Các bộ phận cơ bản tạo nên hệ thống thuỷ lực.

Các bộ phận tạo nên hệ thống thuỷ lực trong máy CNC bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

a. Bơm thuỷ lực: là một cơ cấu biến đổi năng lợng, dùng để biến đổi cơ năng thành động năng và thế năng (dới dạng áp suất) của chất lỏng (thờng là các loại dầu). Trong hệ thống thuỷ lực chỉ dùng các loại bơm thể tích, tức là các loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lợng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút chất lỏng, thực hiện quá trình hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy chất lỏng ra, thực hiện chu kỳ nén cung cấp chất lỏng có thế năng cho hệ thống. Nếu trên đờng chất lỏng bị đẩy ra ta đặt một vật cản (ví dụ nh đặt van), chất lỏng bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm.

Tuỳ thuộc vào lợng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc mà ta có thể phân biệt đợc hai loại bơm thể tích:

- Bơm có lu lợng cố định, gọi tắt là bơm cố định,

- Bơm có lu lợng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh.

Trong những thập kỷ trớc bơm cố định dùng rất rộng rãi trong ngành chế tạo máy, một mặt vì kết cấu của nó đơn giản hơn bơm điều chỉnh, do nó dễ chế tạo, sửa chữa cũng đơn giản hơn. Mặt khác bơm cố định cũng có thể đảm bảo đ- ợc mômen và công suất truyền cố định (tất nhiên là có bị tổn thất công suất do tiết lu). Trong những năm gần đây, bơm thuỷ lực điều chỉnh đợc sử dụng ngày càng rộng rãi, vì với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy việc đảm bảo các yêu cầu về chế tạo bơm điều chỉnh không thành vấn đề lớn. Mặt khác, công suất truyền động của máy tăng, đòi hỏi những cơ cấu ít bị tổn thất năng lợng nhất.

Bơm điều chỉnh chỉ đa vào hệ thống thuỷ lực một lợng dầu cần thiết để thực hiện truyền động, không có lợng dầu thừa, nên hạn chế đợc nguồn sinh nhiệt.

Đứng về mặt kết cấu, bơm thể tích (cả bơm cố định và bơm điều chỉnh) có thể phân thành các loại sau:

- Bơm bánh răng,

- Bơm cánh gạt,

- Bơm pít_tông.

Bơm bánh răng là loại bơm sử dụng rộng rãi nhất, vì nó có kết cấu đơn giản, chế tạo dễ. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, tổ hợp, bào, phay... Đối với những máy đòi hỏi áp lực cao nh máy ép, máy dập... thì cần phải có các loại bơm có áp suất cao hơn. Bơm bánh rămg có thể chia làm hai loại nh sau:

- Bơm bánh răng ăn khớp trong,

- Bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

Bơm cánh gạt cũng là loại bơm đợc dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và cũng chủ yếu dùng trong các hệ thống có áp suất thấp và trung bình. So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo một lu lợng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn, do đó nó rất phù hợp trong các hệ thống dầu ép của máy công cụ, nh thực hiện lợng chạy dao cho máy tổ hợp, máy doa, máy tiện, máy phay; thực hiện chuyển động của bàn máy và các cơ cấu khác của máy mài, của các băng chuyền, của cơ cấu kẹp chặt, cấp phôi trên máy tự động và dây chuyền tự động. Có thể chia bơm cánh gạt thành hai loại nh sau:

- Bơm cánh gạt tác dụng đơn, gọi tắt là bơm cánh gạt đơn,

- Bơm cánh gạt tác dụng kép, gọi tắt là bơm cánh gạt kép.

Bơm pít_tông là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pít_tông – xylanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là măt trụ, do đó dễ đạt đ- ợc độ chính xác gia công cao, đảm bảo hiệu suất tổn thất thể tích bé, áp suất đạt đợc trong quá trình làm việc lớn. Bơm pít_tông thờng dùng ở những hệ thống dầu

ép cần áp suất cao và lu lợng lớn nh trên các máy truốt, máy nén, máy xúc...Dựa trên cách bố trí pít_tông, bơm có thể phân thành hai loại:

-Bơm pít_tông hớng kính, -Bơm pít_tông hớng trục.

Cấu tạo một số loại bơm thông dụng.

