CHUYÊN ĐỀ THỦY KHÍ TRÊN Ô TÔ XE NÂNG FORKLIFT

Đồ án, chuyên đề hệ thống thủy lực trên ô tô cụ thể trên xe nâng forklift được mô phỏng trên phần mềm Fluidsim. Mô phỏng điều khiển tay nâng theo từng chế độ... tính toán các thông số và biểu thị sự thay đổi các thông số của từng chi tiết trong hệ thống khi làm việc...

KHOA: CÔNG NGHỆ Ô TÔ



BÀI TẬP LỚN CHUYÊN ĐỀ VỀ HỆ THỐNG THỦY KHÍ

TRÊN Ô TÔ

Hà Nội, /2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018

Giáo Viên Hướng Dẫn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN 6

1.1 Điều khiển ổn định vận tốc 6

1.1.1 Điều khiển bằng tiết lưu 6

1.1.1.1 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường cấp 7

1.1.1.2 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi 8

1.1.2 Điều khiển bằng thể tích 10

1.1.3 Ổn định vận tốc 11

1.1.3.1 Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường vào của cơ cấu chấp hành 11

1.1.3.2 Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường ra của cơ cấu chấp hành 12

1.1.3.3 Ổn định tốc độ khi điều khiển bằng thể tích kết hợp với tiết lưu 13

1.2 Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực 14

1.2.1 Khái quát về hệ thống dẫn động và điều khiến bằng thủy lực 14

1.2.2 Các sơ đồ hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực thông dụng 15

1.2.2.1 Máy dập khung vỏ thủy lực điều khiển bằng tay 15

1.2.2.2 Cơ cấu điều khiển gầu xúc trong máy công trình 16

1.2.2.3 Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực 17

1.2.3 Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực 18

1.2.3.1 Quy trình tính toán hệ thống điều khiển thủy lực 18

1.2.3.2 Tính toán hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực 19

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FLUIDSIM KHẢO SÁT HỆ THỐNG THỦY KHÍ 24

2.1 Khái quát về phần mềm FluidSIM 24

2.2 Giới thiệu về phần mềm FluidSIM 24

2.2.1 Ưu điểm và nhược điểm: 24

2.2.2 Giao diện chính của FIuidSIM 24

2.2.2.1 Giao diện thư viện 25

2.2.2.2 Giao diện tra cứu ý nghĩa, thông số định mức các ký hiệu trong thư viện 26

2.2.2.3 Giao diện thiết kế mạch 26

2.2.2.4 Gao diện điều khiển thông số cho phần tử có trong phần mềm 27

2.2.2.5 Thanh công cụ mô phỏng chương trình 28

2.2.3 Các nhóm phần từ thiết kế và mô phỏng có trong FluidSIM 28

2.2.3.1 Nhóm các bộ phận cơ bản trong hệ thống 28

2.2.3.2 Nhóm điều khiển điện, điện - thuỷ lực 31

2.2.3.3 Nhóm cung nấp và xử lý dầu 32

2.2.4 Quá trình điều khiển ứng dụng trong phần mềm FluidSIM 32

2.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm FluidSIM 34

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG FLUIDSIM H MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 39

CHƯƠNG 4: THỦY LỰC TRÊN XE NÂNG FORKLIFT 39

4.1 Giới thiệu sơ đồ mạch thủy lực trên xe nâng Forklift 39

4.2 Mô phỏng trạng thái làm việc của hệ thống thủy lực điều khiển góc nghiêng giá nâng 48

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu 6

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vận tốc bằng tiết lưu đường vào 8

Hình 1 3 Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tiết lưu ở đường ra 10

Hình 1 4: Sơ đồ thủy lực điều khiển bằng thể tích 11

Hình 1 5: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độc trên đường vào 13

Hình 1 6: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độ trên đường ra 14

Hình 1 7: Ổn định tốc độ khi điều khiển kết hợp 15

Hình 1 8: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tay máy dập khung vỏ 17

Hình 1 9: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển gầu múc trong máy công trình 18

