Điều chỉnh bằng phương pháp thể tích

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

2.3.1. Điều chỉnh bằng phương pháp thể tích

Nội dung của phương pháp này là ta có thể thay đổi thể tích làm việc của máy bơm hoặc động cơ thuỷ lực, hoặc đồng thời cả hai.

1- Bơm

2- Động cơ thuỷ lực 3- Đường dẫn dầu 4- Van an toàn 5- Van một chiều 6- Bơm phụ 7- Bể dầu

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của TĐTLTT điều chỉnh bằng phương pháp thểtích

Hình 2.8 Đường đặc tính lý thuyết của TĐTLTT điều chỉnh bằng phương pháp thể tích

8 5

4

3

1 22

4

5

6 7

MĐmin

UĐmin

nĐ

MB

MĐ

0

N M n

UB 1 UĐ 0

Theo sơ đồ nguyên lý, hệ tuần hoàn chất lỏng là khép kín, máy bơm 1 và động cơ thuỷ lực 2 thuộc loại đảo chiều và mỗi nhánh của đường dẫn chất lỏng 3 đều có thể hút hoặc đẩy. Do đó ở mỗi nhánh dẫn có đặt van an toàn 4.

Để bổ xung chất lỏng vào đường dẫn, người ta dùng bơm phụ 6 và có đặt hai van một chiều 5 về hai phía đường dẫn. Trên nhánh đẩy của bơm phụ đặt van tràn 8 để bảo vệ bộ lọc và duy trì áp suất không đổi ở nhánh cấp bổ xung bằng cách xả bớt chất lỏng qua van tràn khi cần thiết.

2.3.1.1. Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ thuỷ lực

Trong truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động quay, nếu không kể tới sự rò rỉ chất lỏng trong hệ thống thì ta có biểu thức sau:

D

D q .n

Q  D ; QB qB.nB và QB QD (2-104) Do đó:

D B B

D q

n q

n  . (2-105)

Ta thấy rằng có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ thuỷ lực khi giữ nB const bằng ba cách:

- Thay đổi lưu lượng riêng của bơm, nD sẽ tỉ lệ thuận với qB.

- Thay đổi lưu lượng riêng của động cơ thuỷ lực, nD tỉ lệ nghịch với qD.

- Thay đổi lưu lượng riêng cả hai

Để thuận tiện cho việc sử dụng, các đường đặc tính của truyền động thuỷ lực khi điều chỉnh được biểu diễn dưới dạng hàm số của thông số điều chỉnh, kí hiệu U. Đặt ;( ; 0 1)

max max







 U

e U e q

U q (2-106)

Trong đó: e- độ lệch tâm của rô to, emax - độ lệch tâm lớn nhất của rô to Như vậy: qB UBqBmax;qD UDqDmax

Từ đó ta suy ra:

max

. max

.

D D

B B B

D U q

q U

n  n (2-107)

Từ biểu thức trên ta vẽ được đồ thị về quan hệ :

) ( B

D f U

n  ; khi UB thay đổi từ 0 ÷ 1thì nó theo qui luật đường thẳng

) ( D

D f U

n  ; khi UB thay đổi từ 1 ÷ 0 thì nó theo qui luật đường cong, tiến xa vô cùng khi UD =0.

2.3.1.2. Điều chỉnh mô men quay của động cơ thuỷ lực Mô men quay động cơ được tính bằng công thức :



 max

30 .

30 D D D D D

D

q U p q

M  p  (2-108)

Từ biểu thức trên ta vẽ được đồ thị quan hệ nB  f(U)như sau :

- Khi giữ nguyên áp suất của động cơ thuỷ lực pD const và dù có thay đổi áp suất của bơm thì mô men quay của động cơ thuỷ lực MD sẽ không đổi, và nó chỉ phụ thuộc vào lưu lượng riêng của động cơ thuỷ lực qD. Như vậy:

Khi điều chỉnh vận tốc bằng cách thay đổi lưu lượng của bơm thì mô men quay trên trục của động cơ vẫn không đổi.