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

Cửa B Cửa A

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

1

2

Hình 12.

Thân bơm có hai lỗ đối xứng nhau tên nh hình vẽ. Với chiều quay nh hình vẽ thì cửa A là cửa ra của dầu, cửa B là cửa dầu vào.

Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài:

Khi bánh răng chủ động 1 quay quanh trục của nó theo chiều nh hình vẽ thì bánh răng bị động 2 quay ăn khớp với bánh răng 1. Khi các bánh răng ăn khớp với nhau khe hở tạo ra giữa các răng giảm đi thì bơm thực hiện quá trình đẩy dầu

ra, khi các bánh răng ra khớp thể tích các khe tạo thành giữa các răng tăng lên bơm thực hiện quá trình hút.

Bơm bánh răng ăn khớp trong chế tạo đơn giản nhng có nhợc điểm là sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng vào và ra, tạo ra một tải trọng không cân xứng, làm chóng mòn bánh răng, thành thân bơm, cũng nh các ổ trục. Lợng dầu thay đổi theo thời gian, tạo thành sự nhấp nhô của lợng dầu.

Bơm bánh răng ăn khớp trong.

A B

Dầu vào Dầu ra

Bơm bánh răng ăn khớp trong

1 2 3

5 4

Hình 13.

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng ăn khớp trong nh sau: bánh răng 1 đợc dẫn động và quay ăn khớp trong với bánh răng 2 làm cho bánh răng 2 chuyển động trong thân bơm 3. Buồng A đợc ngăn cách với buồng B bằng vách chắn 4 hình lỡi liềm. Khi các răng ra khớp, chất lỏng ở trong buồng A choán hết toàn bộ thể tích các rãnh răng 5 của bánh răng ăn khớp trong và bánh răng ăn khớp ngoài. Bánh răng tiếp tục quay, tải dầu đi ngang qua vành chắn 4 và đa vào buồng B đẩy ra ngoài.

Ưu điểm của bơm bánh răng ăn khớp trong là có kích thớc bé hơn và tổn thất thể tích bé hơn bơm bánh răng ăn khớp ngoài khi có cùng lu lợng và dung sai chế tạo, nhng loại bơm này khó chế tạo do đó giá thành cao hơn.

Bơm cánh gạt B B Dầu vào Dầu ra Bơm cánh gạt B-B e 1 2 3 4 5 A B Hình 14.

Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt nh sau: Rôto 1 đợc đặt trong stato 2 với độ lệch tâm e. Trên thân rôto có các rãnh để các cánh dẫn 3 có thể di động theo hớng kính. Để giảm lực tiếp xúc giữa các đầu cánh gạt 3 với thành stato 2 do tác dụng của lực ly tâm, ngời ta cho cánh gạt chuyển đông cỡng bức trong rãnh 4 đựoc phay trên mặt bên của stato. Khi rôto quay, các con lăn (hoặc con trợt) 5 lắp ở hai bên cánh gạt 3 di động của rôto của bơm di động trong rãnh 4, các thể tích tạo nên giữa hai cánh gạt và các bề mặt stato luôn thay đổi. Nếu rôto quay theo chiều mũi tên nh hình vẽ thì thể tích buồng A lớn dần, thực hiện quá trình hút. Trong khi đó thể tích của buồng B nhỏ dần thực hiện quá trình nén đẩy dầu ra ngoài.

e

Bơm pit_tông hướng kính

21 1 A B 4 3 Hình 15.

Nguyên lý hoạt động: Bơm pit_tông hớng kính là loại bơm có nhiều pit_tông chuyển động theo hớng kính của rôto. Khi làm việc, dới tác dụng của lực ly tâm các pit_tông luôn tỳ sát vào mặt trong của thành bơm đặt lệch tâm so với rôto, làm các pit_tông chuyển động cỡng bức thực hiện chuyển động tịnh tiến đi, về. Trên cơ sở đó thực hiện quá trình hút và đẩy chất lỏng.

b. Động cơ thuỷ lực.