Hình 1 10: Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực 19

Hình 1 11: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến 21

Hình 1 12: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động quay 23

Y Hình 2 1: Giao diện chính của FluidSIM 26

Hình 2 2: Giao diện của thư viện phần tử 26

Hình 2 3: Giao diện tra cứu có ý nghĩa, thông số định mức ký hiệu bơm thủy lực 27

Hình 2 4: Giao diện thiết kế mạch 28

Hình 2 5: Giao diện điều khiển thông số cho phần tử có trong phần mềm 28

Hình 2 6: Thanh công cụ mô phỏng 29

Hình 2 7: Van áp suất 30

Hình 2 8: Nhóm van đảo chiều 30

Hình 2 9: Nhóm van tiết lưu 31

Hình 2 10: Nhóm van chặn 31

Hình 2 11: Nhóm xylanh 32

Hình 2 12: Nhóm động cơ thủy lực được mô phỏng trong FluidSIM 32

Hình 2 13: Sơ đồ tóm tắt quá trình điều khiển trong FluidSIM 34

Hình 2 14: Giao diện của phần mềm FluidSIM 35

Hình 2 15: Giao diện của menu mở một file mới 36

Hình 2 16: Giao diện của menu lưu file 36

Hình 2 17: Giao diện điều khiển các thông số 37

Hình 2 18: Menu lấy đồ thị biểu diễn 37

Hình 2 19: Giao diện quá trình mô phỏng 38

Hình 2 20: Giao diện kiểm tra lỗi 38

Hình 2 21: Giao diện thực hiện quá trình mô phỏng 39

Hình 3 1 Các bộ phận của hệ thống thủy lực 39

Hình 3 2 Mạch thủy lực tổng quát 40

Hình 3 3 Mạch thủy lực nâng hạ 41

Hình 3 4 Mạch thủy lực nâng hạ 42

Hình 3 5 Mạch thủy lực điều khiển giá nâng 43

Hình 3 6 Mạch thủy lực điều khiển góc nghiêng giá nâng 44

Hình 3 7 Mạch thủy lực di chuyển giá nâng 45

Hình 3 8 Mạch thủy lực điều khiển chân thăng bằng 46

Hình 3 9 Sơ đồ mạch thủy lực tổng quát 47

Hình 3 10 Mạch thủy lực ở trạng thái chưa làm việc 48

Hình 3 11 Mạch thủy lực ở trạng thái tăng góc nghiêng giá nâng 49

Hình 3 12 Mạch thủy lực ở trạng thái giảm góc nghiêng giá nâng 50

Hình 3 13 Mạch thủy lực ở trạng thái hãm khi đạt điểm dừng 51

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, quá trình xây dựng, hoạt động thương mại buôn bán ở các khu côngnghiệp, cảng và các ngành công nghiệp vận tải xếp dỡ Việc sử dụng các thiết bị như máynâng hạ, máy xếp dỡ là một điều tất yếu để có thể vận chuyển hay xếp dỡ những kiệnhàng có trọng tải lớn cũng như làm gia tăng hiệu quả lao động Hệ thống thủy lực trongmáy nâng hạ là hệ thống quan trọng nhất, nó đảm nhiệm công tác làm việc chính

Nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn và nắm rõ được cách thức điều khiển cũng nhưcách thức hoạt động của hệ thống thủy lực trên xe nâng Từ đó, có thể dễ dàng nắm vàhiểu được cách thức vận hành các thiết bị thủy lực tương tự Chúng em đã thực hiện đề

tài “Ứng dụng phần mềm FluidSIM mô phỏng hệ thống thủy lực trên xe nâng Forklift”.

