1.Sơ lược về hệ thống thủy lực cơ bản
Hệ thống thủy lực cũng tƣơng tự nhƣ hệ thống khí nén, ngoại trừ có một số điểm khác nhau (đặc biệt là mạch thủy lực vòng khép kín) so với khí nén. Ở đây dầu sau khi hoạt động sẽ đƣợc dẫn trở về lại bình chứa sau khi đã qua bộ giải nhiệt để làm giảm nhiệt độ. Một sơ đồ mạch thủy lực cơ bản nhƣ (hình 2.2) dƣới đây gồm có những bộ phần chính nhƣ sau:
1.Bể chứa dầu, 2. Bộ lọc, 3.Motor và bơm, 4.Van tràn, 5. Bộ lọc, 6. Bình tích áp, 7.Van tiết lƣu, 8. Động cơ hoặc xy lanh, 9. Bộ giải nhiệt.
Ở một số hệ thống thủy lực phức tạp thì thƣờng có thêm những bộ phận khác, chi tiết khác để tạo ra chức năng riêng biệt cho hệ thống đó, đặc biệt là những hệ thống thủy lực cần tạo ra những tải tác dụng siêu trƣờng, siêu trọng hoặc có điều khiển bằng kỹ thuật số thì lại càng nhiều bộ phận chi tiết khác. Tuy nhiên, với bất kỳ một hệ thống thủy lực cơ bản nào thì cũng đòi hỏi phải có cấu tạo từ những thành phần trên để tạo ra một hệ thống thủy lực hoạt động trơn tru, hiệu quả.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 30 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lí mạch thủy lực cơ bản
Bình chứa dầu hoặc bồn chứa có nhiều chức năng bên cạnh việc chứa dầu thì nó còn đảm nhiệm một số chức năng của hệ thống nhƣ thiết bị làm nguội và bộ lọc thô các tạp chất và nƣớc. Thƣờng ngƣời ta thiết kế thể tích bình chứa phải lớn hơn hoặc bằng 3 lần lƣu lƣợng lớn nhất của bơm (Ví dụ nếu chúng ta có lƣu lƣợng lớn nhất của bơm là 20 lít/phút thì thể tích bình chứa phải có khả năng chứa 60 lít). Tác dụng làm nguội dầu sử dụng các cánh tản nhiệt đặt trực tiếp trong dầu hoặc dọc theo vách ngăn của bình chứa. Các bộ lọc gắn ở đầu hút và đầu xả phải lọc đƣợc tạp chất có kích thƣớc lớn hơn 100 micromet. Các bóng khí có thể có ảnh hƣởng đến chất lƣợng dầu và hoạt động của hệ thống thủy lực vì vậy chúng ta cần loại trừ quá trình này trong bình chứa. Chúng ta thức hiện các bƣớc nhƣ sau:
1- Gộp chung tất cả đƣờng hồi dầu về thành ống ống dẫn duy nhất về bình chứa nhằm giảm thiểu quá trình tạo khí và sủi bọt trong dầu.
2- Đặt đƣờng vào gần đáy không cho tạo dòng khí xoáy đƣợc hình thành.
3- Trong thùng dầu đặt lƣới thép nằm nghiêng để giữ lại bóng khí không cho chúng đi vào bề mặt của dầu.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 31 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Tuỳ vào yêu cầu thực tế mà chúng ta có số lƣợng bộ lọc và vị trí đặt bộ lọc. Chúng ta có thể đặt ở đƣờng ra của bơm, trong đƣờng dẫn của hệ thống, đƣờng hồi dầu về bể chứa, đƣờng hút của bơm… Chúng ta phải cẩn thận nhằm đảm bảo rằng độ giảm áp suất khi đi qua bô lọc ờ đƣờng hút không gây ra hiện tƣợng sủi bót tạo bong ở đƣờng vào của bơm. Tuy nhiên mỗi vị trí lọc đều có ƣu và nhƣợc điểm riêng đòi hỏi ngƣời đọc phải tự tìn hiểu.
Mặc dù dầu thủy lực có module khối lớn (khả năng chịu nén lớn) nên để tích trử năng lƣợng thƣờng sử dụng bình tích áp thủy lực dựa trên khả năng nén đƣợc của khí nhƣ không khí hay nitơ. Khí và dầu đƣợc ngăn cách với nhau qua một piston hoặc màng hoặc túi chứa khí bằng cao su đặt trong bình tích áp.
