4. Khảo sát một số cơ cấu trong hệ thống thuỷ lực trên máy đào Komat’su
4.4.4.1.Van đối trọng, van kiểm tra
PA PB
MA MB
1a 1b
2 4
Hình 4-29 Van đối trọng- Van kiểm tra 1. Van kiểm tra; 2. Van đối trọng; 4. Van điều khiển
- Chức năng: Khi máy chuyển động xuống dốc, trọng lượng của máy làm cho máy di chuyển nhanh hơn so với tốc độ của mô tơ di chuyển. Kết quả, nếu máy chuyển động ở chế độ thấp của động cơ, mô tơ sẽ quay không tải và máy sẽ chạy xa ( tự chạy), điều này rất nguy hiểm. Để ngăn cản điều này, các van sẽ tác động tạo chuyển động cho máy dựa trên tốc độ động cơ ( lưu lượng xả ra của bơm).
- Hoạt động khi dầu có áp suất cao được cung cấp:
PA PB MA MB 1a 1b 2 4 E1 S1 E2
Hình 4-30 Hoạt động của van đối trọng, van kiểm tra khi dầu áp suất cao được cung cấp
Khi cần điều khiển chuyển động được kích hoạt, dầu có áp suất cao từ van điều khiển được cung cấp tới cửa PA. Nó đẩy mở van kiểm tra (1a) và chảy từ cửa vào MA đến cửa ra MB của mô tơ. Tuy nhiên, đầu ra của mô tơ bị đóng bởi van kiểm tra (1b) và van đối trọng (2) nên áp suất dầu ở nhánh cung cấp tăng lên. Dầu áp suất cao từ nhánh cung cấp chảy đến lỗ E1 của van đối trọng (2) và lỗ E2 trong van này đến buồng S1. Khi áp suất trong buồng S1 đạt giá trị cao hơn áp suất trong mạch van, van đối trọng (2) bị đẩy sang phải. Kết quả, cửa MB và MA thông nhau, mạch ở cửa ra của mô tơ được mở và mô tơ bắt đầu quay.
- Hoạt động khi chuyển động xuống dốc:
Nếu máy tự chuyển động xuống dốc, mô tơ sẽ chạy không tải. Vì vậy, áp suất dầu ở cửa vào của mô tơ bị giảm xuống và áp suất ở buồng S1 qua lỗ E1, E2 cũng giảm xuống. Khi áp suất trong buồng S1 giảm xuống đến giá trị thấp hơn áp suất
trong mạch van, van đối trọng (2) bị quay lại phía trái bởi lò xo van, cửa ra MB bị tiết lưu.
Kết quả, áp suất trong mạch ra tăng lên. Lực cản được thiết lập tới sự quay của mô tơ. Điều này ngăn cản máy tự chạy. Trong một trường hợp khác, van di chuyển đến một vị trí nơi mà áp suất tại cửa ra cân bằng với áp suất tại cửa vào và lực sinh ra do trọng lượng của máy gây ra. Nó tiết lưu mạch ra và điều khiển mô tơ quay theo lượng dầu cung cấp từ bơm.
E1 S1 E2 PA PB MA MB 1a 1b 2 4
Hình 4-31 Hoạt động của van đối trọng, van kiểm tra khi chuyển động xuống dốc 4.4.4.2. Van an toàn ( hoạt động hai hướng, van an toàn hai mức độ)
- Chức năng:
1 2 3
MA
MB
Hình 4-32 Kết cấu van an toàn 1. Piston; 2. Lò xo; 3. Van tiết lưu
Khi máy dừng lại ( hoặc chuyển động xuống dốc), mạch dầu vào và ra khỏi mô tơ bị đóng lại bởi van đối trọng. Tuy nhiên, mô tơ vẫn tiếp tục quay do lực quán tính. Vì vậy, áp suất ở cửa ra của mô tơ trở nên cao bất thường và sẽ phá hỏng mô
tơ hoặc các đường ống. Van an toàn tác động để giảm áp suất của dầu và gửi nó đến cửa vào bên ngoài của mô tơ để ngăn cản sự phá huỷ các thiết bị.