Được sự giúp đỡ của thầy ………., các thầy cô trong khoa công nghệ ô

tô, chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tếcòn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong quý thầy côđóng góp thêm ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nhóm Trưởng

 Quá trình điều khiển và điều khiển vô cấp được tiến hành đều đặn;

 Vùng làm việc thay đổi trong khoảng rộng;

 Tính thích tứng rất nhanh do mô men quán tính riêng rất nhỏ

Ví dụ, xét thời gian khi động cơ không tải tăng tốc độ quay từ 0 đến 2/3 tốc độ danhnghĩa thì:

 Động cơ thủy lực piston trục công suất 50 kW, hết khoảng 0,2 – 0,3s;

 Động cơ điện một chiều cùng công suất, hết khoảng 2 – 3s

Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thủy tĩnh là truyền các thông số đặc trưng củađộng cơ truyền lực (mô men quay M1 và tần số quay n1) thích ứng với các thông số đặctrưng của phụ tải (mô men tải M2 và tần số quay phụ tải n2 của một động cơ hoặc lực tải

Các phần từđiều khiển

Bơmthủy lực t

Động cơthủy lực

Xylanhthủy lực

Ngoài dòng công suất đã mô tả còn có một dòng tín hiệu để điều khiển và điềukhiển dòng công suất trên, ví dụ tại một bộ điều khiển thủy lực điện, tín hiệu ra vào làmột dòng điện và nhờ thiết bị điều khiển tác động tiếp tục sao cho động cơ thủy lực hoặcxylanh thủy lực có thể thực hiện các hoạt động mong muốn của phụ tải theo sự tăng tảitrọng hoặc theo trật tự thời gian,…

Tải trọng của một máy được truyền động thủy tĩnh thường là rất ít khi không thayđổi, nó phụ thuộc rất nhiều vào công việc cần thực hiện và thường biến động mạnh, dẫnđến làm biến dộng áp suất trong thiết bị thủy lực

Mặt khác, trong nhiều trường hợp người ta mong muốn có công suất P1 ch của động

cơ truyền lực là không đổi và tận dụng hết công suất Nếu muốn đạt được yêu cầu đó vớimột áp suất cho trước thì chỉ có khả năng là thay đổi lưu lượng dầu thủy lực Q Cácphương pháp điều khiển và điều khiển dưới đây đều dựa trên cơ sở thay đổi lưu lượng.Điều khiển vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấphành trong hệ thống thủy lực bằng cách thay đổi lưu lượng dầu thủy lực thường sử dụng

2 phương pháp cơ bản sau:

 Phương pháp thứ nhất: Sử dụng biện pháp thay đổi sức cản trên đường dẫn bằngvan tiết lưu Phương pháp này gọi là “điều khiển bằng tiết lưu”

 Phương pháp thứ hai: Sử dụng biện pháp thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu,tức là thay đổi lưu lượng của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực Phương phápnày gọi là “điều khiển bằng thể tích”

Lựa chọn phương pháp điều khiển bằng vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưcông suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tính củabơm dầu…

Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống thúy lực, người tadùng phương pháp điều khiển vận tốc bằng thể tích Loại điều khiển này được thực hiệnbằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực lưu lượng dầu cần thiết đảm bảo một vận tốcnhất định Do đó nếu như không tính đến tổn thất về thể tích và cơ khí thì toàn bộ nănglượng do bơm dầu tạo nên đều niến thành công có ích

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN

1.1 Điều khiển ổn định vận tốc

1.1.1 Điều khiển bằng tiết lưu

Nếu muốn thay đổi vô cấp lưu lượng của một bơm có thể tích làm việc không đổithích ứng với yêu cầu của phụ tải, người ta có thể sử dụng các van phân phối tiết lưu hoặccác van dòng

Các van tiết lưu chuyển lưu lượng cực đại cung cấp thừ bơm thành một lưu lượnghoạt động của phụ tải Q2 và một lượng dầu thừa (Q1 – Q2) được hồi về thùng qua van giớihạn áp suất (tiết lưu machjd ầu chính) hoặc qua van dòng (tiết lưu mạch dầu phụ)

