Nguyên lý làm việc (hình).
Khi tác động bằng tay, pittông nâng chi tiết lên gần nguồn nhiệt hơn. Khi
chi tiết đã được sấy khô, ta tác động bằng tay sang vị trí làm việc khác, chi tiết
được hạ xuống
54
van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt 1. 2 van cản
1.0 xilanh.
Sơ đồ mạch thủy lực
Hình 4.12. Sơ đồ mạch thuỷ lực nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy.
0.1 Cụm bơm
0.2 van tràn.
1.1 van đảo chiều 4/3 điều khiển bằng tay gạt.
1.2 van một chiều điều khiển được hướng chặn 1.0 xilanh.
Để cho chuyển động của xilanh đi xuống được êm và có thể dừng lại vị trí bất kỳ, ta lắp thêm van một chiều điều khiển được hướng chặn 1.2 vào đường nén
5.4. Máy khoan bàn
Hệ thống thủy lực điều khiển hai xilanh. Xilanh A mang đầu khoan đi
xuống với vận tốc đều được điều chỉnh được trong quá trình khoa, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trong quá trình khoan. Khi khoan xong, xilanh A
55
Hình 5.4. Hệ thống điều khiển máy khoan
Trong đó:
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn;
1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển hướng gạt; 1.2 Van giảm áp; 1.0 Xilanh A
1.3 Van tiết lưu một chiều;
2.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển hướng gạt; 2.2 Bộổn tốc; 2.3 Van một chiều;
2.4 Van cản;2.4 Van một chiều; 2.6 Van tiết lưu; 2.0 Xi lanh B.
5.5. Cơ cấu kẹp
Nguyên lý làm việc
56
1. Chi tiết 2. Hàm kẹp 3. Xilanh.
Khi tác động bằng tay, pittông mang hàm di động đi ra để kẹp chặt chi tiết. Khi gia công xong, thả tay ra pittông lùi về chi tiết được mở ra.
b. Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.11).
Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va
đập với chi tiết kẹp, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. ở Hình 4.11a van tiết lưu
một chiều đặt ở đường ra và ở Hình 4.11b van tiết lưu một chiều đặt ở đường vào.
Hình 4.15. Sơ đồ mạch thuỷ lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công.
0.1 cụm bơm
0.2 van tràn 0.3 áp kế
1.1 van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt 1.2 van tiết lưu một chiều 1.0 xilanh.
5.6. Thiết bị khoan
Vẽ và trình bày nguyên lý mạch điều khiển điện – thủy lực máy khoan tự động, theo yêu cầu công nghệ sau
57
Ban đầu khoan đi ra nhanh, đến chapj vào công tắc hành trình LS2 thi khoa
đi chậm lại.
Khi khoan hết chạm vào công tắc hành trình LS3 thi mũi khoan tự động trở
về với tốc độ nhanh, khi chạm vào LS1 hệ thống dừng lại.
Hình 5.6. Hệ thống điều khiển máy khoan
Sơ đô mạch thủy lực
58
5.7. Thiết bị dập khuôn
Quy trình mạch điều khiển theo nhịp với 2 xy – lanh biểu diễn trên hình 7.51. Khi tác động vào nút ấn S5, các xy – lanh sẽ thực hiện theo quy trình đề ra.
Hình 5.8. Quy trình điều khiển 2 xylanh
Mỗi nhịp đều có mạch tự duy trì. Sau khi ấn nút khởi động S5. Lần lượt nhịp 1 cho đến các nhịp tiếp theo sẽ đóng mạch. Nhịp cuối cùng tác động cho quy trình trở về vị tríban đầu.
59
Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm
điện, sơ đồ mạch điều khiển điện biểu diễn ở trên hình 6.53. Mặc dầu mỗi nhịp có mạch tự duy trì, nhưng nếu nhịp tiếp theo được thực hiện, khi nhịp trước đó
phải được xóa.
Hình 5.10. Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2.
- Mạch điều khiển với chọn chếđộ làm việc:
Quy trình gia công cũng tương tự với ví dụ trên. Điều kiện yêu cầu tiếp theo là xy - lanh B chuyển động, khi thỏa mãn điều kiện là áp suất trong xy -
lanh A đạt được giá trị cho phép. Như vậy áp suất trong xy - lanh A (xy - lanh) kẹp chi tiết được kiểm soát bằng rơle áp suất - điện.