- Khi thay đổi qD thì mô men quay của động cơ thuỷ lực MD sẽ thay đổi tỉ lệ bậc nhất UD nghĩa là bậc nhất với qD.

Như vậy theo quy luật này thì: mô men của bơm sẽ thay đổi theo đường thẳng khi UB tăng từ 0 ÷ 1 và sẽ không thay đổi khi thay đổi qD.

Về công suất:

Khi không tính đến tổn thất thì công suất của bơm bằng công suất động cơ thuỷ lực. Ta có :

B B B B B B B B B

B p Q p q n p U q n

N  .   max

D D D D

D p Q p U q n

N  D. D  max Ta có:

B B B B D D D

D p U q n p U q n

N  D. max  max (2-109)

Từ biểu thức trên ta thấy rằng: khi điều chỉnh tốc độ quay của động cơ thuỷ lực nD bằng cách thay đổi lưu lượng bơm qB thì công suất của động cơ ND sẽ thay đổi bậc nhất, còn nếu thay đổi lưu lượng của động cơ qD thì công suất của nó, ND = const

Nhận xét:

a, Từ công thức 2-107 ta thấy tốc độ quay của động cơ thuỷ lực nD phụ thuộc vào hệ số điều chỉnh UB cũng như UD, nghĩa là phụ thuộc vào sự thay đổi thể tích lưu lượng riêng q của cả bơm và động cơ thuỷ lực.

- Khi thay đổi thể tích của bơm qB thì tốc độ quay của động cơ thuỷ lực sẽ thay đổi từ 0 đến cực đại khi UB bằng 1

- Khi thay đổi thể tích của động cơ qB thì tốc độ quay trục động cơ thuỷ lực sẽ thay đổi từ ∞ đến cực tiểu khi UD bằng 1

Như vậy, về lý thuyết ta có thể thay đổi tốc độ quay của trục động cơ từ 0 đến ∞. Mặt khác, khi thay đổi dấu của các hệ số điều chỉnh U ta có thể đảo được chiều quay của động cơ thuỷ lực.

Trong thực tế, tốc độ quay của động cơ thuỷ lực có giới hạn, bởi vì khi UD giảm thì môn mem quay MD của động cơ sẽ giảm. Cần phải bảo đảm để mô men quay tối thiểu để thắng sức cản trên trục động cơ, nên tốc độ quay tối đa của động cơ thuỷ lực sẽ bị giới hạn ở UDmin  0,3 và ứng với trị số tối thiểu của mô men quay trục động cơ MDmin

b, Về lý thuyết, khi UB=0 thì nD=0. Thực tế, tốc độ quay của động cơ thuỷ lực đã bằng 0 khi lưu lượng của bơm bằng lượng rò rỉ của hệ truyền động thuỷ lực lúc này QB = Q

Thông thường, ít khi người ta điều chỉnh tốc độ quay của động cơ thuỷ lực bằng thể tích động cơ vì phạm vi điều chỉnh của nó hẹp

Người ta thường điều chỉnh lưu lượng của bơm vì tốc độ quay của động cơ đạt được do việc thay đổi UB không ảnh hưởng gì đến MD.

Trong trường hợp điều chỉnh cả bơm và động cơ thuỷ lực, trước hết cần xác định lưu lượng cấp tối thiểu của bơm ứng với tốc độ quay tối thiểu của trục động cơ và mô men cực đại trên trục động cơ của nó với UD=1

Để tiếp tục tăng tốc độ quay của động cơ thuỷ lực, ta tăng dần lưu lượng của bơm và theo đó là công sất của bơm cũng tăng theo, và chỉ khi nào lưu lượng của bơm đạt cực đại thì mới tiếp tục tăng tốc độ quay của động cơ nhờ việc giảm thông số điều chỉnh UD.

Trong các máy mỏ chủ yếu là điều chỉnh thể tích làm việc của máy bơm để thay đổi chế độ làm việc của truyền động thuỷ lực.