Việc thay đổi lưu lượng cung cấp từ bơm có thể tích làm việc không đổi nhờ vantiết lưu thường được ứng dụng trên các hệ thống thủy lực của các máy công tác tự hành.Điều khiển van tiết lưu có kết cấu đơn giản nên loại điều khiển này được dùng phổbiến trong các hệ thống thủy lực của các máy công cụ đề điều khiển vận tốc của chuyểnđộng thẳngcũng như chuyển động quay

Từ sơ đồ nghuyên lý của van tiết lưu như hình 1.2

Q

∆ ρ

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu

Ta có phương trình lưu lượng Q qua van là:

- ∆ p=p1−p2 Chênh lệch áp suất trong van tiết lưu

Từ công thức (1.1) ta thấy, khi tiết diện van A x thay đổi làm thay đổi chênh lệch ápsuất ∆ p qua van làm cho thay đổi lưu lượng dầu Q tới cơ cấu chấp hành dẫn tới vận tốccủa cơ cấu chấp hành v thay đổi

Ở phương pháp điều khiển này bơm dầu có lưu lượng không đối và với việc thayđổi tiết diện chảy của van tiết lưu, làm thay đổi hiệu áp của đầu, do đó thay đối lưu lượng

Q dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định Lượng dầu thừa khôngthực hiện công có ích được hồi về bình chứa dầu

Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta có hai phương pháp điềukhiển lưu lượng bằng tiết lưu như sau:

 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường dầu cấp vào cơ cấu chấp hành;

 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi dầu về thùng chứa

1.1.1.1 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường cấp

Hình 1.3 là sơ đồ điều khiển vận tốc bằng tiết lưu ở đường vào Van tiết lưu (3) đặt

ở đường vào của xylanh (5) Đường ra của xylanh được dẫn về bình chứa dầu qua vancản (6) Nhờ van tiết lưu (3), ta có thể điều khiển hiệu áp suất giữa hai đầu van tiết lưu,tức là điều khiển được lưu lương chảy qua van tiết lưu vào xylanh (bằng cách thay đổitiết diện chảy A x), do đó làm thay đổi vận tốc của piston Lương đầu thừa (QT) chảy quavan tràn (2) về bình chứa dầu

Van cản (6) dùng để tạo nên một áp nhất định (khoảng 3 đến 8 bar) trong buồng bên phải của xylanh (S), đảm bảo piston chuyển động êm, ngoài ra van cần (6) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trong thay đột ngột

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vận tốc bằng tiết lưu đường vào

Trong đó: 1 – Bơm thủy lực 2 – Van tràn 3 – Van tiết lưu

4 – Van đảo chiều 5 – Xylanh lực 6 – Van cản

Nếu như tải trọng tác dụng lên piston là F và lực ma sát giữa piston và xylanh là Fmsthì phương trình cân bằng lực tác dụng lên piston là:

1

2

63

45

Trong đó: p0 là áp suất do bơm dầu tạo nên, được điều khiển bằng van tràn.

Phương trình lưu lượng: Q1 qua van tiết lưu (bỏ qua sự rò dầu)

1.1.1.2 Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi

Hình 1.4 là sơ đồ điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu ở đường ra Van tiết lưu đảm nhiệm luôn chức năng của van cản là tạo nên một áp suất nhất định ở đường ra củaxylanh Trong trường hợp này, áp suất ở buồng trái xylanh bằng áp suất của bơm, tức là

p1=p0

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên piston là:

Vì cửa van của tiết lưu nối liền với bình chứa dầu (áp suất p3 khá nhỏ so với áp suất

p2), nên hiệu áp của van tiết lưu:

Khi tải ngoài FL thay đổi làm áp suất trên đường ra p2 thay đổi dẫn đến lưu lượng ra

Q2 thay đổi làm cho vận tốc v thay đổi

Nhận xét:

Cả hai phương pháp điều khiển bằng tiết lưu trên đều có ưu điểm là kết cấu đơngiản, nhưng cả hai đều có nhược điểm là không đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành ởmột giá trị ổn định, khi tải trong thay đổi

Do đó người ta chỉ dùng phương pháp điều khiển bằng tiết lưu cho những hệ thốngthủy lực làm việc với tải trong thay đổi nhỏ, hoặc trong hệ thống không yêu cầu cao về