60
Hình 7.55. Quy trình gia công với chọn chếđộ làm việc vàsơ đồ mạch điện điều khiển
Hình 5.11. Hệ thống điều khiển máy dập khuôn
5.8. Hệ thống đóng mở cửa kho
Để giảm áp suất trong mạch cấp cho động cơ 6, trong hệ thống lắp thêm van giảm áp 4 ở cửa vào của van phân phối 5. áp suất của bơm 3 được điều chỉnh bằng van tràn 2. Đồng bộ chuyển động của động cơ. Trong thực tế cần phải đảm bảđồng bộ chuyển động của hai hoặc nhiều cơ cấu chấp hành.
61
Hình 5.12. Đồng bộ chuyển động của hai xi lanh
Trên hình 84, a là sơ đồ thuỷ lực đồng bộ chuyển động của hai xi lanh. Bằng cách điều chỉnh hai tiết lưu 2 và 3 có thể điều chỉnh gần đúng tốc độ của
hai xi lanh 1 và 4. Trong hành trình ngược của hai xi lanh, chất lỏng sẽ đi qua
hai van ngược chiều lắp trong bộđiều chỉnh. Trên hình 84, b là sơ đồ với bộ chia
lưu lượng 9, trong đó các lỗ tiết lưu nằm trong con trượt 8. Hệ thống gồm bơm
cố định 5, bầu lọc 6 và van tràn 4. Van phân phối 7 dùng để đảo chiều chuyển
động của các xi lanh. Trong hành trình ngược chất lỏng từ các xi lanh qua van một chiều 3 về bể. III.2. Điều chỉnh và ổn định tốc độ của cơ cấu chấp hành Tuỳ
thuộc vào cách thay đổi lưu lượng vào động cơ, trong hệ thống thuỷ lực chia ra
hai phương pháp điều chỉnh và ổn định tốc độ của cơ cấu chấp hành: phương
pháp tiết lưu và phương pháp thể tích. Trong phương pháp tiết lưu, thay đổi lưu lượng vào động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi sức cản thuỷ lực trên
đường chấp hành và xả một phần chất lỏng về bể. Trong phương pháp thể tích,
thay đổi lưu lượng vào động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi lưu lượng riêng hoặc số vòng quay của bơm. Cả hai phương pháp đều được sở dụng rộng
r•i trong kỹ thuật, trong đó, phương pháp tiết lưu được sử dụng nhiều trong các hệ thống công suất nhỏ (5 – 10 sức ngựa), còn phương pháp thứ hai sử dụng
62
trong các hệ thống công suất lơn.III.2.1. Phương pháp tiết lưuPhương pháp tiết
lưu là phương pháp đơn giản và được sử dụng rộng rãi để điều chỉnh và ổn định tốc độ của động cơ. Ưu điểm cơ bản của phương pháp tiết lưu là khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ, đơn giản và có thể giảm lực điều khiển nhỏ đến 2-3 G khi sử dụng khuếch đại hai, ba cấp. Hệ thống này được sử dụng rộng r•i trong các hệ
thống tựđộng bởi vì nó cho phép sử dụng các tín hiệu có công suất nhỏ.
Hình 5.13. Điều chỉnh bằng tiết lưu
Tiết lưu có thể được mắc ở cửa vào của động cơ (hình 85, a), cửa ra của
động cơ (hình 85, b) hoặc song song với nó (hình 85, d). Trong cả ba trường hợp
đều có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ từ không đến lớn nhất. Lượng chất lỏng thừa do bơm cung cấp được xả về bể qua van tràn. Sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa ra (hình 85, b) có thể sử dụng trong trường hợp tải thay đổi lớn về giá trị và chiều. Trong khi đó, ở sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa vào nếu tải thay đổi về chiều, tốc
độ chuyển động của piston (hoặc trục động cơ) sẽ tăng, bởi vì tiết lưu không có ứng với sự thay đổi này (hình 85, a). Ngoài ra, trong sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa
vào, khi lưu lượng vào động cơ bị giảm đột ngột, piston chuyển động dưới tác
động của lực quán tính của các khối lượng chuyển động, sẽ tạo nên chân không trong khoang làm việc, có nghĩa là dòng chẩy không liên tục. Trong khi đó, nếu
63
mắc tiết lưu ở cửa ra, tốc độ của động cơ không thể tăng đột ngột do tiết lưu cản lại. Tuy nhiên, mắc tiết lưu ở cửa ra cũng có nhược điểm là khi dừng động cơ
tức thời thì trong đoạn đường ống giữa cửa ra của động cơ và tiết lưu áp suất có thể tăng đột ngột. Để tránh hiện tượng này, trong sơ đồ thường lắp van an toàn
b (hình 85, b). Điều kiện cân bằng của xi lanh trên hình 85, a có thể viết như sau (37) trong đó P1- áp suất làm việc của động cơ do tải gây nên;
Pb = const – áp suất của bơm; ∆p –độ chênh áp qua van tiết lưu;
P2 – áp suất đường hồi;
P – tải tác động vào động cơ;
T – lực ma sát; F=π(D2– d2) / 4 – diện tích làm việc của xi lanh; D và d- đường kính của piston và cần đẩy.