- Hoạt động cả hai hướng:
* Khi áp suất trong buồng MB trở nên cao ( Khi quay phải ).
Khi ngừng chuyển động hoặc chuyển động xuống dốc, buồng MB ở cửa ra của mạch bị đóng bởi van kiểm tra của van đối trọng, nhưng áp suất tại cửa ra tăng do sự chuyển động theo quán tính của máy.
Ta có : 1 2 2 2 1 1 4 ) D ( p D F = π× − ×
p1: áp suất chất lỏng trong buồng MB
Nếu áp suất tăng quá áp suất đặt, Lực sinh ra ( F1) thắng lực lò xo (2) nên van tiết lưu (3) sẽ bị đẩy sang trái. Vì vậy, dầu sẽ chảy từ buồng MB sang buồng MA trong mạch.
1 2 3
MA
MB
* Khi áp suất trong buồng MA trở nên cao ( Khi quay ngược chiều): 1 MA MB 3 2
Hình 4-34 Hoạt động của van an toàn khi áp suất ở buồng MA cao
Khi ngừng chuyển động ( hoặc chuyển động xuống dốc), buồng MA trong mạch cửa ra bị đóng bởi van kiểm tra của van đối trọng nhưng áp suất ở cửa ra tăng do quán tính của máy.
Ta có : 12 2 2 3 2 4 ) D ( p D F = π× − ×
p2: áp suất chất lỏng trong buồng MA
Nếu áp suất tăng quá áp suất đặt, lực sinh ra (F2) sẽ thắng lực lò xo (2) nên van tiết lưu (3) sẽ bị đẩy sang trái. Vì vậy, dầu sẽ chảy từ buồng MA tới buồng MB trong mạch.
- Hoạt động của van an toàn hai mức độ
* Khi bắt đầu chyển động ( thiết lập áp suất cao):
M 1 2 3 4 G H J 5 MA MB
Hình 4-35 Hoạt động của van an toàn ở chế độ thiết lập áp suất cao 1. Piston; 2. Lò xo; 3. Van tiết lưu; 4. Van đối trọng; 5. Van điều khiển chuyển
động
Khi cần điều khiển chuyển động được kích hoạt, dầu áp suất cao từ bơm tác động lên van đối trọng (4) và mở mạch điều khiển đến van an toàn. Dầu chảy từ buồng G qua H rồi đến buồng J, đẩy piston sang phải và nén lò xo để thiết lập một tải trọng lớn hơn. Vì lý do này, áp suất đặt của van an toàn được chuyển đến áp suất đặt cao hơn.
* Khi ngừng chuyển động ( thiết lập áp suất thấp) MA MB M 1 2 3 4 G H J PA 5
Hình 4-36 Hoạt động của van an toàn ở chế độ thiết lập áp suất thấp
Khi cần điều khiển ở vị trí trung gian, áp suất trong buồng MA giảm và van đối trọng (4) quay về vị trí trung gian. Trong khi van đối trọng quay về vị trí trung gian, dầu áp suất cao từ buồng J chảy qua H và thoát ra buồng PA từ buồng G. Piston chuyển động sang trái, áp suất đặt trở nên nhỏ hơn. Vì lý do này, áp suất đặt của van an toàn được chuyển đến áp suất đặt thấp hơn và giảm sự rung động khi giảm tốc độ.
4.5. Các loại van
4.5.1. Van LS
4.5.1.1. Chức năng
Van LS có chức năng phát hiện ( cảm nhận) tải trọng và điều khiển lưu lượng của bơm.
