L ỜI NểI ĐẦU
2.4. Đo ỏp suất và lưu lượng
2.4.1. Đo ỏp suất
a. Đo ỏp suất bằng ỏp kế lũ xo
Nguyờn lý đo ỏp suất bằng ỏp kế lũ xo: dưới tỏc dụng của ỏp lực, lũ xo bị biến dạng, qua cơ cấu thanh truyền hay đũn bẩy và bỏnh răng, độ biến dạng của lũ xo sẽ chuyển đổi thành giỏ trị được ghi trờn mặt hiện số.
b. Nguyờn lý hoạt động của ỏp kế lũ xo tấm
Dưới tỏc dụng của ỏp suất, lũ xo tấm (1) bị biến dạng, qua trục đũn bẩy (2), chi tiết hỡnh đỏy quạt (3), chi tiết thanh răng (4), kim chỉ (5), giỏ trị ỏp suất được thể hiện trờn mặt số.
2.4.2. Đo lưu lượng
a. Đo lưu lượng bằng bỏnh hỡnh ụvan và bỏnh răng
Hỡnh 2.21. Đo lưu lượng bằng bỏnh răng Ovan và bỏnh răng
Chất lỏng chảy qua ống làm quay bỏnh ụvan và bỏnh răng, độ lớn lưu lượng được xỏc định bằng lượng chất lỏng chảy qua bỏnh ụvan và bỏnh răng.
b. Đo lưu lựơng bằng tuabin và cỏnh gạt
Chất lỏng chảy qua ống làm quay cỏnh tuabin và cỏnh gạt, độ lớn lư u lượng được xỏc định bằng tốc độ quay của cỏnh tuabin và cỏnh gạt.
Hỡnh 2.22. Đo lưu lượng băng tubin cỏnh gạt
c. Đo lưu lượng theo nguyờn lý độ chờnh ỏp
Hai ỏp kế được đặt ở hai đầu của màng ngăn, độ lớn lưu lượng được xỏc định bằng độ chờnh lệch ỏp suất (tổn thất ỏp suất) trờn hai ỏp kế p
1 và p
2. Q
V = p
Hỡnh 2.23 Đo lưu lượng theo nguyờn lý chờnh ỏp
d. Đo lưu lượng bằng lực căng lũ xo
Chất lỏng chảy qua ống tỏc động vào đầu đo, trờn đầu đo cú gắn lũ xo, lưu chất chảy qua lưu lượng kế ớt hay nhiều sẽ được xỏc định qua kim chỉ.
Hỡnh 2.24. Đo lưu lượng bằng lực căng lũ xo
2.6. Bỡnh trớch chứa
2.6.1. Nhiệm vụ
Bỡnh trớch chứa là cơ cấu dựng trong cỏc hệ truyền dẫn thủy lực để điều hũa năng lượng thụng qua ỏp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc. Bỡnh trớch chứa làm việc theo hai quỏ trỡnh: tớch năng lượng vào và cấp năng lượng ra.
Bỡnh trớch chứa được sử dụng rộng rói trong cỏc loại mỏy rốn, mỏy ộp, trong cỏc cơ cấu tay mỏy và đường dõy tự động,... nhằm làm giảm cụng suất của bơm, tăng độ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thủy lực.
2.6.2. Phõn loại
Theo nguyờn lý tạo ra tải, bỡnh trớch chứa thủy lực được chia thành ba loại, thể hiện ở
hỡnh 2.25
Hỡnh 2.25. Cỏc loại bỡnh trớch chứa thủy lực a. Bỡnh trớch chứa trọng vật; b. Bỡnh trớch chứa lũ xo; c. Bỡnh trớch chứa thủy khớ; d. Ký hiệu a. Bỡnh trớch chứa trọng vật a b c d
Bỡnh trớch chứa trọng vật tạo ra một ỏp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua lực ma sỏt phỏt sinh ở chổ tiếp xỳc giữa cơ cấu làm kớn và pittụng và khụng tớnh đến lực quỏn của pittụng chuyển dịch khi thể tớch bỡnh trớch chứa thay đổi trong quỏ trỡnh làm việc.