Khi mắc tiết lưu ở cửa ra (hình 85, b) ta có Pb F =p1 F + P ± T Vì p1 = p2+ ∆p nên ∆p=pb – p2 – (P±T)/F , (38)
trong đó
p1– áp suất trong khoang ra của xi lanh.
Từ công thức (37) và (38) suy ra độ chênh áp qua van tiết lưu, cũng như lưu lượng chất lỏng qua nó thay đổi trong cả hai trường hợp đều phụ thuộc vào tải tác động vào động cơ. Tương ứng là tốc độ chuyển động của động cơ cũng
phụ thuộc vào tải. Trong cả hai trường hợp trên, bơm đều làm việc ở chế độ lưu lượng lớn nhất và pb= const được điều chỉnh bằng van tràn, không phụ thuộc vào tải nên chúng đều có hiệu suất thấp. Lưu lượng của bơm được chọn để đảm bảo tốc độ lớn nhất của động cơ, vì vậy ở những tốc độ động cơ nhỏ, lượng dầu thừa của bơm sẽ xả về bể dưới áp suất pb chiếm một phần lưu lượng của bơm. Trường hợp xấu nhất là khi tốc độ của động cơ gần bằng không thì toàn bộ công suất của bơm chỉ dùng để làm nóng dầu qua van tiết lưu với áp suất lớn nhất.
64
chẩy về bể trong trường hợp này không qua van tràn như trong hai trường hợp trên mà qua chính van tiết lưu. Lưu lượng Qb của bơm trong trường hợp này
được chia thành hai nhánh, một nhánh Qdvào động cơ và nhánh kia Qt qua van tiết lưu và cảhai lưu lượng này đều tỷ lệ nghịch với sức cản (tải):
Qb = Qd + Qt (39)
Nếu ký hiệu sức cản của van tiết lưu là rt = Qt / ∆p, trong đó Qt và ∆p là lưu lượng và độ chênh áp của van tiết lưu thì lưu lượng Qt = rt∆p, bỏ qua áp suất
trên đường hồi, tức là ∆p = pb ta có Qt = rt .pbPhương trình cân bằng của xi lanh
trong trường hợp này có thể viết như sau
Pb F = P ± T hay , (40)
thay giá trị của Qt , với lưu ý của biểu thức (40), vào biểu thức (39) ta được Qd = Qb – ( P±T) rt / F (41)
Từ công thức (40) ta thấy rằng áp suất làm việc của bơm trong trường hợp tiết lưu mắc song song với động cơ không phải là đại lượng cố định mà phụ
thuộc vào tải tác động vào động cơ, nó tăng khi tải tăng và ngược lại, do đó sơ đồ này có đặc tính năng lượng tốt hơn và hiệu suất lớn hơn. Nhược điểm của sơ đồ này là độ ổn định thấp và đối với mỗi động cơ phải có bơm riêng. Từ biểu thức (41) ta thấy rằng khi tải thay đổi thì lưu lượng vào động cơ trong trường hợp mắc tiết lưu song song cũng thay đổi. Để loại trừ ảnh hưởng của tải đến lưu lượng của động cơ và qua đó là tốc độ chuyển động của nó phải mắc bộđiều tốc thay cho van tiết lưu. Tương tựnhư khi mắc van tiết lưu cũng có ba cách mắc bộ điều tốc. Sau đây sẽ lần lượt nghiên cứu các phương pháp đó. Mắc bộđiều tốc ở
cửa vào của động cơ. Hình 86 là sơ đồ thuỷ lực có bộ điều tốc mắc ở cửa vào của cơ cấu chấp hành. Chất lỏng từ bơm được đưa vào khoang a của van giảm áp 2, qua khe giữa piston và vỏ van vào khoang b, qua tiết lưu 4, van phân phối 3 vào khoang trái của xi lanh. Một phần chất lỏng từ bơm luôn xả về bể qua van
tràn do đó áp suất trước bộ điều tốc luôn cố định, không phụ thuộc vào tải tác
động vào xi lanh. Lưu lượng chất lỏng qua van tiết lưu được xác định bằng công thức
65
Q=μf.sqrt(2(p4– p5)/ρ)
trong đó μ – hệ sốlưu lượng của van tiết lưu;
f – diện tích lưu thông của van tiết lưu;
p4và p5 – áp suất trước và sau van tiết lưu; ρ – khối lượng riêng của chất lỏng.
