L ỜI NểI ĐẦU
4.4. Cỏc loại van điện thủy lực ứng dụng trong mạch điều khiển tự động
4.4.1. Phõn loại
Cú hai loại: +/ Van solenoid
+/ Van tỷ lệ và van servo
4.4.2. Cụng dụng
a. Van solenoid
Dựng để đúng mở (như van phõn phối thụng thường), điều khiển bằng nam chõm điện. Được dựng trong cỏc mạch điều khiển logic.
b. Van tỷ lệ và van servo
Là phối hợp giữa hai loại van phõn phối và van tiết lưu (gọi là van đúng, mở nối tiếp), cú thể điều khiển được vụ cấp lưu lượng qua van. Được dựng trong cỏc mạch điều khiển tự động.
4.4.3. Van solenoid
Cấu tạo của van solenoid gồm cỏc bộ phận chớnh là: loại điều khiển trực tiếp (hỡnh 3.15) gồm cú thõn van, con trượt và hai nam chõm điện; loại điều khiển giỏn tiếp (hỡnh
3.16) gồm cú van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng dầu ộp, nhờ tỏc động của van sơ cấp.
Con trượt của van sẽ hoạt động ở hai hoặc ba vị trớ tựy theo tỏc động của nam chõm. Cú thể gọi van solenoid là loại van điều khiển cú cấp.
1, 2. Cuộn dõy của nam chõm điện; 3, 6. Vớt hiệu chỉnh của lừi sắt từ; 4, 5. Lũ xo.
4.5.4. Van tỷ lệ
Cấu tạo của van tỷ lệ cú gồm ba bộ phận chớnh (hỡnh 3.17) là : thõn van, con trượt, nam chõm điện.
Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trỡnh của con trượt bằng cỏch thay đổi dũng điện điều khiển nam chõm. Cú thể điều khiển con trượt ở vị trớ bất kỳ trong
phạm vi điều chỉnh nờn van tỷ lệ cú thể gọi là loại van điều khiển vụ cấp.
van cú hai nam chõm 1, 5 bố trớ đối xứng, cỏc lũ xo 10 và 12 phục hồi vị trớ cõn bằng của con trượt 11.
4.4.5. Van servo
Cấu tạo của van tỷ lệ cú gồm ba bộ phận chớnh là : thõn van, con trượt, nam chõm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trỡnh của con trượt bằng cỏch thay đổi dũng điện điều khiển nam chõm. Cú thể điều khiển con trượt ở vị trớ bất kỳ trong hạm vi điều chỉnh nờn van tỷ lệ cú thể gọi là loại van điều khiển vụ cấp.
4.4.5. Van servo
Cấu tạo của van tỷ lệ cú gồm ba bộ phận chớnh là : thõn van, con trượt, nam chõm điện.
Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trỡnh của con trượt bằng cỏch thay đổi dũng điện điều khiển nam chõm. Cú thể điều khiển con trượt ở vị trớ bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nờn van tỷ lệ cú thể gọi là loại van điều khiển vụ cấp.
Bộ phận điều khiển con trượt của van servo (torque motor) thể hiện trờn gồm cỏc ở bộ phận sau:
+/ Nam chõm vĩnh cửu; +/ Phần ứng và hai cuộn dõy; +/ Cỏnh chặn và càng đàn hồi;
+/ ống đàn hồi; +/ Miệng phun dầu.
Hai nam chõm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hỡnh chữ nhật, phần ứng trờn đú cú hai cuộn dõy và cỏnh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nờn một kết cấu cứng vững. Định vị phần ứng và cỏnh chặn dầu là một ống đàn hồi, ống này cú tỏc dụng phục hồi cụm phần ứng và cỏnh chặn về vị trớ trung gian khi dũng điện vào hai cuộn dõy cõn bằng. Nối với cỏnh chặn dầu là càng đàn hồi, càng này nối trực tiếp với con trượt. Khi dũng điện vào hai cuộn dõy lệch nhau thỡ phần ứng bị hỳt lệch, do sự đối xứng của cỏc cực nam chõm mà phần ứng sẽ quay. Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đàn hồi, khe hở từ cỏnh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phớa này hở ra và phớa kia hẹp lại). Điều đú dẫn đến ỏp suất ở hai phớa của con trượt lệch nhau và con trượt được di chuyển. Như vậy:
+/ Khi dũng điện điều khiển ở hai cuộn dõy bằng nhau hoặc bằng 0 thỡ phần ứng, cỏnh, càng và con trượt ở vị trớ trung gian (ỏp suất ở hai buồng con trượt cõn bằng nhau).