ổn định vận tốc

Nhược điểm khác của hệ thống điều khiển bằng tiết lưu là do ma sát và độ nhớt củadầu thủy lực nên khi đầu đi qua van tiết lưu sẽ gia tăng nhiệt độ, nhiệt lượng ấy làm giảm

độ nhớt của đầu, có khả năng làm tăng lượng dầu rò, ảnh hưởng đến sự ổn định vận tốccủa cơ cấu chấp hành, dẫn đến hiệu suất của hệ thống giảm

Vì những lý do đó, điều khiển bằng tiết lưu thường dùng trong những hệ thống thủylực có công suất nhỏ, thường không quá 3 - 3,5 kW Hiệu suất của hệ thống điều khiểnnày khoảng 0,65 ~ 0,67

Hình 1 3 Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tiết lưu ở đường ra

Trong đó: 1- Bơm thủy lực 2 – Van tràn 3 – Van tiết lưu

4 – Van đảo chiều 5 – Xylanh lực

1

32

45

1.1.2 Điều khiển bằng thể tích

Để giảm sự gia tăng nhiệt độ dầu trong hệ thống khi làm việc, đồng thời tăng hiệusuất của hệ thống thủy lực, người ta thường dùng phương pháp điều khiển vận tốc bằngcách thay đổi thể tích đầu thủy lực cấp vào hệ thống Loại điều khiển này được thưc hiệnbằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực lưu lượng đầu cần thiết để đảm bảo một vận tốcnhất định tùy theo yêu cầu của tải mạch ngoài

Lưu lượng dầu có thể thay đổi bằng cách dùng bơm dầu piston hoặc cánh gạt có khảnăng điều chỉnh lưu lượng khi làm việc

Đặc điểm của hệ thống điều khiển vận tốc bằng thể tích là khi tải trong không đổi,công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ thuận với lưu lượng của bơm Vì thế, loại điều khiểnnày được dùng rộng rãi trong các máy yêu cầu công suất lớn khi khởi động, tức là cầnthiết lực kéo hoặc mômen xoắn lớn Ngoài ra, nó cũng được dùng rộng rãi trong những

hệ thống thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay với đặc tính làm việc làvận tốc giảm thì công suất cần thiết cũng phải giảm

Tóm lại: Ưu điểm của phương pháp điều khiển bằng thể tích là đảm báo hiệu suấttmyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nhưng bơm dầu điều khiển được lưu lượng có kếtcấu phức tap, giá thành chế tao đắt hơn là loại bơm dầu có lưu lượng không đổi

Hình 1 4: Sơ đồ thủy lực điều khiển bằng thể tích

Ta có:

Q1=Q b=q b n( p l)

Q1=v A1

Từ sơ đồ nguyên lý trên hình 1.5 ta nhận thấy: Khi thay đổi độ lệch tâm e =› q b sẽthay đổi => Q b = Q1 thay đổi =› v thay đổi

Nhận xét: Toàn bộ lưu lượng của bơm đến cung cấp cho xylanh (không có dầu

thừa) nên hiệu suất của hệ thống đạt được là cao hơn so với phương pháp điều khiển bằngtiết lưu

1.1.3 Ổn định vận tốc

Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệthống điều khiển đơn giản như đã trình bày ở trên không thể đảm bảo được, vì nó khôngkhắc phục được những nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyển động, như tải trọngkhông thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng như sự thay đổi nhiệt độ của dầu Ngoài những nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc không ổn định còn donhững thiếu sót về kết cấu (như các cơ cấu điều khiển chế tao không chính xác, lắp rápkhông thích hợp .) Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì được trí số đã điềukhiển thì trong các hệ thống điều khiến vận tốc kế trên cần lắp thêm một bộ phận, thiết bị

để loại trừ ảnh hưởng của các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc

Ta xét một số phương pháp thường dùng để ổn định vận tốc của cơ cấu chấp hành

Để giảm ảnh hướng thay đổi tải trọng, phương pháp đơn giản và phổ biến nhất là dùng bộ