Bỡnh trớch chứa loại này yờu cầu phải bố trớ trọng vật thật đối xứng so với pittụng, nếu khụng sẽ gõy ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kớn. Lực tỏc dụng ngang này sẽ làm hỏng cơ cấu làm kớn và ảnh hưởng xấu đến quỏ trỡnh làm việc ổn định của bỡnh trớch chứa.
Bỡnh trớch chứa trọng vật là một cơ cấu đơn giản, nhưng cồng kềnh, thường bố trớ ngoài xưởng. Vỡ những lý do trờn nờn trong thực tế ớt sử dụng loại bỡnh này.
b. Bỡnh trớch chứa lũ xo
Quỏ trỡnh tớch năng lượng ở bỡnh trớch chứa lũ xo là quỏ trỡnh biến năng lượng của lũ xo. Bỡnh trớch chứa lo xo cú quỏn tớnh nhỏ hơn so với bỡnh trớch chứa trọng vật, vỡ vậy nú được sử dụng để làm tắt những va đập thủy lực trong cỏc hệ thủy lực và giữ ỏp suất cố định trong cỏc cơ cấu kẹp.
c. Bỡnh trớch chứa thủy khớ
Bỡnh trớch chứa thủy khớ lợi dụng tớnh chất nộn được của khớ, để tạo ra ỏp suất chất lỏng. Tớnh chất này cho bỡnh trớch chứa cú khả năng giảm chấn. Trong bỡnh trớch chứa trọng vật ỏp suất hầu như cố định khụng phụ thuộc vào vị trớ của pittụng, trong bỡnh
trớch chứa lo xo ỏp suất thay đổi tỷ lệ tuyến tớnh, cũn trong bỡnh trớch chứa thủy khớ ỏp suất chất lỏng thay đổi theo những định luật thay đổi ỏp suất của khớ.
Theo kết cấu bỡnh trớch chứa thủy khớ được chia thành hai loại chớnh:
+/ Loại khụng cú ngăn: loại này ớt dựng trong thực tế (Cú nhược điểm: khớ tiếp xỳc trực tiếp với chất lỏng, trong quỏ trỡnh làm việc khớ sẽ xõm nhập vào chất lỏng và gõy ra sự làm việc khụng ổn định cho toàn hệ thống. Cỏch khắc phục là bỡnh trớch chứa phải cú kết cấu hỡnh trụ nhỏ và dài để giảm bớt diện tớch tiếp xỳc giữa khớ và chất lỏng).
Hình 2.26. Bình trích chứa thủy khí có ngăn
Bỡnh trớch chứa thủy khớ cú ngăn phõn cỏch hai mụi trường được dựng rộng rói trong những hệ thủy lực di động. Phụ thuộc vào kết cấu ngăn phõn cỏch, bỡnh loại này được phõn ra thành nhiều kiểu: kiểu pittụng, kiểu màng,...
Cấu tạo của bỡnh trớch chứa cú ngăn bằng màng gồm: trong khoang trờn của bỡnh trớch chứa thủy khớ, được nạp khớ với ỏp suất nạp vào là p
n, khi khụng cú chất lỏng làm việc trong bỡnh trớch chứa.
Nếu ta gọi p
min là ỏp suất nhỏ nhất của chất lỏng làm việc của bỡnh trớch chứa, thỡ p
n ≈ p
min. ỏp suất p
max của chất lỏng đạt được khi thể tớch của chất lỏng trong bỡnh cú được ứng với giỏ trị cho phộp lớn nhất của ỏp suất khớ trong khoang trờn.
Khớ sử dụng trong bỡnh trớch chứa thường là khớ nitơ hoặc khụng khớ, cũn chất lỏng làm việc là dầu.
Việc làm kớn giữa hai khoang khớ và chất lỏng là vụ cựng quan trọng, đặc biệt là đối với loại bỡnh làm việc ở ỏp suất cao và nhiệt độ thấp. Bỡnh trớch chứa loại này cú thể làm việc ở ỏp suất chất lỏng 100kG/cm2.
Đối với bỡnh trớch chứa thủy khớ cú ngăn chia đàn hồi, nờn sử dụng khớ nitơ, cũn khụng khớ sẽ làm cao su mau hỏng.
Nguyờn tắc hoạt động của bỡnh trớch chứa loại này gồm cú hai quỏ trỡnh đú làquỏ trỡnh nạp và quỏ trỡnh xả.
