Điều chỉnh bằng tiết lưu

Chương 2: Hệ thống thủy lực trong xe ôtô Volovo A35C và tính toán hệ thống phanh thủy lực

2.3. Các phương pháp điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực

2.3.2. Điều chỉnh bằng tiết lưu

Bộ phận tiết lưu đặt ở hệ thông truyền động thuỷ lực là để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏng trong hệ thống bằng cách thay đổi sức cản đối với dòng chảy. Vì vậy khi điều chỉnh tiết lưu ta sẽ thay đổi được vận tốc của động cơ thuỷ lực.

Nếu so với phương pháp thể tích ta đã biết ở trên thì ta thấy trong phương pháp thể tích khi qD nhỏ thì MD nhỏ và tốc độ của cơ cấu chấp hành sẽ không đều. Do vậy phải giới hạn phạm vi điều chỉnh tối thiểu nDmin/nDmax

Phương pháp tiết lưu không kinh tế, vì phải mất một phần năng lượng để khắc phục sức cản của tiết lưu và tổn thất lưu lượng qua van an toàn

Nhưng ở phương pháp có nhiều ưu điểm: kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao nhanh và chính xác nên nó được dùng nhiều trong hệ thống truyền động thuỷ lực, đặc biệt là dùng trong các hệ thống cần phải điều chỉnh nhạy và chính xác vận tốc của bộ phận chấp hành.

Trong các máy mỏ có cơ cấu truyền chuyển động với xy lanh lực người ta thường dùng phương pháp điều chỉnh bằng tiết lưu, còn với rô to người ta dùng phương pháp thể tích

Tóm lại, phương pháp tiết lưu người ta dùng bơm có lưu lượng không đổi, còn việc điều chỉnh tốc độ nhánh ra của động cơ thuỷ lực cơ cấu chấp hành được thực hiện bằng cách thay đổi lượng rò rỉ chất lỏng Q thông qua tiết lưu

Có hai phương pháp đặt tiết lưu với động cơ thuỷ lực:

- Phương pháp đặt nối tiếp - Phương pháp đặt song song

2.3.2.1 Phương pháp đặt tiết lưu nối tiếp

Trong phương pháp này ta có thể đặt tiết lưu ở phía trước trên đường ống đẩy của bơm hoặc phía sau động cơ thuỷ lực trên ống dẫn nhánh xả

Từ sơ đồ nguyên lý Hình 2-10a ta thấy rằng nếu đặt tiết lưu trước động cơ thuỷ lực, thì ở phía trước tiết lưu nhờ van tràn khống chế nên áp suất và lưu lượng ở đó luôn luôn không đổi. Con ở phía sau tiết lưu áp suất phụ thuộc vào áp lực đặt lên pít tông của xy lanh lực. Khi tăng lực đặt vào pít tông thì áp suất cũng tăng theo, lúc này độ chênh áp giữa hai bên tiết lưu giảm nên lưu lượng qua tiết lưu giảm theo. Kết quả làm cho vận tốc pít tông giảm. Ngược lại khi giảm áp lực đặt vào pít tông thì vận tốc của pít tông sẽ tăng.

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý và các ĐĐT của TĐTLTT với tiết lưu đặt nối tiếp 1- Bơm; 2- động cơ thuỷ lực; 3- tiết lưu

Giá trị của áp suất được chọn theo khả năng chịu tải tối đa của xy lanh lực, ta có:

D ck D tl D

D

D A

P P

, ,

max



  (2-113)

Trong đó:

PDmax - Áp lực lớn nhất đặt lên pít tông

AD - Diện tích tiết diện pít tông của động cơ thuỷ lực

tl,D, ck,D - Hiệu suất thuỷ lực và hiệu suất cơ khí của động cơ thuỷ lực Như vậy, công suất của máy bơm sẽ không đổi và không phụ thuộc vào phụ tải ở nhánh ra, nghĩa là:

const Q

N p

B B B

B  

 (2-114)