Động cơ thuỷ lực là cơ cấu biến đổi năng lợng dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng. Về nguyên tắc kết cấu của động cơ thuỷ lực giống nh kết cấu của bơm thuỷ lực, do đó tất cả các loại bơm thuỷ lực đều có thể làm động cơ thuỷ lực và ngợc lại. Thông thờng động cơ thuỷ lực đợc lắp cùng bơm thuỷ lực thành một khối truyền động, cơ cấu ấy đợc gọi là hộp truyền động dầu ép. Trong hộp truyền dẫn dầu ép, bơm dầu và động cơ dầu thờng có kết cấu giống nhau, nếu có khác thì chỉ khác nhau về kích thớc.

Quá trình biến đổi năng lợng của động cơ dầu đợc thực hiện theo chu trình nh sau:

- Dầu có áp suất đợc đa vào buồng công tác của động cơ. Dới tác động của áp suất, một chi tiết tạo nên buồng công tác của động cơ di động, chuyển động ấy đợc truyền lên trục đông cơ.

- Do trục động cơ quay, buồng công tác của động cơ dịch chuyển từ cửa nén sang cửa ra.

- Thể tích các buồng công tác ở cửa ra giảm dần và đẩy dầu ra ngoài. Số vòng quay của động cơ phụ thuộc vào độ lớn và số lợng các buồng dầu công tác, cũng nh lu lợng cho vào động cơ.

Tuỳ theo kết cấu động cơ thuỷ lực đợc chia thành 3 loại nh sau:

- Động cơ thuỷ lực bánh răng,

- Động cơ thuỷ lực cánh gạt,

- Động cơ thuỷ lực dạng pít_tông.

Động cơ bánh răng.

Tuy kết cấu của loại động cơ thuỷ lực loại bánh răng đơn giản, nhng nó rất ít đợc dùng trong máy cắt để thực hiện chuyển động quay tròn, vì hiệu suất thấp. Ngoài ra, ma sát ở trục và mặt đầu khá lớn, làm cho dầu chóng nóng khi quay nhanh. Động cơ thuỷ lực dạng bánh răng chủ yếu dùng để thực hiện các chuyển động điều khiển nh ở các băng truyền, các đồ gá cấp phôi, hoặc dùng để quay trục vít me thực hiện chuyển động chạy dao trên máy tổ hợp khoan, quay trục vít me dọn phoi trên máy công cụ điều khiển số CNC.

Động cơ cánh gạt.

Động cơ thuỷ lực cánh gạt là một trong những loại đợc sử dụng rộng rãi, nhất là ở các nớc phơng tây. Nó đợc dùng để thực hiện chuyển động chính cũng nh chuyển động phụ trên máy cắt kim loại. Loại động cơ này có hai kiểu chính là:

- Động cơ thuỷ lực cánh gạt tác dụng đơn.

- Động cơ thuỷ lực cánh gạt tác dụng kép. B Động cơ cánh gạt đơn A Động cơ cánh gạt kép e A A B B Hình 16.

Dầu có áp suất p đợc dẫn vào buồng nén A, tác dụng lên cánh gạt và tạo thành một mômen xoắn bằng hiệu mômen do áp suất dầu tác dụng lên hai cánh gạt nằm hai bên thành ngăn cách buồng nén A và buồng ra B.

c. Xy lanh thuỷ lực.

Xy lanh thuỷ lực thực chất là một loại động cơ thuỷ lực dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục. Xy lanh thuỷ lực đợc sử dụng rộng rãi trong hệ các máy cắt kim loại, phổ biến nhất là dùng để thực hiện chuyển động thẳng đi về của bàn máy và bàn dao. Xy lanh thuỷ lực có kết cấu đơn giản, nhng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết vấn đề kín khít tơng đối

đơn giản. Kết cấu của xy lanh thuỷ lực có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào các điều kiện làm việc và độ lớn cuả lực cần thực hiện.

d. Cơ cấu điều chỉnh và điều khiển (các loại van). * Van an toàn, van tràn:

Van an toàn dùng để đề phòng quá tải cho hệ thống dầu ép, khi áp suất dầu trong hệ thống vợt quá mức điều chỉnh, van an toàn mở ra để đa dầu về bể dầu, do đó áp suất giảm xuống. Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không thay đổi trong hệ thống dầu ép. Trong trờng hợp này van an toàn đóng vai trò van tràn hoặc van áp lực để xả bớt lợng dầu thừa về bể.