Hỡnh 2.27. Quỏ trỡnh nạp
BÀI 3. CƠ CẤU CHẤP HÀNH 3.1 Xilanh thủy lực
Nhiệm vụ: Xylanh thủy lực là cơ cấu chấp hành của truyền dẫn thủy lực để thực hiện di chuyển thẳng.
Phõn loại: Xylanh thủy lực được chia thành hai loại xylanh lực và xylanh quay. Trong xylanh lực chiều di chuyển tương đối giữa pittụng và xylanh là chiều di chuyển tịnh tiến, trong xylanh quay, chiều di chuyển tương đối giữa pittụng và xylanh là chiều di chuyển quay, gúc thường nhỏ hơn 3600.
3.1.1. Xy lanh tỏc động đơn. a. Cấu tạo
1: Thõn xylanh 2; 3: Mặt bớch hụng 4: Cần pittụng
5: Pittụng 6: Ổ trượt 7: Vũng chắn dầu
8: Vũng đệm 9: Vũng chắn hỡnh O 10: Lũ xo hồi vị 11: Cửa dẫn dầu vào
b. Nguyờn lý làm việc
Với xylanh tỏc động đơn, chất lỏng chỉ tỏc dụng theo một chiều. Hành trỡnh ngược lại được tỏc dụng bằng lực đẩy của lũ xo.
Lực đẩy pittụng phụ thuộc vào ỏp suất và diện tớch cản của pittụng, nếu khụng kể đến lực ma sỏt tỏc dụng lờn pittụng.
Lực tỏc dụng lờn pittụng = .
3.1.2. Xy lanh tỏc động kộp.
a. Cấu tạo
Hỡnh Cấu tạo xylanh tỏc động kộp
1: Thõn 2; 3: Mặt bớch hụng 4: Cần pittụng 5: Pittụng 6: Ổ trượt 7: Vũng chắn dầu 8: Vũng đệm 9: Tấm nối 10; 14: Vũng chắn hỡnh O 11: Vũng chắn pittụng 12; 17: Ống nối 13: Tấm dẫn hướng 15: Đai ốc 16: Vớt vặn
b. Nguyờn lý làm việc: Xylanh tỏc động kộp cho phộp chất lỏng tỏc dụng cả hai chiều tạo nờn chiều di chuyển hai chiều của pittụng
c. Tớnh toỏn xylanh
- Diện tớch A, lực F, và ỏp suất P
(Lực F, và ỏp suất P trong xylanh) = . = .( ư )
+ Lực Ft = P.A + Áp suất = Trong đú:
A: Diện tớch tiết diện pittụng (cm2) D: Đường kớnh của xylanh (cm) d: Đường kớnh của cần pittụng (cm) P: Áp suất (bar)
Ft: Lực (kN)
Nếu tớnh đến tổn thất thể tớch ở xylanh, để đơn giản, ta chọn + Áp suất: =
. . 10
+ Diện tớch pittụng: = . . 10ư
d: Đường kớnh của pittụng (mm) η: Hiệu suất, lấy theo bảng sau:
P (bar) 20 120 160
η (%) 85 90 95
Như vậy pittụng bắt đầu chuyển động được khi lực Ft > FG + FA + FR Trong đú:
FG: Trọng lượng FA: Lực gia tốc FR: Lực mỏt
- Quan hệ giữa lưu lượng Q, vận tốc v và diện tớch A Lưu lượng chảy vào xylanh tớnh theo cụng thức sau: Q = A.v
Vớ dụ: Cho cơ cấu ộp thủy lực như hỡnh vẽ dưới. Hóy tớnh lực tỏc dụng (F) và thời gian (t) của hành trỡnh ộp.
Giải:
- Gọi F là lực tỏc dụng lờn pittụng.
Phương trỡnh cõn bằng lực: ⃑+ ⃗ + ⃗ = 0
Suy ra F = F1 - F2 = . ư ư = 58,87( ) - Thời gian t của hành trỡnh ộp
Cú = . . suy ra = . = , . .( , ) .