Piston là kiểu có khả năng tích trử lớn tuy nhiên yêu cầu về độ kín khít giửa piston và xylanh. Khả năng chứa của kiều túi bằng cao su có giới hạn nhƣng nó có một ƣu điềm là không di chuyển các chi tiết cơ khí. Sử dụng bộ tích áp nhƣ thiết bị tích trử năng lƣợng cho phép bơm nhỏ hơn có thể làm việc để phục vụ hệ thống hoạt động không lien tục hoặc không đều. Thêm vào đó để tránh hiện tƣợng nƣớc va, giảm hoặc loại bỏ quá trình hoạt động theo chu kỳ của bơm và cho phép hệ thống hoạt động trong một khoảng thời gian ngắn khi bơm ngừng hoạt động.
Tiêu hao do việc sinh nhiệt là không chỉ quan trong đối với hệ thống thủy lực mà còn khá quan trong đối với hệ thống khí nén. Tiêu hao do ma sát trong các thiết bị đặt biệt là trong các quá trình chuyển tiếp giữa các thiết bị hay chuyên động của dòng lƣu chất qua các cổ ống, van tiết lƣu hay chuyên động qua các vòi là nguồn gốc sinh ra nhiệt. Nguồn nhiệt này sẽ làm cho sụat áp qua các thiết bị và sẽ tích trử lại trong lƣu chất gây ra ảnh hƣởng đến chất lƣợng lƣu chất và các tấm lót. Trong hệ thống thủy lực nhiệt dộ tốt nhất đề làm việc là 45-50 độ C.
2. Các sơ đồ thuỷ lực cơ bản
Hệ thống thuỷ lực bao gồm nguồn cấp năng lƣợng (bơm), cơ cấu chấp hành (xi lanh hoặc mô tơ), các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hệ thống khỏi quá tải.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 32 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Trong các hệ thống phức tạp có thể có nhiều bơm, nhiều cơ cấu chấp hành và các cơ cấu điều khiển và điều chỉnh để điều khiển qui luật chuyển động của động cơ.
Hình 2.3. Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng thể tích
Trên (hình 2.3) là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều khiển 3, van trƣợt phân phối 2 điều khiển bằng tay có thể đảo chiều chuyển động của xi lanh 1. ở vị trí trung gian của van phân phối 2, tất cả các đƣờng đều nối với bể, lúc này bơm làm việc ở chế độ không tải và xi lanh ở trạng thái tự do. Bộ lọc 4 lắp ở cửa hút của bơm 3, van an toàn 6 bảo vệ cho hệ thống không bị quá tải.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 33 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Trên (hình 2.4) là sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lƣu đặt ở cửa vào của cơ cấu chấp hành. Sơ đồ gồm bơm cố định 9, van tràn 7, van trƣợt phân phối bốn cửa ba vị trí điều khiển bằng tay, van hai vị trí 5 điều khiển bằng vấu 4 trên piston của xi lanh 3 và trở về vị trí ban đầu bằng lò xo. ở vị trung gian của van phân phối 6, các đƣờng nối thông với nhau, tƣơng ứng với chế độ giảm tải bơm và xi lanh ở trạng thái tự do. Khi van phân phối 6 ở vị trí bên phải, chất lỏng từ bơm vào khoang trái của xi lanh làm cho piston chuyển động sang phải. Ngoài ra khi piston bắt đầu chuyển động, vấu 4 tỳ vào van 5 đẩy nó xuống dƣới, vì vậy chất lỏng từ khoang phải của xi lanh cũng đi vào khoang trái của nó (tiết diện làm việc của xi lanh trƣơng trƣờng hợp này là tiết diện của cần đẩy), tƣơng ứng với hành trình tăng tốc của xi lanh. Sau khi vấu 4 không còn tỳ vào van 5, dƣới tác dụng của lò xo nó dƣợc đẩy lên trên làm ngắt khoang trái của xi lanh với khoang phải của nó và nối khoang này với bể. Kết quả là khoang trái của xi lanh chỉ đƣợc cấp chất lỏng từ bơm qua van tiết lƣu 2, tƣơng ứng với hành trình công tác của xi lanh. Khi van trƣợt 6 ở vị trí bên trái, chất lỏng đi vào khoang phải của xi lanh 3, chất lỏng từ khoang trái của xi lanh thoát về bể qua van một chiều 1.
