HỆ THỐNG THIẾT bị THỦY LỰCSIÊU TRƯỜNG SIÊU TRỌNG

Trên hình 74 là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều khiển 3, van trượt phân phối 2 điều khiển bằng tay có thể đảo chiều chuyển động của xi lanh 1.. Sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều

HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỦY LỰCSIÊU TRƯỜNG SIÊU TRỌNG – ĐÃ CÓ THỦY LỰC

 Thông tin liên lạc

 Valve, Pump,Bốt lái, Motor Hydraulic

V Các sơ đồ thuỷ lực cơ bản

Hệ thống thuỷ lực bao gồm nguồn cấp năng lượng (bơm), cơ cấu chấp hành (xi lanh hoặc mô tơ), các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hệ thống khỏi quá tải Trong các hệ thống phức tạp có thể có nhiều bơm, nhiều cơ cấu chấp hành và các cơ cấu điều khiển và điều chỉnh để điều khiển qui luật chuyển động của động cơ

Trên hình 74 là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều khiển 3, van trượt phân phối 2 điều khiển bằng tay có thể đảo chiều chuyển động của xi lanh 1 ở vị trí trung gian của van phân phối 2, tất cả các đường đều nối với bể, lúc này bơm làm việc ở chế độ không tải và xi lanh ở trạng thái tự do Bộ lọc 4 lắp ở cửa hút của bơm 3, van an toàn 6 bảo vệ cho hệ thống không bị quá tải

Hình 74 Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng thể tích

Hình 75 Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lưu

Trên hình 75 là sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lưu đặt ở cửa vào của cơ cấu chấp hành Sơ đồ gồm bơm cố định 9, van tràn 7, van trượt phân phối bốn cửa ba vị trí điều khiển bằng tay, van hai vị trí 5 điều khiển bằng vấu 4 trên piston của xi lanh 3 và trở về vị trí ban đầu bằng lò xo ở vị trung giancủa van phân phối 6, các đường nối thông với nhau, tương ứng với chế độ giảm tải bơm và xi lanh ở trạng thái tự do

Khi van phân phối 6 ở vị trí bên phải, chất lỏng từ bơm vào khoang trái của xi lanh làm cho piston chuyển động sang phải Ngoài ra khi piston bắt đầu chuyển động, vấu 4 tỳ vào van 5 đẩy nó xuống

dưới, vì vậy chất lỏng từ khoang phải của xi lanh cũng đi vào khoang trái của nó (tiết diện làm việc của xi lanh trương trường hợp này là tiết diện của cần đẩy), tương ứng với hành trình tăng tốc của xi lanh Sau khi vấu 4 không còn tỳ vào van 5, dưới tác dụng của lò xo nó dược đẩy lên trên làm ngắt khoang trái của xi lanh với khoang phải của nó và nối khoang này với bể Kết quả là khoang trái của

xi lanh chỉ được cấp chất lỏng từ bơm qua van tiết lưu 2, tương ứng với hành trình công tác của xi lanh

Khi van trượt 6 ở vị trí bên trái, chất lỏng đi vào khoang phải của xi lanh 3, chất lỏng từ khoang trái của xi lanh thoát về bể qua van một chiều 1

Trên hình 76, a là sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều 1 và bơm điều chỉnh 4 Hệ thống được điều khiển bằng van phân phối ba cửa hai vị trí

Van an toàn 3 được lắp vào hệ thống để xả chất lỏng về bể khi áp suất tăng quá mức qui định ở vị trí của van 2 như trên hình 76, a, chất lỏng từ bơm đi vào xi lanh 1 Đường hồi lúc này bị ngắt Khi dịch chuyển van 2 sang vị trí đối diện, chất lỏng từ bơm qua van an toàn 3 về bể, xi lanh 1 nối với

bể, piston của nó dưới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới

Hình 76 Sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều

Trong sơ đồ này, nếu thay van 2 bằng van phân phối ba cửa, ba vị trí (hình 76, b), ở vị trí trung gian của con trượt có thể giữ piston ở vị trí cố định và bơm được nối với bể

III.1 Các sơ đồ thuỷ lực cơ bản

Mỗi hệ thống bất kỳ đều được tích hợp bởi các hệ thống cơ bản và tổ hợp của chúng Do tổ hợp của các sơ đồ cơ bản để tích hợp nên các hệ thống thuỷ lực phức tạp là không hạn chế, trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu nguyên lý của một số sơ đồ thuỷ lực cơ bản thường sử dụng trong các hệ thống thuỷ lực