. = 3,68( )
3.1.3. Xy lanh quay
- Cấu tạo: Cấu tạo của xylanh quay thể hiện hỡnh
- Xylanh quay cú khả năng tạo mụmen quay rất lớn. Gúc quay phụ thuộc vào số cỏnh gạt của trục. Đối với xylanh cú một cỏnh gạt, gúc quay cú thể đạt 270 – 2800 . Giỏ trị lý thuyết mụ men quay M và vận tốc gúc trờn trục xylanh cú thể tớnh theo cụng thức:
= . =∆ . . =∆ ( ư ). 2 . + 4 = ∆ . 8 . ( ư ) = 8. . ( ư ) Trong đú: P: Lực ỏp suất tỏc động lờn cỏnh gạt
R: Khoảng cỏch từ trọng tõm diện tớch làm việc của cỏnh gạt đến tõm quay ∆P: Chờnh lệch ỏp suất giữa hai phớa cỏnh gạt
D: Đường kớnh trong của xylanh d: Đường kớnh trục lắp cỏnh gạt
b: Chiều rộng cỏnh gạt (theo chiều dài xylanh)
Nếu sử dụng nhiều cỏnh gạt thỡ mụ men quay sẽ tăng với số lần bằng cỏnh gạt, nhưng gúc quay sẽ giảm với số lần như thế.
= .∆ . . ( ư ) = .
. ( ư )
Tờn gọi:
- Barrel: Vỏ xy lanh - Piston: Quả piston
- Cylinder rod: Cỏn xy lanh - Gland: Cổ xy lanh
- Pin eye / Clevis: Tai lắp ghộp
- Ports: Đường dầu cấp vào/ra xy lanh
- Piston seal; Rod seal, Wear ring; O-ring; Wiper...: Bộ gioăng phớt làm kớn
3 thụng số quan trọng nhất của một xy lanh thủy lực là: Đường kớnh lũng xy lanh (bore), thường được ký hiệu là D; đường kớnh cỏn (rod) – d và hành trỡnh làm việc
(stroke), tức là khoảng chạy của cỏn xy lanh, - s.
D và d biểu thị kớch cỡ và khả năng tạo lực đẩy/kộo cho xy lanh S biểu thị chiều dài và tầm với, khoảng làm việc của xy lanh đú.
3.2 Động cơ thủy lực.
Về cấu tạo và nguyờn lý làm việc của động cơ thủy lực tương tự như mỏy bơm thủy lực ( xem bài 2)
3.2.1. Bơm bỏnh răng. 3.2.2. Bơm trục vớt 3.2.3. Bơm cỏnh gạt 3.2.4. Bơm pittụng.
BÀI 4. CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC
4.1. Khỏi niệm
Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mụ tả qua sơ đồ hỡnh 4.1, gồm cỏc cụm và phần tử chớnh, cú chức năng sau:
a. Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (...)
b. Phần tử nhận tớn hiệu: cỏc loại nỳt ấn (...)
c. Phần tử xử lý: van ỏp suất, van điều khiển từ xa (...)
d. Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...)
e. Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu.
4.2. Van ỏp suất
4.2.1. Nhiệm vụ
Van ỏp suất dựng để điều chỉnh ỏp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số ỏp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực.
4.2.2. Phõn loại
Van ỏp suất được ký hiệu bằng ụ vuụng, hướng điều khiển được biểu thị bằng mũi tờn. Cửa van được ký hiệu là P (cửa ỏp suất) và T (nối thựng chứa) hoặc A và B.
Vị trớ của van trong ụ vuụng biểu thị van là đúng hoàn toàn hay mở hoàn toàn.
Van mở
Lưu lượng từ P đến A
Van đúng
Một sự khỏc biệt giữa van ỏp suất đặt và van ỏp suất điều chỉnh là mũi tờn xuyờn qua lũ xo.
Van ỏp suất đặt
Van ỏp suất điều chỉnh
Van ỏp suất được chia thành cỏc van an toàn và van điều chỉnh ỏp suất.
Van điều ỏp
4.2.3. Và an toàn (pressure relief valve)
Van an toàn dựng để hạn chế việc tăng ỏp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quỏ trị số quy định.