Van này điều khiển lưu lượng của bơm chính (Q) dựa trên sự chênh lệch áp suất ∆PLS ( ∆PLS = PP2-PLS). Trong đó, PP2 là áp suất ở cửa ra của bơm chính còn PLS là áp suất ở cửa ra của van điều khiển. Áp suất bơm chính đến từ cửa vào của van điều khiển và áp suất PLS đến từ đầu ra của van điều khiển, áp suất Psig ( gọi là áp suất lựa chọn LS) từ van điện từ tỷ lệ LS- EPC đi vào van này.
4.5.1.2. Khi van điều khiển ở vị trí trung gian
f e d a b c 5 j 4 i 3 g 2 1 h 6 7 A A 8 PP2 PLS Psig PP PT
Hình 4-37 Hoạt động của van LS khi van điều khiển ở vị trí trung gian 1. Cần; 2. Piston trợ động; 3. Lò xo; 4. Piston; 5. Nút; 6. Phần đường kính nhỏ; 7.
Phần đường kính lớn; 8. Van TVC
Van LS là một van có ba đường điều khiển, với áp suất PLS từ cửa ra của van điều khiển được đem tới buồng i và áp suất PP2 của bơm chính được đem tới buồng j của đầu nút (5). Giá trị của lực của áp suất PLS với lực lò xo (F) và áp suất PP2
từ cửa vào van điều khiển Từ cửa ra van
của bơm chính quyết định vị trí của piston (4). Tuy nhiên, giá trị áp suất Psig của van EPC đi vào cửa e của van LS cũng quyết định vị trí của piston (4).
8 9 2
Hình 4-38 Mặt cắt A_A 8. Lò xo; 9. Đĩa; 2. Piston trợ động
Trước khi động cơ khởi động, piston trợ động bị đẩy sang phải bởi lò xo (8) tác dụng lên đĩa (9). Khi động cơ khởi động và cần điều khiển ở vị trí trung gian, giá trị áp suất PLS bằng 0 MPa ( nó được nối với đường dầu hồi thông qua van piston điều khiển). Tại thời điểm này, piston (4) bị đẩy sang trái, cửa d và c thông nhau. Áp suất PP của bơm đi vào phía cuối phần đường kính lớn, và đường kính nhỏ của piston trợ động (2). Vì vậy, đĩa cam lắc bị di chuyển đến vị trí tương ứng với góc nhiêng nhỏ nhất.
4.5.1.3. Hoạt động khi lưu lượng của bơm là lớn nhấtf f e d a b c 5 j 4 i 3 g 2 1 h 6 7 8 PP2 PLS Psig PP PT
Hình 4-39 Hoạt động của van LS khi lưu lượng của bơm là lớn nhất
Khi sự chênh lệch áp suất ( ∆PLS) giảm ( ví dụ, khi van điều khiển mở lớn và áp suất bơm PP2 giảm), piston (4) bị đẩy sang phải bởi lực liên kết giữa áp suất PLS và lực lò xo (3). Khi piston (4) di chuyển, cửa b và c nối thông với nhau và nối với van TVC. Khi điều này xảy ra, van TVC được nối với cửa xả nên mạch c-h trở thành trở thành mạch xả với áp suất PT. Vì lý do này, áp suất tại cuối phần đường kính lớn của piston trợ động (2) trở thành áp suất xả PT và áp suất PP của bơm đi vào phần cuối đường kính nhỏ đẩy piston trợ động (2) sang phải. Vì vậy, cần (1) và đĩa cam lắc cũng chuyển động sang phải làm cho lưu lượng của bơm đạt giá trị lớn hơn. Khi góc nghiêng của đĩa cam lắc đạt giá trị lớn nhất thì lưu lượng của bơm cũng đạt giá trị lớn nhất.
Nếu áp suất ở cửa ra Psig của van LS- EPC đi vào cửa e, áp suất này tạo ra một lực đẩy van piston chuyển động sang trái. Nếu piston (4) chuyển động sang trái, nó sẽ tác động làm cho áp suất đặt của lò xo nhỏ hơn và sự chênh lệch áp suất giữa áp suất PLS và PP2 thay đổi khi cửa b và c của piston (4) được nối với nhau.
