5. Các phần thủy lực cơ bản trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích
5.4 Các bộ phận khác
Các bộ phận phụ dùng trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích gồm: các ống dẫn, các đầu nối ống, thùng chứa chất lỏng, bộ lọc, bình tích năng, máy tăng áp, bộ phận làm kín,…
a) Ống dẫn, ống nối.
Các ống dẫn, ống nối dùng để nối liền các phần tử điều khiển với các cơ cấu chấp hành và hệ thống cung cấp năng lượng. Qua đó dẫn chất lỏng từ bơm đến động cơ thủy lực.
*) Ống dẫn:
Tùy theo điều kiện làm việc, người ta dùng loại ống dẫn mềm hoặc cứng. Các ống dẫn thường phải chịu áp suất cao nên cần chú ý sức bền của ống và độ khít ở các đầu nối. Khi lắp ráp các ống có áp suất cao cần tránh lắp quá găng gây ứng suất trước trong thành ống để tránh nứt, vỡ ống. Ngoài ra, để giảm tổn thất áp suất các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít sự uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu.
*) Các loại ống nối:
Tùy theo điều kiện sử dụng mà có thể dùng ống nối tháo được hoặc khơng tháo được.
Hình 5-14 Các loại ống nối.
a) Ống nối vặn ren; b) Ống nối siết chặt bằng đai ốc. *) Vịng chắn:
- Chắn dầu đóng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bình thường của các phần tử thủy lực. Chắn dầu khơng tốt sẽ bị rị dầu ở các đầu nối, làm hao phí dầu, khơng đảm bảo áp suất cao dẫn đến hệ thống hoạt động khơng ổn định. - Để ngăn chặn sự rị dầu, người ta thường sử dụng các loại vòng chặn, vật liệu khác nhau tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ của chất lỏng làm việc. Dựa vào bề mặt cần làm kín, ta chia thành hai loại:
+ Loại làm kín phần tử cố định + Loại làm kín phần tử chuyển động.
b) Thùng chứa chất lỏng. *) Chức năng:
Thùng chứa chất lỏng có các chức năng chính sau:
- Cung cấp chất lỏng cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận chất lỏng chảy về)
- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình làm việc của chất lỏng (chủ yếu do bơm dầu tạo ra)
- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc. - Tách nước.
*) Yêu cầu:
Thùng chứa chất lỏng trong hệ thống truyền động thủy lực cần đảm bảo đủ lượng dầu làm việc trong hệ thống, đảm bảo lọc sạch và làm nguội tốt.
Đối với các hệ thống truyền động thủy lực có một xilanh tác dụng đơn, ta thường làm thể tích của thùng gấp 5 ÷ 6 lần thể tích của xilanh lực. Thường thể tích của thùng được tính theo thể tích chất lỏng chứa trong hệ thống (trong động cơ thủy lực, trong lưới ống, trong bình tích năng,…), lượng dầu mất mát do rị rỉ trong quá trình làm việc. Nhiều khi để nâng cao hiệu suất và giảm tiếng ổn của bơm, người ta đặt bơm ngập vào chất lỏng trong thùng dầu. Thể tích phần khơng khí trên mặt thống của thùng nên để khoảng 10 ÷ 15% thể tích thùng.
Có hai loại thùng: kín và hở. Trong điều kiện có thể nên làm thùng kín và tăng áp suất trên mặt thoáng của chất lỏng trong thùng để nâng cao khả năng chịu tải của máy.
*) Kết cấu của thùng chứa chất lỏng.
Hình 5-15 Kết cấu thùng chứa chất lỏng.
1- Động cơ dẫn động bơm; 2- Ống đẩy; 3- Bộ lọc; 4- Ngăn hút; 5- Vách ngăn; 6- Ngăn xả; 7- Mắt dầu; 8- Nắp thúng dầu; 9- Ống xả dầu
về.
Về cơ bản thùng chứa dầu và nguồn cung cấp năng lượng cho chất lỏng được bố trí như trong hình sau.
Thùng chứa dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc 5. Khi khởi động động cơ 1, kéo bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc 3 cấp cho hệ thống, dầu xả về được cho vào một ngăn khác.
Dầu thuờng đổ vào thùng qua cửa 8 bố trí trên nắp bể lọc và ống xả 9 được đặt vào gần sát thùng chứa. Có thể kiểm tra mức dầu trong thùng nhờ mắt dầu 7. Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống đảm bảo được sạch. Sau một thời gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới.
c) Bộ lọc dầu. *) Nhiệm vụ:
Trong q trình làm việc dầu khơng thể tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài xâm nhập vào hoặc bo tự bản thân dầu tạo ra. Những chất bản ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu ép, gây trở ngại, hư hỏng trong hệ thống. Vì vậy người ta lắp các bộ lọc vào trong các hệ
thống truyền động thủy lực để lọc các cặn bẩn của dầu, bảo đảm cho hệ thống làm việc bình thường.