+/ Khi dũng i
1 ≠ i
2 thỡ phần ứng sẽ quay theo một chiều nào đú tựy thuộc vào dũng điện của cuộn dõy nào lớn hơn. Giả sử phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ, cỏnh chặn dầu cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phớa trỏi rộng ra và khe hở ở miệng phun phớa phải hẹp lại. ỏp suất dầu vào hai buồng con trượt khụng cõn bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con trượt di chuyển về bờn trỏi,
hỡnh thành tiết diện chảy qua van (tạo đường dẫn dầu qua van). Quỏ trỡnh trờn thể hiện ở. Đồng thời khi con trượt sang trỏi thỡ càng sẽ cong theo chiều di chuyển của con trượt làm cho cỏnh chặn dầu cũng di chuyển theo. Lỳc này khe hở ở miệng phun trỏi hẹp lại và khe hở miệng phun phải rộng lờn, cho đến khi khe hở của hai miệng phun bằng nhau và ỏp suất hai phớa bằng nhau thỡ con trượt ở vị trớ cõn bằng. Quỏ trỡnh đú thể hiện ở
Mụmen quay phần ứng và mụmen do lực đàn hồi của càng cõn bằng nhau. Lượng di chuyển của con trượt tỷ lệ với dũng điện vào cuộn dõy.
+/ Tương tự như trờn nếu phần ứng quay theo chiều ngược lại thỡ con trượt sẽ di chuyển theo chiều ngược lại.
4.5. Van tiết lưu
Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu
chấp hành trong hệ thống thủy lực.
Van tiết lưu có thể đặt ở đường dầu vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành.
Van tiết lưu có cỏc loại sau:
+/ Tiết lưu cố định
Ký hiệu:
+/ Tiết lưu 2 chiều , thay đổi được lưu lượng. Ký hiệu:
Khi điều chỉnh vớt 2, tiết diện 3 thay đổi. tiết lưu được 2 chiều từ A qua B và ngược lại +/ Tiết lưu 1 chiều , thay đổi được lưu lượng.
Khi điều chỉnh vớt 1, tiết lưu khe hơ 3 thay đổi, tiết lưu lưu được chiều từ A sang B. Khi dầu đi từ B sang A, qua van một chiều 2 khụng tiết lưu được.
4.6. Van chặn
Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyờn lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thỡ phải cú tớn hiệu điều khiển bờn ngoài tỏc động vào cửa X.
a. Chiều A qua B, tỏc dụng như van một chiều;
b. Chiều B qua A cú dũng chảy, khi cú tỏc dụng tớn ngoài X; c. Ký hiệu.
4.7. ống dẫn, ống nối
Để nối liền cỏc phần tử điều khiển (cỏc loại van) với cỏc cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta dựng cỏc ống dẫn, ống nối hoặc cỏc tấm nối.
4.7.1. ống dẫn
a. Yờu cầu
ống dẫn dựng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực phổ biến là ống dẫn cứng (vật liệu ống bằng đồng hoặc thộp) và ống dẫn mềm (vải cao
su và ống mềm bằng kim loại cú thể làm việc ở nhiệt độ 1350C).
ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất ỏp suất trong ống nhỏ nhất. Để giảm tổn thất ỏp suất, cỏc ống dẫn càng ngắn càng tốt, ớt bị uốn cong để trỏnh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu.
b. Vận tốc dầu chảy trong ống
+/ ở ống hỳt: v = 0,5 ữ 1,5 m/s +/ ở ống nộn: p < 50bar thỡ v = 4 - 5 m/s p = 50 - 100bar thỡ v = 5 - 6 m/s p > 100bar thỡ v = 6 - 7 m/s +/ ở ống xả: v = 0,5 ữ 1,5 m/s Cỏc đường ống hỳt /// Cỏc đường ống nộn / Cỏc đường ống xả // c. Chọn kớch thước đường kớnh ống
Ta cú phương trỡnh lưu lượng chảy qua ống dẫn: Q = A.v Trong đú: Tiết diện: = ⇔ = Trong đú: d [mm]; Q [lớt/phỳt]; v [m/s].