Van tràn thờng phải làm việc thờng xuyên hơn van an toàn, nên cần chú ý đến độ chịu mòn giữa các bề mặt khép kín. p1

Mặt khác, vì làm việc nhiều nên độ kín khít của nó không cần cao nh van an toàn. Ký hiệu của

van an toàn và van tràn: p2

* Van tiết lu: Hình 17.

Van tiết lu dùng để điều chỉnh lu lợng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép. Van tiết lu có thể đặt ở đờng dầu vào hoặc trên đờng dầu ra. Nhng phổ biến hiện nay là đặt van tiết lu trên đờng dầu ra vì nh vậy van tiết lu thay thế chức năng của van cản, tạo nên một áp suất nhất định trên đờng dầu ra của cơ cấu chấp hành và do đó làm cho chuyển động của nó đợc êm hơn.

e. Các thiết bị phụ dùng trong hệ thống thuỷ lực.

* Bể chứa: là thiết bị để chứa lợng dầu cần thiết cho sự hoạt động của hệ thống thuỷ lực. Tuỳ theo kết cấu của máy mà bể chứa có thể là một khoảng không đợc đúc liền trong thân máy, hoặc một thùng riêng biệt đặt ngoài thân. Để tránh tác dụng của nhiệt vào các bộ phận máy, ngời ta có xu hớng đặt bể chứa ra ngoài.

Trong hệ thống thuỷ lực làm việc với chế độ nặng, sinh nhiều nhiệt, cũng nh ở những hệ thống có yêu cầu đặc biệt phải ổn định nhiệt độ của dầu, thì cần phải dùng thiết bị làm nguội dầu. Với thiết bị làm nguội, lợng dầu cần thiết cũng nh kích thớc bể chứa có thể giảm một mức đáng kể. Điều này có ý nghĩa lớn đối với việc thiết kế đờng dây tự động có nhiều thiết bị thuỷ lực. Thiết bị làm nguội có thể đặt trong bể chứa hoặc bên cạnh bể chứa để lấy nhiệt từ dầu ra ngoài bằng nớc hoặc không khí. Do đó, trong hệ thống thuỷ lực thờng dùng hai loại thiết bị làm nguội: thiết bị làm nguội bằng nớc và hệ thống làm nguội bằng không khí.

* Bộ lọc:

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào hoặc do các chất bẩn từ bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thớc nhỏ trong các cơ cấu thuỷ lực, gây nên trở ngại, h hỏng trong hoạt động của hệ thống. Do đó, trong các hệ thống thuỷ lực đều dùng bộ lọc để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong cơ cấu thuỷ lực. Bộ lọc thờng đợc đặt ở ống hút của máy bơm thuỷ lực. Trong trờng hợp cần dầu tinh khiết hơn, đặt thêm một bộ lọc ở cửa ra của bơm, và một bộ lọc nữa ở trên đờng ra của hệ thống thuỷ lực.

Tuỳ thuộc vào kích thớc chất bẩn có thể lọc đợc, bộ lọc có thể đợc phân thành: - Bộ lọc thô: có thể lọc đợc những chất bẩn có kích thớc đến 0,1mm, - Bộ lọc trung bình: có thể lọc đợc những chất bẩn có kích thớc đến 0,01mm, - Bộ lọc tinh: có thể lọc đợc những chất bẩn có kích thớc đến 0,005mm, - Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc đợc những chất bẩn có kích thớc đến 0,001mm.

Dựa vào kết cấu, ta có thể phân biệt đợc các bộ lọc nh sau: bộ lọc lới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm v.v...

Đồng hồ đo áp là thiết bị báo hiệu áp suất hiện tại của hệ thống. * ống dẫn, ống nối tấm nối:

ống dẫn dùng trong hệ thống thuỷ lực phổ biến nhất là ống đồng và ống thép. Trong những năm gần đây công nghệ vật liệu mới phát triển mạnh đã tạo ra các loại vật liệu mới (polymer) có độ bền cơ học cao dẫn đến xu hớng mới hiện nay là dùng các loại ống dẫn bằng polymer, ống bằng polymer có u điểm là dễ làm biến đổi hình dáng. Đối với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều, ngời ta thờng sử dụng các ống bằng thép, ví dụ nh các ống dẫn chính,