Đây là nhược điểm của phương pháp tiết lưu nối tiếp, vì nó gây lãng phí lưu lượng do QB=const

Nếu không kể đến tổn thất lưu lượng trên đường dẫn thì

T B

D p p

p   (2-115)

Q Q

QD  B 

a 1

2 3

PD

PT PD=const

PD=f(vD)

PD

Q; vB

QB Q

QT p

PD

b

PT=f(QT)

Ở đây: PT – Áp suất đặt lên tiết lưu

Q – Lưu lượng chất lỏng qua van tràn Giá trị PT được xác định như sau:

m T T

T ga Q

P 

 (2-116) Trong đó:  - Khối lượng riêng của chất lỏng làm việc

g – gia tốc trọng trường

aT,QT – tương ứng là hệ số cản và lưu lượng của tiết lưu

m - chỉ số mũ, phụ thuộc vào hệ số cản và chế độ chuyển động của chất lỏng trong tiết lưu thường m = 2

Giải đồng thời các biểu thức trên theo QT, chú ý rằng khi mắc nối tiếp thì QD = QT, ta có:

m T

D B

D ga

P Q P

1



 



 

  (2-117) Biểu thức (2-117) cho thấy rằng khi giữ nguyên PB = const, aT=const mà có sự thay đổi phụ tải thông qua thay đổi PD thì lưu lượng QD và theo đó tốc độ cơ cấu chấp hành sẽ tự động thay đổi

Ứng lực trên xy lanh là

ck tl D D

D p A

P    (2-118) Vận tốc của cần pít tông ở nhánh ra của xy lanh lực là:

D ,

A vD tlDQD

 (2-119)

Giải đồng thời các biểu thức (2-115), (2-116), (2-118) và (2-119) bằng phương pháp thế ta được kết qua sau:

D ck D tl D D tl

D D T B

D A v A

ga p

P , ,

,



 

 





















 

 (2-120)

Từ các biểu thức (2-116) và (2-120) ta vẽ được đường đặc tính của truyền động thuỷ lực thể tích dùng van tiết lưu đặt nối tiếp như Hình 2-10b Từ (2-120) và Hình 2-10b ta thấy rằng:

- Các đường đặc tính phụ tải ứng lực PD = fvD là nhánh parabol bậc m có chung đỉnh ở điểm vD = 0 vad PDmax

- Nếu thay đổi hệ số aT sẽ thay đổi độ cong của parabol do vậy có thể đạt được các vận tốc khác nhau kho PD = const

- Từ đây ta có thể vẽ được các đường đặc tính của truyền động thuỷ lực khác như ND = fvD; NB= fvD; = fvD.

Nhận xét:

- Từ các quan hệ trên ta cũng thấy rằng các đường đặc tính của phụ tải không phụ thuộc cào vị trí đặt tiết lưu. Tuy nhiên nếu đặt tiết lưu ở lối vào động cơ thuỷ lực sẽ không đảm bảo cho pít tông có vận tốc ổn định khi tải trọng thay đổi. Mặt khác khi đi qua tiết lưu, chất lỏng bị nóng lên do tổn thất lớn nên nhiệt độ làm việc của chất lỏng sẽ tăng cao, điều này làm tăng khả năng rò rỉ chất lỏng trong hệ thống.

- Nếu chúng ta đạt tiết lưu ở lối ra của động cơ thuỷ lực thì ta thấy rằng áp suất ở khoang lối vào khoang phía trước của xy lanh lực sẽ không phụ thuộc vào áp lực của phụ tải đặt lên pít tông. Áp suất đó sẽ không thay đổi và bằng áp suất của máy bơm, bởi có sự hoà mạch của van tràn. Áp suất ở khoang sau của xy lanh lực phụ thuộc vào phụ tải đặt lên pít tông. Khi phụ tải tăng áp suất ở khoang này giảm nên độ chênh áp ở tiết lưu cũng giảm. Kết quả là lưu lượng qua tiết lưu giảm, do đó vận tốc của pít tông cũng giảm theo.