Vậy kớch thước đường ống dẫn là:
4.7.2. Cỏc loại ống nối
a. Yờu cầu
Trong hệ thống thủy lực, ống nối cú yờu cầu tương đối cao về độ bền và độ kớn. Tựy theo điều kiện sử dụng ống nối cú thể khụng thỏo được và thỏo được.
b. Cỏc loại ống nối
Để nối cỏc ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với cỏc phần tử thủy lực, ta dựng cỏc loại ống nối được thể hiển như hỡnh dưới
a. ống nối vặn ren;
b. ống nối siết chặt bằng đai ốc.
4.7.3. Vũng chắn
a. Nhiệm vụ
Chắn dầu đúmg vai trũ quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bỡnh thường của cỏc phần tử thủy lực.
Chắn dầu khụng tốt, sẽ bị rũ dầu ở cỏc đầu nối, bị hao phớ dầu, khụng đảm bảo ỏp suất cao dẫn đến hệ thống hoạt động khụng ổn định.
b. Phõn loại
Để ngăn chặn sự rũ dầu, người ta thường dựng cỏc loại vũng chắn, vật liệu khỏc nhau, tựy thuộc vào ỏp suất, nhiệt độ của dầu.
Dựa vào bề mặt cần chắn khớt, ta phõn thành hai loại: +/ Loại chắn khớt phần tử cố định.
+/ Loại chắn khớt phần tử chuyển động.
c. Loại chắn khớt phần tử cố định
Chắn khớt những phần tử cố định tương đối đơn giản, dựng cỏc vũng chắn bằng chất dẻo hoặc bằng kim loại mềm (đồng, nhụm). Để tăng độ bền, tuổi thọ của vũng chắn cú tớnh đàn hồi, ta thường sử dụng cỏc cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (cao su nền vải, vũng kim loại, cao su lưu húa cựng lừi kim loại).
d. Loại chắn khớt cỏc phần tử chuyển động tương đối với nhau
Loại này được dựng rộng rói nhất, để chắn khớt những phần tử chuyển động. Vật liệu chế tạo là cao su chịu dầu, để chắn dầu giữa 2 bề mặt cú chuyển động tương đối (giữa pittụng và xilanh).
Để tăng độ bền, tuổi thọ của vũng chắn cú tớnh đàn hồi, tương tự như loại chắn khớt những phần tử cố định, thường ta sử dụng cỏc cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (vũng kim loại).
Để chắn khớt những chi tiết cú chuyển động thẳng (cần pittụng, cần đẩy điều khiển con trượt điều khiển với nam chõm điện,...), thường dựng vũng chắn cú tiết diện chử V, với vật liệu bằng da hoặc bằng cao su.
Trong trường hợp ỏp suất làm việc của dầu lớn thỡ bề dày cũng như số vũng chắn cần thiết càng lớn.
Bài 5 Điều chỉnh và ổn định vận tốc
Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực bằng cỏch thay đổi lưu lượng dầu chảy qua nú với hai phương phỏp sau:
+/ Thay đổi sức cản trờn đường dẫn dầu bằng van tiết lưu. Phương phỏp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng tiết lưu.
+/ Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu, tức là điều chỉnh lưu lượng của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực. Phương phỏp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng thể tớch.
Lựa chọn phương phỏp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cụng suất truyền động, ỏp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tớnh của bơm dầu,...
Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống dầu ộp, người ta dựng phương phỏp điều chỉnh vận tốc bằng thể tớch. Loại điều chỉnh này được thực hiện bằng cỏch chỉ đưa vào hệ thống dầu ộp lưu lượng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định. Do đú, nếu như khụng tớnh đến tổn thất thể tớch và cơ khớ thỡ toàn bộ năng lượng do bơm dầu tạo nờn đều biến thành cụng cú ớch.
5.1. Điều chỉnh bằng tiết lưu
Do kết cấu đơn giản nờn loại điều chỉnh này được dựng nhiều nhất trong cỏc hệ thống thủy lực của mỏy cụng cụ để điều chỉnh vận tốc của chuyển động thẳng cũng như chuyển động quay.
Ta cú: p.c.A.QxÄà= Khi A
x thay đổi ⇒ thay đổi Äp ⇒ thay đổi Q ⇒ v thay đổi.
ở loại điều chỉnh này bơm dầu cú lưu lượng khụng đổi, và với việc thay đổi tiết diện chảy của van tiết lưu, làm thay đổi hiệu ỏp của dầu, do đú thay đổi lưu lượng dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định. Lượng dầu thừa khụng thực hiện cụng cú ớch nào cả và nú được đưa về bể dầu.
Tuỳ thuộc vào vị trớ lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta cú hai loại điều chỉnh bằng tiết lưu sau: +/ Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào.
+/ Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường ra.