Từ cửa vào van điều khiển Từ cửa ra van điều
4.5.1.4. Hoạt động khi lưu lượng bơm là nhỏ nhấtPP2 PP2 PLS Psig PP PT f e d a b c 5 j 4 i 3 g 2 1 h 6 7 8
Hình 4-40 Hoạt động của van LS khi lưu lượng của bơm là nhỏ nhất
Khi sự chênh lệch áp suất (∆PLS) tăng ( ví dụ, khi van điều khiển mở nhỏ và áp suất bơm chính tăng), áp suất bơm chính PP2 đẩy piston (4) sang trái. Khi piston di chuyển, áp suất bơm PP đi từ cửa d sang cửa c và đến cửa h, nó đi vào phần cuối đường kính lớn và đường kính nhỏ của piston trợ động (2). Do đó, piston trợ động (2) bị đẩy sang trái. Kết quả, cần (2) và đĩa cam lắc cũng bị đẩy sang trái, lưu lượng của bơm nhỏ dần. Khi góc nghiêng đạt giá trị nhỏ nhất thì lưu lượng của bơm cũng nhỏ nhất.
Nếu áp suất Psig đi vào cửa e, nó tác động làm cho áp suất đặt của lò xo trở nên yếu hơn. từ cửa vào van điều khiển Từ van LS-EPC Từ cửa ra van điều khiển
4.5.1.5. Khi piston trợ động ở vị trí cân bằngpen pen f e d a b c 5 j 4 i 3 g 2 1 h 6 7 8 PP2 PLS Psig PP PT
Hình 4-41 Hoạt động của van LS khi piston trợ động ở vị trí cân bằng Gọi: A1 là diện tích phần cuối đường kính lớn (7) của piston trợ động
A0 là diện tích phần cuối đường kính nhỏ (6) của piston trợ động Pen là áp suất dầu ở phần cuối đường kính lớn piston trợ động
Nếu áp suất ra của bơm chính ( PP2) của van LS cân bằng với tổng hợp của lực lò xo (3) và áp suất PLS, và A0×pp=A1×pen thì piston trợ động sẽ dừng lại ở vị trí này và đĩa cam lắc sẽ được giữ ở vị trí trung gian.
4.5.2. Van TVC
4.5.2.1. Chức năng
Khi áp suất đầu ra của hai bơm chính lần lượt là pa1 và pa2 tăng cao, van TVC điều khiển bơm để lượng dầu không vượt quá một lượng dầu cố định ( phù hợp với áp suất đầu ra của bơm), dòng chảy không đổi nếu van điều khiển mở lớn hơn. Bằng cách này, công suất nó mang ra bằng công suất điều khiển. vì vậy, công suất tiêu thụ của bơm không vượt quá công suất động cơ.
Nói cách khác, nếu tải trọng trong quá trình vận hành và áp suất đầu ra của bơm tăng cao, nó giảm lưu lượng từ bơm. Nếu áp suất bơm giảm xuống, nó sẽ tăng lưu lượng của bơm.
Từ cửa vào van điều khiển Từ cửa ra van
4.5.2.2. Vận hành
a. Khi van điều chỉnh, bộ điều khiển bơm là bình thường - Khi tải trọng dẫn động nhỏ, áp suất bơm pa1, pa2 thấp
15 14 12 13 ON OFF g 9 8 f pa1 pa2 PT M a b c d e i h 1 2 11 10 7 4 3 6 5
Hình 4-42 Hoạt động của van TVC khi bộ điều khiển bơm ở chế độ bình thường 1. Van điện từ; 2, 5. Piston; 3, 4. Lò xo; 6, 8. Cần; 7. Cam; 9. Piston trợ động 10. Đế; 11. Chốt đẩy; 12. Công tắc prolix TVC; 13. Bộ điều khiển bướm ga động
cơ; 14. Điện trở; 15. Ắc quy * Tác động của van điện từ
Dòng điện điều khiển từ bộ điều khiển bơm chạy đến van điện từ (1). Dòng điện này thay đổi nội lực (F) đẩy chốt đẩy (11) của van điện từ. Đối diện với nội lực (F) là áp suất áp suất đặt lò xo của lò xo (3), (4) và áp suất của hai bơm chính pa1, pa2. Piston (2) dừng lại ở vị trí nơi mà tổng hợp các lực đẩy piston (2) là cân bằng. Áp suất ra từ van TVC (áp suất tại cửa c) thay đổi dựa trên vị trí này.