Tại vị trớ đúng hoàn toàn ỏp suất điều khiển được xỏc định tại đầu vào P. Áp suất này tỏc động lờn bề mặt piston và bề mặt piston này cú xu hướng chống lại lực đẩy của lũ xo. Nếu lực của ỏp suất gõy ra tỏc động lờn bề mặt piston lớn hơn lực đẩy của lũ xo thỡ van sẽ mở. Bằng cỏch này cú thể đặt giới hạn của ỏp suất đầu ra ở một giỏ trị cố định.
Ký hiệu của van tràn và van an toàn:
4.2.3.1. Phõn loại
Theo cấu tạo van an toan cú cỏc loại sau: +/ Kiểu van bi (trụ, cầu)
+/ Kiểu con trượt (pittụng)
+/ Van điều chỉnh hai cấp ỏp suất (phối hợp)
4.2.3.1.1. Kiểu van bi, trụ cầu.
a. cấu tạo:
b. Nguyờn lý làm việc. Khi ỏp suất p
1 do bơm dầu tạo nờn vượt quỏ mức điều chỉnh, nú sẽ thắng lực lũ xo, van mở cửa và đưa dầu về bể. Để điều chỉnh ỏp suất cần thiết nhờ vớt điều chỉnh ở phớa trờn.
Kiểu van bi cú kết cấu đơn giản nhưng cú nhược điểm: khụng dựng được ở ỏp suất cao, làm việc ồn ào. Khi lũ xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho ỏp suất trong hệ thống giảm đột ngột.
4.2.3.1.2. Kiểu van con trượt
a. Cấu tạo.
b. Nguyờn lý làm việc
Giải thớch: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng A. Nếu như lực do ỏp suất dầu tạo nờn là F lớn hơn lực điều chỉnh của lũ xo F
lx và trọng lượng G của pittụng, thỡ pittụng sẽ dịch chuyển lờn trờn, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dựng để thỏo dầu rũ ở buồng trờn ra ngoài.
Nghĩa là: p
1 ↑ ⇒? pittụng đi lờn một đoạn x ⇒? dầu ra cửa 2 nhiều ⇒? p
1 ↓ để ổn định.
Vỡ tiết diện A khụng thay đổi, nờn ỏp suất cần điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào Flx của lũ xo.
Loại van này cú độ giảm chấn cao hơn loai van bi, nờn nú làm việc ờm hơn. Nhược điểm của nú là trong trường hợp lưu lượng lớn với ỏp suất cao, lũ xo phải cú kớch thước lớn, do đú làm tăng kớch thước chung của van.
4.2.3.1.3. Van điều chỉnh hai cấp ỏp suất
Trong van này cú 2 lũ xo: lũ xo 1 tỏc dụng trực tiếp lờn bi cầu và với vớt điều chỉnh, ta cú thể điều chỉnh được ỏp suất cần thiết. Lũ xo 2 cú tỏc dụng lờn bi trụ (con trượt), là loại lũ xo yếu, chỉ cú nhiệm vụ thắng lực ma sỏt của bi trụ. Tiết diện chảy là rónh hỡnh tam giỏc. Lỗ tiết lưu cú đường kớnh từ 0,8 1 mm.
b. Nguyờn lý làm việc. Dầu vào van cú ỏp suất p
1, phớa dưới và phớa trờn của con trượt đều cú ỏp suất dầu. Khi ỏp suất dầu chưa thắng được lực lũ xo 1, thỡ ỏp suất p
1 ở phớa dưới và ỏp suất p
2 ở phớa trờn con trượt bằng nhau, do đú con trượt đứng yờn.
Nếu ỏp suất p
1 tăng lờn, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua con trượt, lờn van bi chảy về bể. Khi dầu chảy, do sức cản của lỗ tiết lưu, nờn p
1 > p
2, tức là một hiệu ỏp ∆p = p
1 - p
2 được hỡnh thành giữa phớa dưới và phớa trờn con trượt. (Lỳc này cửa 3 vẫn đúng)
Khi p
1 tăng cao thắng lực lũ xo 2 ⇒ lỳc này cả 2 van đều hoạt động.
Loại van này làm việc rất ờm, khụng cú chấn động. ỏp suất cú thể điều chỉnh trong phạm vi rất rộng: từ 5 63 bar hoặc cú thể cao hơn.
4.2.4. Van cản
Van cản cú nhiệm vụ tạo nờn một sức cản trong hệ thống nờn hệ thống luụn cú đầu