Sơ đồ thuỷ lực với van phân phối hai cấp Trong các hệ thống tự động thường sử dụng van phân phối hai cấp, trong đó cơ cấu ra lệnh không tác động trực tiếp vào van phân phối mà thông qua van trung gian (điều khiển), nhờ đó có thể giảm đáng kể công suất của tín hiệu

Sơ đồ thuỷ lực cùng với xi lanh 1, van phân phối hai cấp, trong đó van chính 2 và van phụ 3 được thể hiện trên hình 77

Hình 77 Sơ đồ thuỷ lực với van phân phối hai cấp

Hình 78 Sơ đồ thuỷ lực với van phân phối hai cấp có giảm tải bơm

Hệ thống gồm bơm điều chỉnh 6, van an toàn 5, van một chiều 4 Van phân phối chính 2 có độ chờm

âm được điều khiển bằng van phụ 3 điều khiển bằng tay ở vị trí trung gian của van phụ 3, các khoang điều khiển của van chính 2 thông với nhau và nối với bể 7 Dưới tác dụng của lò xo, con trượt của nó ở vị trí trung gian và các đường dẫn nối với bể làm cho bơm được giảm tải

Sơ đồ tương tự được thể hiện trên hình 78 Hệ thống gồm bơm cố định 6, được giảm tải bằng tay bởivan 7 Đảo chiều chuyển động của xi lanh 1 được thực hiện nhờ vấu gắn trên piston của nó tác độngvào van phụ bốn cửa hai vị trí 5 làm đảo chiều van chính 3 Tốc độ đảo chiều của van chính 3 được điều chỉnh bằng các van tiết lưu 2 và 4

Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng điện từ Việc sử dụng các van phân phối điều khiển bằng điện từ trong hệ thống tự động thuỷ lực làm cho nó ngày càng được ứng dụng rộng r•i trong kỹ thuật Để điều khiển van phân phối có thể sử dụng một (hình 79, a) hoặc hai (hình 79, b) nam châm điện từ Con trượt trở về vị trí ban đầu (hình 79, a) hoặc vị trí trung gian (hình 79, b) nhờ các lò xo

Tín hiệu điều khiển điện trong các hệ thống với van phân phối điều khiển điện thường được thực hiện bằng cách tác động vào các công tắc hành trình 1 (hình 79, a), mắc nối tiếp trong mạch khởi động – tắt hoặc mở các rơ le áp suất 1 (hình 79, c và d).

Hình 79 Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng điện từ.

Trên hình 79, c, khi áp suất trong hệ thống tăng quá mức qui định của rơ le 1 mạch cung cấp điện cho nam châm 2 bị ngắt, lò xo sẽ đẩy con trượt về vị trí ban đầu Tương tự như vậy, lò xo sẽ đưa con trượt về vị trí trung gian (hình 79, b và d) Công tắc hành trình thường được kết hợp với rơ le áp suất (hình 79, d) Trong sơ đồ này, việc đảo chiều động cơ nhờ công tắc hành trình 2, còn rơ le áp suất 1 làm nhiệm vụ đưa bơm về chế độ không tải khi động cơ đi đến cuối hành trình

Sơ đồ thuỷ lực với bơm điều chỉnh Trên hình 80 là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều chỉnh Hệ thống gồmbơm điều chỉnh 2 cùng với cơ cấu điều chỉnh lưu lượng 9 Trong sơ đồ còn có bơm phụ 5 để cấp chomạch điều khiển và bù lưu lượng cho bơm chính Từ thiết bị ra lệnh của hệ thống điều khiển, tín hiệuđảo chiều của bơm 2 đến van điều khiển điện từ 3 làm dịch chuyển vị trí con trượt của nó, đưa chất lỏng vào các khoang tương ứng của xi lanh 9 để thực hiện đảo chiều bơm 2 Khi thực hiện đảo chiềubơm 2, cũng đồng thời đảo chiều van hai vị trí điều khiển bằng thuỷ lực 4 để nối cửa hút của bơm chính 2 với bơm phụ 5

Trong sơ đồ còn có hai van an toàn 7 và 8 để bảo vệ cho hệ thống trong hành trình thuận và ngược lại của động cơ 1 Van tràn 6 điều chỉnh áp suất của bơm 5 đảm bảo cho mạch điều khiển

Hình 80 Hệ thống thuỷ lực với bơm điều chỉnh

Sơ đồ thuỷ lực với hai bơm song song Trong nhiều hệ thống, đặc biệt là hệ thống thuỷ lực máy cắt gọt kim loại, thường lắp hai bơm song song với nhau, trong đó, một bơm cố định với áp suất thấp, lưu lượng lớn để cung cấp cho hệ thống trong hành trình không tải, và bơm thứ hai điều chỉnh với ápsuất cao, lưu lượng nhỏ làm việc trong hành trình công tác