Độ lớn của dòng điều khiển được xác định bởi đặc tính của hoạt động (cần điều khiển), lựa chọn kiểu hoạt động, giá trị đặt và giá trị thực của động cơ.
* Tác động của lò xo
Tải trọng của lò xo (3) và (4) trong van TVC được xác định bởi vị trí của đĩa nghiêng. Khi piston trợ động (9) di chuyển, cam (7) được nối với cần (8) cũng di chuyển. Khi điều này xảy ra, cần (6) quay bởi sự thay đổi của biên dạng cam và piston (5) di chuyển qua trái hoặc qua phải.
Nếu piston (5) di chuyển qua phải thì lò xo (3) bị nén và nếu nó di chuyển dài hơn sang phải, lò xo (4) tiếp xúc với đế (10). Nói cách khác, tải của lò xo được thay đổi do piston (5) kéo giản hay nén lò xo (3) và (4).
Nếu dòng điều khiển x đi vào van điện từ thay đổi hơn nữa, lực đẩy của chốt đẩy (11) của van điện từ thay đổi và tải trọng của lò xo (3) và (4) cũng thay đổi theo dựa trên giá trị dòng điện điều khiển của van điện từ.
Cửa c của van TVC được kết nối với cửa e của van LS. Áp suất pa1 đi vào cửa b và phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động (9), và áp suất pa2 đi vào cửa a. Khi áp suất pa1, pa2 của bơm nhỏ, piston (2) ở bên phải. Tại thời điểm này, cửa c và d thông với nhau, áp suất đi vào van LS trở thành áp suất xả PT.
Nếu cửa h và e thông nhau, áp suất đi vào phần cuối đường kính lớn piston trợ động từ cửa f trở thành áp suất xả PT và piston trợ động chuyển động sang bên phải. Bằng cách này, lưu lượng của bơm tăng lên.
Khi piston trợ động (9) di chuyển xa hơn, piston (5) bị đẩy sang bên trái bởi cần (8), cam (7) và cần (6). Lò xo (3) và (4) giản ra và lực của lò xo trở nên yếu hơn. Khi lực lò xo trở nên yếu hơn, piston (2) di chuyển sang trái, đường thông giữa cửa c và d bị đóng, áp suất của bơm tại cửa b được nối với cửa c. Kết quả, áp suất tại cửa c tăng lên và áp suất tại phần cuối đường kính lớn piston trợ động cũng tăng lên. Vì vậy, chuyển động sang phải của piston (9) bị dừng lại. Nói cách khác, vị trí dừng lại của piston (9) được quyết định tại điểm mà nơi đó lực của lò xo (3), (4), lực đẩy của van điện từ và lực đẩy được tạo ra từ áp suất pa1, pa2 tác động lên piston (2) là cân bằng.
- Khi tải trọng dẫn động nhỏ, áp suất của bơm cao g 9 8 f pa1 pa2 PT M a b c d e i h 1 2 11 10 7 4 3 6 5 15 14 12 13 ON OFF
Hình 4-43 Hoạt động của van TVC khi tải trọng nhỏ, áp suất cao
Khi tải trọng lớn và áp suất đầu ra của bơm (pa1 và pa2) cao, lực đẩy piston (2) sang trái trở nên lớn hơn và piston (2) di chuyển đến vị trí được thể hiện trên hình