*) Phân loại:
- Theo kích thước của phần tử lọc, chia ra: + Bộ lọc thơ
+ Bộ lọc trung bình + Bộ lọc tinh
+ Bộ lọc đặc biệt tinh.
- Theo kết cấu của bộ lọc, chia ra: + Bộ lọc lưới
+ Bộ lọc lá, sợi thủy tinh + Bộ lọc hóa học
+ Bộ lọc ly tâm...
*) Cách lắp bộ lọc trong hệ thống:
Chúng ta có thể lắp các bộ lọc vào hệ thống ở trên đường hút, đuờng nén hay đường xả. Nhưng khi lắp các bộ lọc cần chú ý:
- Giảm sức cản tối thiểu của lọc đối với dòng chảy. - Nên lắp bộ lọc trên đường ống chính.
d) Thiết bị đo áp suất và lưu lượng. *) Thiết bị đo áp suất.
Để biết được áp suất làm việc của dòng chất lỏng trong hệ thống người ta sử dụng các đồng hồ đo áp suất.
- Đo áp suất bằng áp kế lò xo:
Nguyên lý hoạt động: dưới tác dụng của áp lực chất lỏng, lò xo bị biến dạng, qua cơ cấu thanh truyền hay đòn bẩy và bánh răng, độ biến dạng của lò xo làm kim quay và chỉ giá trị ghi trên mặt đồng hồ.
Hình 5-16 áp kế lị xo. - Áp kế lị xo tấm:
Nguyên lý hoạt động: dưới tác dụng của áp lực chất lỏng, lị xo tấm bị biến dạng, thơng qua các cơ cấu truyền động (trục đòn bẩy, chi tiết hình đáy quạt, thanh răng) làm cho kim quay và chỉ giá trị ghi trên mặt đồng hồ.
Hình 5-17 Áp kế lò xo tấm.
1- Kim chỉ; 2- Thanh răng; 3- Cung răng; 4- Thanh đẩy; 5- Lị xo tấm. *) Thiết bị đo lưu lượng.
Có các phương pháp đo lưu lượng chủ yếu sau:
- Đo lưu lượng bằng bánh hình ơvan và bánh răng - Đo lưu lượng bằng tuabin và cánh gạt
- Đo lưu lượng theo nguyên lý độ chênh áp. - Đo lưu lượng bằng lực căng lị xo.
e) Bình tích năng. *) Nhiệm vụ:
Trong hệ thống thủy lực có nhu cầu năng lượng khác nhau trong từng thời điểm, trong khi đó năng lượng của bơm thì khơng đổi. Để đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường và nâng cao hiệu suất của nó người ta dùng bình tích năng.
A B A B 1 2 3 4 5
Bình tích năng có nhiệm vụ tích trữ năng lượng thừa khi hệ thống khơng dùng hết và cung cấp thêm năng lượng khi yêu cầu của hệ thống vượt khả năng của bơm.
*) Phân loại:
Theo nguyên lý tạo ra tải, bình tích năng được chia ra ba loại sau: - Bình tích năng kiểu trọng vật - Bình tích năng lị xo. - Bình tích năng thủy khí. 4 3 2 1 5 6 c) b) a) Hình 5-18 Các loại bình tích năng. 1- Trọng vật; 2- Piston; 3- Đệm làm kín;
4- Buồng thơng với chất lỏng; 5- Lị xo ép; 6- Buồng chứa khí. *) Bình tích năng trọng vật (hình 5-18.a):
Bình tích năng trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua lực ma sát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và piston và khơng tính đến lực quán tính của piston chuyển dịch khi thể tích bình tích năng thay đổi trong q trình làm việc.
Bình tích năng loại này u cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng với piston, nếu không sẽ gây ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kín. Lực tác dụng ngang này sẽ làm hỏng cơ cấu làm kín và ảnh hưởng xấu đến q trình làm việc ổn định của bình tích năng.
Bình tích năng trọng vật tuy có kết cấu đơn giản, nhưng cồng kềnh, thường bố trí ngồi xưởng. Thực tế loại này ít được sử dụng.
*) Bình tích năng lị xo (hình 5-18.b):
Q trình tích năng lượng ở bình tích năng lị xo là q trình biến năng lượng của lị xo. Bình tích năng lị xo có qn tính nhỏ hơn so với bình tích năng trọng vật, vì vậy nó được sử dụng để làm tắt những va đập thủy lực trong các hệ thống thủy lực và giữ áp suất cố định trong các cơ cấu kẹp.
*) Bình tích năng thủy khí (hình 5-18.c):
Bình tích năng thủy khí lợi dụng tính chất nén được của khí để tạo ra áp suất chất lỏng. Tính chất này cho bình tích năng có khả năng giảm chấn. Trong bình tích năng trọng vật áp suất hầu như cố định khơng phụ thuộc vào vị trí của piston, trong bình tích năng lị xo áp suất thay đổi tỷ lệ tuyến tính, cịn trong bình tích năng thủy khí áp suất chất lỏng thay đổi theo những quy luật thay đổi áp suất của khí.