Hình 81 Sơ đồ thuỷ lực hai bơm mắc song song

Hình 82 Sơ đồ thuỷ lực hai bơm với ác qui thuỷ lực

Sơ đồ đơn giản nhất của của hệ thống này thể hiện trên hình 81 Chuyển động nhanh của động cơ được đảm bảo nhờ tổng lưu lượng của bơm ấp suất cao 2 và áp suất thấp 3 Khi kết thúc hành trình không tải, bơm 3 sẽ được ngắt bằng tay hoặc tự động theo tín hiệu điều khiển Trong sơ đồ này việc giảm tải của bơm 3 được thực hiện nhờ mở khoá 4 để đưa dòng chất lỏng về bể, sau đó hệ thống chỉ còn được cấp bởi bơm 2

Trên hình 82, a là sơ đồ nguyên lý của hệ thống thuỷ lực tương tự được cấp bởi hai bơm 5 và 6 Khi

áp suất trong hệ thống chưa tăng đến mức điều chỉnh lò xo của van hai vị trí 1, đường thông về bể

của bơm 6 vẫn bị ngắt, cả hai bơm đều cấp chất lỏng cho hệ thống theo đường 3 Cuối hành trình không tải, áp suất trong đường 3 tăng lên vượt quá lực lò xo của van 1, bơm áp suất thấp 6 tự động

xả dầu về bể, bơm 5 vẫn tiếp tục cấp chất lỏng cho hệ thống áp suất của bơm 5 được điều chỉnh vàbảo vệ bởi van an toàn 4

Hình 82, b là sơ đồ tương tự với hình 82, a chỉ khác ở chỗ bơm 6 được tự động ngắt nhờ rơ le áp suất 7 đưa tín hiệu đến nam châm điện của van 1

Sơ đồ thuỷ lực hai động cơ được cấp bởi một bơm Trên hình 83 là sơ đồ thuỷ lực với hai động cơ 1

và 6 được cấp bởi một bơm 3, trong đó động cơ 6 làm việc với tải trọng nhỏ hơn nhiều so với động

cơ 1

Hình 83 Sơ đồ thuỷ lực hai động cơ với một bơm

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 bảo đồng bộ chuyển động của hai hoặc nhiều cơ cấu chấp hành

Hình 84 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 tiếtlưu 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 bộ điều 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 độngcủa 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 phápđiều 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 trong các hệ thống công suất lơn

III.2.1 Phương pháp tiết lưu

Phương 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 tự động bởi vì nó cho phép sử dụng các tín hiệu có công suất nhỏ

Hình 85 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 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

P1F= p2F + P ± T

Vì p1 = pp – p nên∆p nên

Dp = pb – p2 – (P ± T)/F, (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;

∆p nên

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

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

Trên hình 85, d là sơ đồ mắc tiết lưu song song với động cơ Lượng dầu thừa 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 Qd vào động cơ

và nhánh kia Qt qua van tiết lưu và cả hai lưu lượng này đều tỷ lệ nghịch với sức cản (tải):

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 bộ điều tốc thay cho van tiết lưu.

Tương tự như 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 bộ điều 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 tácđộng vào xi lanh

Lưu lượng chất lỏng qua van tiết lưu được xác định bằng công thức

Q=μf.sqrt(2(pf.sqrt(2(p4 – p5)/ρ)) ,

trong đó μf.sqrt(2(p – hệ số lưu lượng của van tiết lưu;

f – diện tích lưu thông của van tiết lưu;

p4 và 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 –

p5 không 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

Hình 86 Mắc bộ điều tốc ở cửa vào của động cơ

Kết quả là piston của van giảm áp bị dịch chuyển xuống dưới làm tăng cửa lưu thông của van giảm

áp, chất lỏng từ bơm vào khoang b nhiều hơn Vì vậy áp suất p4 trước tiết lưu cũng được tăng lên giữcho độ chênh áp p4 – p5 trước và sau van tiết lưu không đổi

Nếu bỏ qua lực ma sát và lực quán tính, có thể viết phương trình cân bằng đối với piston của van giảm áp:

Tuy vậy cũng cần phải thấy rằng mắc bộ điều tốc như trên hình 86 không thể đảm bảo tuyệt đối sự

ổn định tốc độ của piston Khi tải tác dụng lên piston thay đổi, lưu lượng rò rỉ của chất lỏng từ khoang cao áp p1 sang khoang thấp áp p2 trong xi lanh cũng thay đổi

Có thể làm cho tốc độ của xi lanh ổn định, hệ thống làm việc êm dịu và nhậy hơn bằng cách lắp thêm van đối áp ở cửa ra của động cơ