Trên (hình 2.4), là sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều 1 và bơm điều chỉnh 4. Hệ thống đƣợc điều khiển bằng van phân phối ba cửa hai vị trí. Van an toàn 3 đƣợc lắp vào hệ thống để xả chất lỏng về bể khi áp suất tăng quá mức qui định. ở vị trí của van 2 nhƣ trên hình 76, a, chất lỏng từ bơm đi vào xi lanh 1. Đƣờng hồi lúc này bị ngắt. Khi dịch chuyển van 2 sang vị trí đối diện, chất lỏng từ bơm qua van an toàn 3 về bể, xi lanh 1 nối với bể, piston của nó dƣới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dƣới.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 34 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Hình 2.5. Sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều
Trong sơ đồ này, nếu thay van 2 bằng van phân phối ba cửa, ba vị trí (hình 2.5), ở vị trí trung gian của con trƣợt có thể giữ piston ở vị trí cố định và bơm đƣợc nối với bể.
3. Sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực cho máy thử uốn:
Từ những phân tích trên đây ta sẽ thiết kế mạch thủy lực cho máy ép với những phần tử của hệ thống theo một sơ đồ nguyên lý đơn giản nhất, để dùng cho mục đích tạo tải lực ép cỡ nhỏ dùng trong phòng thí nghiệm.
Hình dƣới đây (Hình 2.6) là sơ đồ nguyên lý mạch thủy lực của máy ép thủy lực thử uốn cho mẫu ép là vật liệu bê tông cốt thép.
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 35 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
Hình 2.6. Sơ đồ mạch thủy lực cho máy thử uốn
1.Bể dầu; 2.Bộ lọc; 3.Động cơ điện; 4.Bơm nguồn; 5.Đồng hồ đo áp 6.Van chống lún; 7.Role áp suất; 8.Xylanh thủy lực; 9.Van phân phối
10.Bộ làm mát; 11.Van an toàn; 12.Nắp đổ dầu; 13.Mắt thăm dầu.
* Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lí:
Khi đóng điện từ tủ điều khiển trung tâm, động cơ điện (3) đƣợc cấp điện sẽ làm việc. Khi cơ cấu chấp hành của hệ thống chƣa làm việc ứng với các van phân phối 4/3 điều khiển chúng đang ở vị trí trung gian, dầu đƣợc hồi ngay về bể. Hệ thống thủy lực và hệ điều khiển điện của máy đƣợc thiết kế hoạt động ở 2 chế độ : chế độ bằng tay và chế độ tự động. Chế độ tự động có thể đƣợc thay đổi trình tự logic làm việc dễ dàng thông qua cách nối sơ đồ mạch điện. Đối với chế độ làm việc tự động: Khi có tín hiệu tác động từ tủ điện điều khiển bắt đầu 1 chu trình, van phân phối(9) điều khiển xylanh (8) đƣợc điều khiển chuyển sang vị trí bên trái, dầu đƣợc cấp cho
Nghiên cứu thiết kế máy thử uốn thủy lực, tải trọng 63 tấn
HVTH: Nguyễn Thế Anh - 36 - GVHD: TS. Trần Văn Địch
buồng trên của xylanh khiến cần piston đi xuống thực hiện quá trình ép. Khi đi hết hành trình, chày bắt đầu ép. Đến một áp suất đã đặt thì rơle áp suất đóng lại chuyển tín hiệu điện đến van phân phối(9), van phân phối chuyển sang hoạt động ở vị trí trung gian, lúc này dầu từ bơm đƣợc xả toàn bộ về bể, đồng thời van chống lún(6) giữ áp trong hệ thống một thời gian để sản phẩm cần ép đƣợc định hình. Sau một thời gian nhất định (10s) thì van phân phối (9) đƣợc điều khiển chuyển sang vị trí bên trái, chày đƣợc đẩy lên, xylanh trở về vị trí ban đầu, kết thúc một chu trình ép. Sản phẩm ép đƣợc lấy ra. Đối với chế độ làm việc bằng tay, tất cả các quá trình chuyển động của xylanh đều đƣợc điều khiển bởi nút bấm.