Đây cũng chính là lưu lượng của động cơ, vì vậy nếu tải tác động vào động
cơ thay đổi mà hiệu p4– p5không đổi thì tốc độ của piston sẽ không đôi. Thực vậy, khi tải tăng, áp suất trong khoang trái của xi lanh tăng, tức là p5tăng làm
cho áp suất trong khoang c của van giảm áp tăng.
Để chuyển động của xi lanh đi xuống được êm và có thể dừng lại vị trí bất kỳ ta lắp thêm van một chiều điều khiển được hướng chặn 1.2 vào đường nén củaxilanh.
Hình 5.14. Hệ thống điều khiển dập
66
Trong đó:
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 Ap kế;
1.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển hướng gạt; 1.2 Van một chiều điều khiển được hướng chặn; 1.0 Xilanh.
5.9. 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 cách thay đổi lưu lượng dầu chảy qua nó với hai phương pháp sau:
Thay đổi sức cản trên đường dẫn dầu bằng van tiết lưu. Phương pháp 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 pháp điều chỉnh này gọi là điều chỉnh bằng thể tích.
Lựa chọn phương pháp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư
công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tính của bơm dầu,...
Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống dầu ép,
người ta dùng phương pháp điều chỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại điều chỉnh
này được thực hiện bằng cách chỉ đưa vào hệ thống dầu ép lưu lượng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định. Do đó, nếu như không tính đến tổn thất thể tích và cơ khí thì toàn bộ năng lượng do bơm dầu tạo nên đều biến thành công có ích.
5.9.1. Điều chỉnh bằng tiết lưu
Do kết cấu đơn giản nên loại điều chỉnh này được dùng nhiều nhất trong các hệ thống thủy lực của máy công cụ để điều chỉnh vận tốc của chuyển động thẳng cũng như chuyển động quay.
Khi Ax thay đổi ⇒ thay đổi Äp ⇒thay đổi Q ⇒ v thay đổi.
Ở loại điều chỉnh này bơm dầu có lưu lượng không đổi, và với việc thay
đổi tiết diện chảy của van tiết lưu, làm thay đổi hiệu áp của dầu, do đó thay đổi
lưu lượng dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định. Lượng dầu thừa không thực hiện công có ích nào cả và nó được đưa về bể dầu.
Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh bằng tiết lưu sau:
67
Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào.
Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường ra.
Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào
Là sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng tiết lưu ở đường vào. Van tiết lưu (0.4) đặt ở đường vào của xilanh (1.0). Đường ra của xilanh được dẫn về bể dầu qua van cản (0.5). Nhờ van tiết lưu (0.4), ta có thể điều chỉnh hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu, tức là điều chỉnh được lưu lượng chảy qua van tiết lưu vào xilanh
(bằng cách thay đổi tiết diện chảy Ax), do đó làm thay đổi vận tốc của pittông.
Lượng dầu thừa (QT) chảy qua van tràn (0.2) về bể dầu.
Van cản (0.5) dùng để tạo nên một áp nhất định (khoảng 3÷8bar) trong buồng bên
phải của xilanh (1.0), đảm bảo pittông chuyển động êm, ngoài ra van cản (0.5) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trọng
thay đổi ngột.