Trong phương pháp đặt tiết lưu này cũng không đảm bảo được vận tốc của pít tông không đổi khi phụ tải thay đổi. Nhưng ở đây, khi chất lỏng bị nóng lên lúc đi qua tiết lưu sẽ không làm ảnh hưởng gì đến chế độ làm việc của hệ thống vì nó được làm nguội kịp thời ngay khi về bể chứa.

2.3.2.2. Phương pháp đặt tiết lưu song song với động cơ thuỷ lực.

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý và các ĐĐT của TĐTLTT với tiết lưu đặt song song 1- Bơm; 2- Van tràn; 3- Van tiết lưu; 4- xy lanh lực; 5- van phân phối Trên hình Hình 2.11a là sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thuỷ lực có đặt tiết lưu song song với động cơ thuỷ lực. Chất lỏng chuyển động trong hệ thống chủ yếu theo hai đường song song nhau:

Đường thứ nhất: Từ máy bơm  van phân phối động cơ thuỷ lực  bể chứa.

Đường thứ hai: Từ máy bơm  tiết lưu  bể chứa.

Vận tốc chuyển động của pít tông phụ thuộc vào sự phối hợp của van tiết lưu. Khi tiết lưu đóng hoàn toàn thì toàn bộ lưu lượng chất lỏng sẽ vào xy lanh lực, và lúc này vận tốc của pí tông là lớn nhất. Khi mở tiết lưu, một phần chất lỏng sẽ trở về bể chứa nên làm giảm chất lỏng vào xy lanh lực, do đó vận tốc của pít tông sẽ giảm theo

PD=PB=pT QD

PT PD

5

2

QD QT

QB

1

a 3

4

Q; vB QB

Q QT

p PD

b

Từ sơ đồ này, nếu bỏ qua tổn thất áp suất trong đường dẫn ta có thể viết:

T B

D p p

p   (2-121)

T B

D Q Q

Q   (2-122)

Từ biểu thức trê n ta thấy: nếu thay đổi phụ tải từ thay đổi PD thì áp suất do máy bơm tạo ra cũng giống như công suất của nó sẽ thay đổi. Như vậy ở phương pháp này là kinh tế hơn so với phương pháp mắc tiết lưu nối tiếp Giải đồng thời các biểu thức trên ta được:

m T D B

D ga

Q p Q

1



 





  (2-123)

Kết hợp giải các biểu thức (2-105); (2-107); (2-108); (2-111), ta có kết quả sau:

D ck D tl D m

D H

D D B T

D F v F

Q ga

P , ,

,



 

 









 

 (2-124)

Từ các công thức ta xây dựng được đồ thị Hình 2-11b Nhận xét:

- Đường đặc tính PD = fvD là đường cong bậc m (m2) nhưng có đỉnh chung ở điểm

D ,

max A

vD QDtlD

 khi QT = 0. Tuy vậy, do PD không thể bằng không nên điểm đỉnh không thể là điểm làm việc được.

- Khi thay đổi hệ số aT, ta có được một họ đường cong PD = fvD có chung đỉnh, nghĩa là có thể nhận được các giá trị vận tốc khác nhau khi cùng một giá trị PD = const hoặc ngược lại là có thể nhận được các PD khác nhau khi cùng một giá trị vD = const

- Nếu phụ tải PD giảm thì phạm vi điều chỉnh vận tốc vận tốc vD cũng giảm theo. Điều này là phù hợp với điều kiện làm việc kinh tế của truyền động thuỷ lực thể tích, nên có ưu điểm hơn so với sơ đồ đặt tiết lưu nối tiếp.

- Khi aT = const cũng không đảm bảo được vận tốc không đổi của nhánh ra khi thay đổi phụ tải pD

Sơ đồ đặt tiết lưu nối tiếp được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy, nhưng trong các máy mỏ hầu như không ứng dụng.