C, Chúng ta trở lại xem các đường đặc tính thực tế của truyền động thuỷ lực với việc điều chỉnh lưu lượng của bơm

- Giả sử không có tổn thất lưu lượng, tốc độ quay của trục động cơ thuỷ lực tỉ lệ thuận với lưu lượng của bơm đường nét đứt Hình 2-9a. Nhưng thực tế có tốn thất lưu lượng, đường nD =f(Q) không bắt đầu từ gốc toạ độ mà dịch chuyển về phía phải một đoạn Q đường nét liền bên phải

- Do tốn thất áp suất trong truyền động, mô men trên trục động cơ MD sẽ không cố định, mà giảm dần Hình 2.9b còn đường đặc tính ND = f(nD) cũng thay đổi một chút độ tuyến tính của nó

Hình 2.9 Các đường đặc tính lý thuyết và thực tế của TĐTLTT Khi điều chỉnh bằng phương pháp thể tích

Q

C

 nD

0 Q

H

Q

Vùng điều chỉnh có lợi 0

Q MD

ND

MD

ND

b

Hiệu suất thể tích lưu lượng của động cơ thuỷ lực là:

ltB ltB

ltB

H Q

Q Q

Q

Q    

 1

 (2-110)

Trong đó: Q: Lượng rò rỉ chất lỏng trong hệ thống truyền động thuỷ lực QltB: lưu lượng lý thuyết của máy bơm.

Ta đã biết: Qk.p

k- hệ số rò rỉ lưu lượng . Trong kỹ thuật k có thể lấy như sau:

- Đối với bơm: k=0,05- 0,5cm5/Ns

- Đối với cơ cấu phân phối loại con trượt pít tông k = 0,002 - Đối với xy lanh lực, trong đó pít tông có vòng đệm, k = 0,002 Hiệu suất thuỷ lực tl phụ thuộc vào tổn thất cột áp trong hệ truyền động thuỷ lực, vì vậy khi Q giảm đến 0 thì tl = 1

Hiệu suất toàn phần: C tlHck

Từ Hình 2.9a, ta thấy rằng vùng điều chỉnh có lợi bị giới hạn bởi giá trị nhỏ nhất của Q, nghĩa là của nD.

Khi thay đổi mô men cản trên động cơ thuỷ lực thì công suất ND ứng với sự thay đổi nhỏ của nD = f(Q). Đường đặc tính MD = f(nD) được tạo nên bởi một chùm các đường đặc tính.

Khi tăng mô men cản thì hiệu suất sẽ giảm nhỏ do có rò rỉ chất lỏng.

Trong các máy mỏ, truyền động thuỷ lực có điều chỉnh bằng bơm được dùng trong các máy com bai

Chú ý:

Ta cũng có thể dùng phương pháp điều chỉnh thể tích đối với truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, nếu dùng bơm điều chỉnh được.Việc đảo chiều chuyển động của pít tông xy lanh lực được thực hiện nhờ cơ cấu phân phối hoặc đổi dấu hệ số điều chỉnh UB trong hệ thống kín.

Trường hợp này vận tốc của pít tông là:

p B

p F

Q v Q 

 (2-111)

Và ta có thể viết:

p p

B B B

p F

Q F

n U q

v  max   (2-112)

Trong đó Fp: diện tích bề mặt làm việc của pít tông

Như vậy, chỉ có thể điều chỉnh được vận tốc của pít tông khi lưu lượng của máy bơm lớn hơn lưu lượng rò rỉ của chất lỏng.

Ưu điểm:

Cơ bản của phương pháp thể tích này là rất kinh tế, bởi vì lưu lượng cùng như công suất của bơm luôn luôn biến đổi phù hợp với lưu lượng mà động cơ thuỷ lực yêu cầu với phụ tải. Nhưng ở đây cũng là nhược điểm của nó, vì sự rò rỉ chất lỏng trong bơm phụ thuộc nhiều vào phụ tải.

Vì vậy khi phụ tải thay đổi, việc điều chỉnh vận tốc sẽ khó khăn, không nhạy và khó chính xác nhất là với hệ thống có lưu lượng nhỏ. Nên phương pháp này thường dùng cho hệ thống có lưu lượng làm việc lớn và không đòi hỏi chính xác về vận tốc chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc dùng khi phị tải thay đổi ít