Theo kết cấu bình tích năng thủy khí được chia thành hai loại:
- Loại khơng có ngăn: loại này ít dùng trong thực tế vì có nhiều nhược điểm: khí tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, trong q trình làm việc khí sẽ xâm nhập vào chất lỏng và gây ra sự làm việc khơng ổn định cho tồn hệ thống. để khắc phục bình tích năng phải có dạng hình trụ nhỏ và dài để giảm bớt diện tích tiếp xúc giữa khí và chất lỏng.
- Loại có ngăn: loại này có sự ngăn cách hai mơi trường khí và chất lỏng. Chúng được dùng nhiều trong các hệ thủy lực di động. Tùy thuộc vào kết cấu ngăn phân cách, loại bình tích năng này được phân thành nhiều kiểu: kiểu piston, kiểu màng,...
+ Kết cấu và nguyên lý làm việc của loại bình tích năng thủy khí có ngăn cách: Chất lỏng chảy theo đường ống 6 qua van 5 vào khoang 8 thơng với bình tích năng rồi sang đường ống 7. Piston 2 ngăn cách phần khí ở trên và chất lỏng ở dưới. Để tránh sự rị rỉ của khí người ta lắp vịng đệm cao su 3 trên thân piston. Khóa 1 ở trên cùng bình tích năng để dẫn khí vào hoặc ra khỏi bình. Khi động cơ thủy lực không dùng hết năng lượng (áp năng), chất lỏng dưới áp suất cao được dồn vào bình đẩy piston lên nén khí lại. Như vậy chất lỏng đã tích cho piston một thế năng và cho khí một áp năng. Khi động cơ thủy lực đòi hỏi năng lượng lớn, chất lỏng sẽ phải dồn vào động cơ nhiều, vượt quá khả năng cung cấp của bơm làm áp suất trong hệ thống giảm xuống. Lúc đó khí ở ngăn trên dãn nở ra đẩy piston hạ xuống, đẩy chất lỏng ra khỏi bình bổ sung năng lượng cho hệ thống.
Kết luận: Khi dùng bình tích năng, ta khơng cần phải dùng bơm lớn, tránh được lãng phí. 1 2 3 4 5 6 7 8
Hình 5-19 Bình tích năng thủy khí có ngăn.
1-Khóa khí; 2- Piston; 3- đệm làm kín;4- Vỏ bình; 5- Van một chiều; 6- Ống dẫn dầu vào; 7- Ống dẫn dầu ra; 8- Buồng thơng với bình tích năng. f) Rơle.
*) Rơle áp suất:
Thường được dùng trong hệ thống khí nén - thủy lực của các máy tự động và bán tự động. Phần tử này được dùng như là một cơ cấu phịng q tải, tức là có nhiệm vụ đóng hoặc mở các cơng tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định và do đó làm ngưng hoạt động của hệ thống. Rơle áp suất được sử dụng rất rộng rãi, nhất là trong phạm vi điều khiển.
*) Rơle thời gian:
Điều chỉnh làm việc đồng bộ giữa hai thiết bị theo thời gian quy định.
g) Bộ tăng áp.
Bộ tăng áp dùng để tăng áp suất ở hành trình nào đó của động cơ thủy lực.
- Nếu các cơ cấu phân phối A và B ở vị trí như trên hình vẽ, ta thấy:
Chất lỏng được bơm 1 đẩy qua van một chiều 3 qua cơ cấu phân phối A đến khoang trái của xilanh 4 đẩy piston sang phải. Đồng thời chất lỏng từ bơm qua cơ cấu phân phối B đến ngăn trái xilanh tăng áp 5 đẩy piston sang phải nén chất lỏng ở khoang phải có áp suất p2 lớn hơn p1 (do d < D) vào khoang trái của xilanh 4 tăng thêm áp suất cùng đẩy piston sang phải. Như vậy bộ tăng áp làm việc.
D d p1 p2 B A 6 5 1 3 2 4
Hình 5-20 Sơ đồ truyền động thủy lực có dùng bộ tăng áp.
1- Bơm; 2- Van an tồn; 3- Van một chiều trên ống chính; 4- Động cơ thủy lực; 5- Xilanh tăng áp; 6- Van một chiều.
Ta có áp suất tăng áp là : p2 = p1. 22 d D Lực tăng áp là : F = p2. 4 .d2 π
- Khi quay cơ cấu phân phối B 900 thì chất lỏng từ bơm đến cơ cấu phân phối B vào ngăn phải của xilanh 5 đẩy piston sang tận cùng bên trái, sau đó chất lỏng đi vào khoang trái của xilanh 4. Nhưng vì lưu lượng tổng của bơm khơng đổi, áp suất khơng thay đổi nên khơng có tác dụng tăng áp.