ổn định vận tốc (gọi tắt là bộ ổn tốc) Bộ ổn định tốc độ có thể dùng trong hệ thống điềukhiển vân tốc bằng tiết lưu, hay ở hệ thống điều khiển bằng thể tích và nó có thể ở đườngvào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành (Bộ ổn tốc lắp ở đường ra được ứng dụng rộngrãi hơn)

1.1.3.1 Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường vào của cơ cấu chấp hành

Hình 1 5: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độc trên đường vào

Giải thích: giả sử ngoại lực FL tăng lên làm áp suất p1 tăng nên piston van giảm ápdịch chuyển sang trái làm cửa ra của van giảm áp mở rộng dẫn đến áp suất p3 tăng lên đểgiảm sự chênh lệch áp suất làm cho ∆ p=const

Trên đồ thị: p1≥ p2+p ms

+/ Khi p1 => p3 => ∆ p=const=¿v=const

+/ Khi p3=p0, tức là cửa ra của van mở hết cỡ (tại A trên đồ thị), nếu tiếp tục FL => p1

mà p3=p1 không tăng nữa => ∆ p=p3−p1(p3=p0) => v  và đến khi p1=p3=p0 => ∆ p=0

=> v=0

1.1.3.2 Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường ra của cơ cấu chấp hành

Tại van giảm áp ta có:

+/ Giả sử: FL  => p2  => p3  => pitong van giảm áp sang phải => cửa ra mở rộng

=> p3  để ∆ p=const

Hình 1 6: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độ trên đường ra

Trên đồ thị:

Khi FL = 0 => p2=p0−p ms => v=v0.

Khi FL  => p2  => van giảm áp duy trì p3 để ∆ p=const => v0=const

Nếu tiếp tục  FL => p2=p3 (tại A trên đồ thị), nếu tăng nữa => p2=p3 = 0 tại B

1.1.3.3 Ổn định tốc độ khi điều khiển bằng thể tích kết hợp với tiết lưu

Lưu lượng của bơm được điều khiển bằng cách thay đổi độ lệch tâm e Khi làmviệc, stato của bơm có xu hướng di động sang trái do tác dụng của áp suất dầu ở bườngnén gây nên

Ta có phương trình cân bằng lực của stato (bỏ qua ma sát):

Trong đó: k: hệ số điều khiển bơm

Nếu ta lấy hiệu tiết diện

F1−F2=k

F1=F2+k thay vào biểu thức (1.18) ta được:

F lx+p1.(F2+k)−p0 F2−k p0=0

Hình 1 7: Ổn định tốc độ khi điều khiển kết hợp

Ta có lưu lượng qua van tiết lưu:

Từ công thức (1.20) ta thấy:

Lưu lượng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc trưng bằng p1, p0)

Giả sử: FL => p1 => piston điều khiển sẽ đẩy stato của bơm sang phải => e => p0

=> ∆ p=p0−p1=const

1.2 Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực

1.2.1 Khái quát về hệ thống dẫn động và điều khiến bằng thủy lực

Tương tự như khi thiết kế máy nói chung, khi thiết kế các hệ thống dẫn động vàđiều khiển bằng thuỷ lực cũng phải xuất phát từ các chức năng mà máy cần thực hiện Đểbiểu diễn hệ thống thường sử dụng sơ đồ mạch với các ký hiệu mạch thuỷ lực

Việc tổng hợp một thiết bị thuỷ lực, có nghĩa là kết nối các phụ tải thuỷ lực thànhmột thiết bị thuỷ lực đầy đủ và biểu diễn nó có thể được thực hiện đơn giản nhất nhờ các

sơ đồ mạch thủy lực

Các Sơ đồ mạch thường gồm nguồn thủy lực và các nhóm phụ tải mà nhờ đó người

ta có thể hiểu được tổng quát về cấu tạo của thiết bị Các phụ tải thường được chia làm 5nhóm cơ bản sau:

Nhóm 1: Các phụ tải để tạo ra lưu lượng (chuyển đổi năng lượng cơ học thành nănglượng thuỷ lực);

Nhóm 2: Các phụ tải để giới hạn áp suất dầu (bảo vẻ quá tải);

Nhóm 3: Các phụ tải để xác định chiều dòng chuyển động (chiều chuyển động củaphụ tải);

Nhóm 4: Các phụ tải để xác định cường độ dòng dầu (vận tốc chuyển động của phụtải);

Nhóm 5: Các phụ tải chấp hành để tạo ra di chuyển của máy (chuyển đổi nănglượng thuỷ lực thành năng lượng cơ học)

Khi xây dựng một sơ đồ mạch thủy lực mới, hoặc khi đọc các sơ đồ mạch thủy lực

có sẵn, chúng ta nên lấy các phụ tải cơ bản này làm cơ sở để lập sơ đồ hoặc để phân tích

và đọc sơ đồ mạch

Ví dụ: trong mạch thủy lực hệ thống phanh đơn giản của ô tô sẽ không có các nhóm2; 3; 4 vì để phanh chỉ cần có một xylanh lực (tổng phanh) nhận lực truyền từ bàn đạpphanh để tạo công suất thuỷ lực (nhóm 1) và 4 xylanh phanh tại các bánh xe (xylanh con)

để tạo ra lực ép khi phanh tại cơ cấu phanh bánh xe (nhóm 5)

1.2.2 Các sơ đồ hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực thông dụng

1.2.2.1 Máy dập khung vỏ thủy lực điều khiển bằng tay

Nguyên lý làm việc: Xylanh lực 4 có cầu nối với khuôn dập Ở trạng thái ban đầukhi chưa có tác động điều khiển thì van 3 ở vị trí 1 khi đó xylzmh được cấp đầu thủy lực

và nâng khuôn dập lên Khi có tín hiệu tác động bằng tay, van đảo chiều chuyển từ vị trí

1 sang vị trí 2 làm cho dầu từ xylanh hồi nhanh về thùng, dầu dập đi xuống Khi thả tay

ra do tác động của lò xo hồi vị, van đảo chiều sẽ trở về vị trí 1 và xylanh lại nâng khuôndập lên vị trí ban đầu

Hình 1 8: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tay máy dập khung vỏ

Trong sơ đồ:

4- Xylanh lực 5- Áp kế 6- Van một chiều

1.2.2.2 Cơ cấu điều khiển gầu xúc trong máy công trình

Nguyên lý làm việc: Xylanh lực 4 điều khiển tay gầu máy xúc Ở trạng thái ban đầukhi chưa có tác động điều khiển thì van 3 ở vị trí B khi đó xylanh được cấp dầu thủy lực

và đẩy tay gầu về vị trí ban đầu Khi có tín hiệu tác động bằng tay, van đảo chiều chuyển

từ vị trí B sang vị trí A làm cho dầu thủy lực đi theo chiều ngược lại dẫn động gầu xúcthực hiện nhiệm vụ Để chuyển động của xylanh, gầu xúc đi xuống được êm, ta lắp thêmmột van cản 5 vào đường xả dầu về Khi thả tay ra do tác động của lò xo hổi vị, van đảochiều sẽ trở về vị trí B và xylanh lại đẩy tay gầu về vị trí ban đầu

Hình 1 9: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển gầu múc trong máy công trình

Trong đó: 1- Bơm; 2- Van tràn; 3- Van đảo chiều 4/2,

4- Xylanh; 5- Van cản 6- Van một chiều;

1.2.2.3 Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực

Van phân phối trợ lực lái được bố trí trên trục lái trong cơ cấu lái Piston van được

đỡ trong vỏ qua lò xo van Tại vì trí trung gian của van trợ lái tất cả các đầu nối đượcthông với nhau Bơm thuỷ lực cung cấp dầu không áp suất về thùng Xylanh trợ lái đượclắp ở vị trí trung gian, do đó các lực ngoài có thể tạo nên tác động ngược vào bánh xe.Khi đó vô lăng có thể xoay về theo chuyển động của bánh hướng dẫn qua trục lái

