thay thế bởi một van an toàn mạch cấu tạo từ một van giới hạn áp suất và 4 van trả về trong mạch cầu.

Do bơm không thể hút dầu từ thùng cần có mạch cung cấp riêng từ một bơm dầu nhỏđể cân bằng lọt dầu trong mạch. Van phân phối 3/3 nối với một van giới hạn áp suất là van xảđể ngăn không cho áp suất trên mỗi đường áp suất thấp tăng quá các giá trị áp suất cung cấp. Giới hạn áp suất xả được điều chỉnh thấp hơn khi cung cấp nhờ đó luôn có phần dầu mới tham gia trong mạch, tác

động thuận lợi đến trạng thái nhiệt và quá trình hóa già của dầu thủy lực.

Điều chỉnh vị trí trên hình 2.13b bao hàm hai điều chỉnh: điều chỉnh áp suất và điều chỉnh góc lắc của bơm. Điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ cải thiện tính chất động lực học của điểu chỉnh vị trí nếu không, do mạch thường có khối lượng và thể tích đường ống lớn sẽ trở nên rất yếu giảm chấn. Điều chỉnh góc lắc được thiết kế sao cho chuyển động định vị thể tích bơm chỉ đủ

nhanh đến mức cho phép. Để có thể thực hiện chuyển động định vị theo yêu cầu nó cần một nguồn năng lượng. Điều đó rất ít trường hợp sẵn có trong bơm chính vì nó phải cung cấp với áp suất rất khác nhau. Thông thường người ta