Nếu tác động vào vô lăng thì piston van trợ lái dịch chuyển ngược chiều lò xo.Xylanh trợ lái được cung cấp dầu có áp suất đến một khoang để xoay bánh xe hướng dẫntheo chiều xoay của vô lăng Nếu vô lăng được giữ chặt thì con trượt van lại dịch chuyểntrở về vị trí trung gian Để cải thiện tốt hơn tính chất lái thì dòng dầu đi qua van điềukhiển dòng cần được giữ không đổi Nếu hệ thống thuỷ lực bị hỏng thì lực lái sẽ đượctruyền từ truyền động lái qua piston van lái đến trục lái thuần tuý cơ học Piston có thểcuốn dầu qua van chặn dòng

Hình 1 10: Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực

1.2.3 Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực

1.2.3.1 Quy trình tính toán hệ thống điều khiển thủy lực

Việc tính toán mạch thủy lực nhằm xác định các thông số làm việc cơ bản của hệthống thường được thực hiện qua 9 bước như sau:

Bước 7 Xây dựng sơ đồ mạch

Bước 8 Kiểm tra nhiệt

Bước 9 Đánh giá chi phí đầu tư cũng với chi phí hoạt động Các bước tiến hành đãnên chỉ mang tính khái quát Trong thực tế có thể xử lý các bước riêng biệt, không tuântheo trật tự này và các bước cũng có thể được thực hiện tích hợp nhiều phần với nhau Ví

dụ vấn đề nhiệt có thể phân tích ngay trong khi xác định các thông số của nhóm các phần

tự thụ động Phân tích giá thành, chi phí có thể thực hiện trong mỗi bước hoặc mỗi giaiđoạn riêng lẻ hoặc là khi xác định lọai truyền lực và áp suất hoạt đông thì đã xác định cảloại bơm và thể tích làm việc của bơm

1.2.3.2 Tính toán hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực

 Mục tiêu

Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đến có những yêu cầu kỹ thuật nhất định Những yêu cầu đó chỉ có thể được thỏa mãn, nếu như các thông số cơ bản của các bộ phân ấy được lựa chọn thích hơp

Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều chỉnh, cũngnhư phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực đều được tiêu chuẩn hóa

Do đó, việc thiết kế hệ thống thủy lực thông thường là việc tính toán lựa chọn thích hợp các cơ cấu trên

 Trình tự tính toán hệ thống truyền động thủy lực

Trình tự: Số liệu ban đầu và các yêu cầu sau:

- Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v), hành trình (x),…

- Chuyển động quay: mômen xoắn Mx, vận tốc (n, Q);

- Thiết kế sơ đồ thiết bị;

- Tính toán p, Q của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng và vận tốc;

- Tính toán lưu lượng và áp suất của bơm;

- Chọn các phần từ thủy lực (pb, Qb);

- Xác định công suất động cơ điện

 Sau đây là trình tự tính toán các thông số cơ bản trong hệ thống dẫn động thủy lực với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của tổn thất áp suất và lưu lượng trong các phần tử và trong toàn hệ thống

 Tính toán hệ thống dẫn động thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến

Hình 1 11: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến

Tính cân bằng lực và kích thước xylanh

Phương trình cân bằng của lực tác dụng lên piston

Tính chọn bơm dầu và động cơ dẫn động bơm dầu

Lưu lượng của bơm: chọn dựa vào P và Q  Nđcơ điện

 Tính toán hệ thống dẫn động thủy lực tạo chuyển động quay

Hình 1 12: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động quay

Tính cân bằng mômen và động cơ thủy lực:

Áp suất p1 và p2 trong hệ thống chuyển động quay được xác định:

N đ=N

Tính và chọn đường dẫn dầu thủy lực (đường hút, đường nén, đường xả)Tính và chọn như hệ thống dẫn động thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến