Bài giảng kỹ thuật thủy khí ứng dụng (đại học thủy lợi)

Cửa vào của van được nối với áy của xy lanh và cửa ra được nối với van điều khiển hướng DCV.. Loại này để điều khiển lưu 6.4.2 Van tiết lưu: van khôngđổi A, tổ thất qua van ∆p sẽthay 6.4

CH ƯƠ NG 6 CÁC VAN THỦY LỰC

Thay đổi chiều chuyể động của cơ c u chấp hành

Thay đổi tố độ c a cơ c u chấp hành

c ơ th ủ y l ự c.

Van Đ K l ư u l ư ng

-Flow control valves(FCVs)

Dùng để thay đổ i h ướ ng dòng ch ấ t l ỏ ng công

tác và phân ph ố i ch ấ t l ỏ ng vào các đườ ng ố ng trong

một mạch thủy lực theo m ộ t quy lu ậ t nh ấ t đị nh, nh ờ

6.2 VAN Đ i Ề U KHI Ể N H ƯỚ NG (van phân ph ố

theo một chiều nhưng

cho dòng chảy ngược

6.2.2 Van l ự a ch ọ n (‘Or’ function Valve, Shuttle Valve):

6.2.2 Van l ự a ch ọ n (‘Or’ function Valve, Shuttle Valve):

chi ề u:Dùng để nh ả phanh

khi mô t ơ đượ c d ẫ n độ ng.

6.2 VAN Đ i Ề U KHI Ể N H ƯỚ NG (van phân ph ố

chuyể động của cơ c u

A, B c ử a n ố i v ớ i đườ ng vào c ơ

c u công tác

6.2 VAN Đ i Ề U KHI Ể N H ƯỚ NG (van phân ph ố

3/ Loại tín hiệ điều khiển:

1 KHI CUỘN DÂY

ĐƯỢC NẠP ĐIỆN 2 LÕI BỊ KÉO TỲ VÀO CHỐT ĐẨY

Van bốn cửa, hai vị trí,

h i vị bằng lò xo và điề khiển bằng tay.

VỊ TRÍ TRUNG TÂM THÔNG

CỬA ÁP SUẤT VÀ B ĐÓNG; A THÔNG VỚI BỂ

4/ C ấ u hình đườ ng d ẫ ở v ị trí trung tâm:

- V ị trí trung tâm h ở :các c ử a đượ c n ố i v ớ i

ch ấ p hành, tuy nhiên nó c ũ ng gi ả m t ả i cho b ơ m ở

áp su ấ t khí quy ể n thông th ườ ng.

Van ba v trí s d ng khi c n d ng ho c gi

CCCH v trí trung gian nào đ ó trong ph m vi

hành trình c a nó.

6.2 VAN Đ i Ề U KHI Ể N H ƯỚ NG (van phân ph ố

6.2.3 Van đả o chi ề u:

4/ C ấ u hình đườ ng d ẫ ở v ị trí trung tâm:

b ơ m đượ c v ề thùng, s ứ c

c ả n dòng b ơ m th ấ p

(100-200 psi) Khi này h ệ th ố ng

đượ c tháo t ả i, tiêu th ụ

6.2 VAN Đ i Ề U KHI Ể N H ƯỚ NG (van phân ph ố

6.2.3 Van đả o chi ề u:

5/ Các dạng mép điều khiển:

Mép điều khiển dương (độ đóng chờm dương)

Đả m b ả o s ự rò d ầ u r ấ t ít khi nòng van ở v ị trí trung

gian ho ặ c v ị trí nào đ ó M ặ t khác áp su ấ t h ệ th ố ng ở các

c ơ c u ch ấ p hành không b ị m ấ t đ i khi van ở v ị trí trung

gian, do đ độ c ứ ng v ữ ng c ủ a k ế t c ấ u cao Tuy nhiên gây

nên as khá cao trong h ệ th ố ng tùy theo l ư u l ượ ng và th ờ i

Mép đ i ề u khi ể n âm ( độ đ óng ch ờ m âm)

độ c ứ ng v ữ ng c ủ a h ệ th ố ng

Mép đ i ề u khi ể n b ằ ng không

BỘ LỌC

BƠM

BỂ

Là lo ạ i van thường đóng

Van th ườ ng đượ c b ố trí

trên đườ ng ố ng chính, ngay

Khi áp su ấ t h ệ th ố ng v ượ t quá giá tr ị quy đị nh, s ẽ th ắ ng l ự c lò xo, đẩ y nút van kh ỏ i đế Khi đ ó, m ộ t ph ầ n ch ấ t

l ỏ ng ch ả y qua van v ề thùng ch ứ a và áp

su ấ t trong h ệ th ố ng s ẽ gi ả m xu ố ng m ứ c quy đị nh.

P 1

P 2 F

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

a/ Van an toàn đơn giản:

F hyd = p 1 A = F +p 2 A

p 1 = áp suất đường vào

p 2 = áp suất đường ra (tank pressure)

A = diện tích đế van

F = Lực căng của lò xo

FF = (p1 – p2) A = Cx = C (xo + ∆x)

x- độ nén của lò xo

x o - độ nén ban đầu của lò xo

∆x- độ nén thêm của lò xo khi van mở

6.3 VAN Đ i Ề U KHI Ể N ÁP Su Ấ T

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

a/ Van an toàn đơn giản:

Quan h gi a áp su t h th ng v i l ư u l ư ng qua van:

L ư u

l ượ ng qua van

AS

m ở

van

AS toàn dòng

Lưu lượng toàn dòng bơm

Khi AS đạ t đế n giá tr ị ‘full

pump flow pressure’ thì toàn b ộ d u

thoát qua van và xilanh không th ể di

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

b/ Van an toàn kết hợp (Compound-relief valve):

PISTON CÂN BẰNG

TẦNG ĐIỀU KHIỂN

LÕI VAN

Van an toàn đơn giả

không sử d ng được trong

1 ÁP SUẤT VÀO Ở ĐÂY…

2 ĐƯỢC TRUYỀN ĐẾN PHÍA

TRÊN PISTON VÀ TRƯỚC VAN

ĐIỀU KHIỂN QUA LỖ Ở TRONG

6 PISTON DI CHUYỂN LÊN TRÊN HƯỚNG DÒNG BƠM VỀ BỂ.

7 NỐI THÔNG CHO PHÉP GIẢM TẢI BƠM QUA VAN AN TOÀN.

HÌNH A

ĐÓNG

HÌNH B BẮT ĐẦU MỞ

HÌNH C THÔNG

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

b/ Van an toàn kết hợp (Compound-relief valve):

6.3 VAN Đ i Ề U KHI Ể N ÁP Su Ấ T

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

b/ Van an toàn kết hợp (Compound-relief valve):

6.3.1 Van an toàn (Pressure Relief Valve) :

b/ Van an toàn kết hợp (Compound-relief valve):

Nguyên lý ho ạ t độ ng: Khi áp su ấ t trong h ệ

th ố ng (P) th ấ p h ơ n áp su ấ t xác đị nh ( đặ t) b ở i van,

áp su ấ t t ĩ nh trong các khoang 2, 4 và 6 b ằ ng nhau

( Đị nh lu ậ t Pascal) Piston 11 cân b ằ ng d ướ i áp l ự c

ch ấ t l ỏ ng và đượ c đ óng kín vào đế van nh ờ l ự c lò

xo y ế u 10

Khi P t ă ng đế n as m ở van, 7 b ị đẩ y kh ỏ i đế van và

ch ấ t l ỏ ng b ắ t đầ u ch ả y qua rãnh thoát 12 v ề thùng, gây nên

s ự không cân b ằ ng áp l ự c lên piston 11 Độ chênh áp ∆ p

qua l ỗ 3 đẩ y piston 11 ra kh ỏ i đế , lò xo 10 b ị nén và m ở

đườ ng tháo v ề thùng.

Ngay khi as h ệ th ố ng th ấ p h ơ n as m ở nút van, 7

đ óng l ạ i và dòng ch ả y qua van ph ụ và qua l ỗ 3 d ừ ng l ạ i, do

ĐẾN HỆ THỐNG CÓ ÁP SUẤT

GIẢM THỐNG TỪ HỆ

CHÍNH

DÒNG RÒ RỈ LÀM VAN MỞ NHỎ

(a) NHỎ HƠN GIÁ TRỊ ĐẶT CỦA VAN (b) Ở GIÁ TRỊ ĐẶT CỦA VAN

ĐƯỜNG RÒ

RỈ

ĐƯỜNG RÒ

RỈ LỐI VÀO

6.3.3 Van giảm tải (Unloading Valve)

Van này đượ c dùng để

Van gi ả m t ả i r ấ t gi ố ng k ế t c ấ u c ủ a van an toàn C ả hai

đề u chuy ể n dòng ch ả y v ề thùng ch ứ a khi áp su ấ t đạ t t ớ i giá

tr ị đ ã đị nh Tuy nhiên van gi ả m t ả i nh ậ n áp su ấ t ở đườ ng bên

ngoài ch ứ không ph ả i ở đườ ng vào c ủ a van.

Figure 3.16 (a) Normally closed sequence valve with integral reverse-flow check valve

6.3.4 Van tuần tự (Sequence Valve)

theo chi ề u ng ượ c l ạ i (dòng qua van

khi nâng t ả i).

Cửa vào của van được nối với áy của xy lanh và cửa ra

được nối với van điều khiển hướng (DCV)

Khi dòng từbơmđược chuyển tới buồng trên của xy lanh

(qua DCV), piston của xy lanh bị đẩy xuống.Điều này làm cho áp

6.4 VAN Đ i Ề U KHI Ể N L Ư U L ƯỢ NG

6.4.1 Khái niệm chung:

c n chung trong nhánh chính của hệ thống, còn

v n tốc chảy qua tiết diện lưu thông phải lớn hơn vận tố đường ống 9-10 lần.

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.4.1 Khái niệm chung:

Dòng ch ả y qua l ỗ ti ế t l ư u th ườ ng là ch ả y r ố i và đượ c

xác đị nh nh ư sau:

Figure 3.20 Flow through a control orifice

area X Spool q P δ

6.4.2 Van tiết lưu:

- Kích thước hình học củ cửa lưu thông không thay đổi.

- Loại này thường có dạng

lỗ nên gọi là l ti t lư u.

ng d ng:đo lưu lượng

MÉP SẮC MÉP BẰNG

SG

p CA

6.4.2 Van tiết lưu:

6.4.2 Van tiết lưu:

Q= v ∆ (gpm/ psi Lpm/ kPa)

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.4.2 Van tiết lưu:

Van kim:

Loại van kim

này được coi

như van định

lượng

6.4 VAN Đ i Ề U KHI Ể N L Ư U L ƯỢ NG

6.4.2 Van tiết lưu:

Van ti ế t l ư u m ộ t chi ề u:

Gồm một van kim và

một van một chiều Loại

này để điều khiển lưu

6.4.2 Van tiết lưu:

van khôngđổi (A), tổ

thất qua van ∆p sẽthay

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Ch ứ c n ng: giữ cho độ

chênh lệch áp suất qua van

tiết lưu không thay đổi, do

đó lưu lượng qua van không

áp suất do tả

6.4 VAN Đ i Ề U KHI Ể N L Ư U L ƯỢ NG

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Van giảm áp lắp trước van tiết lưu:

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

TẢI LÒ XO XÁC ĐỊNH

ĐỘ CHÊNH ÁP SUẤT

QUA TIẾT LƯU DIỆN TÍCH NÀY BẰNG TỔNG DIỆN TÍCH VÀNH KHĂN VÀ LÕI TRỤ PISTON HYDROSTAT

ĐƯỢC CÂN BẰNG GIỮA

ÁP SUẤT TRUNG GIAN Ở TRÊN

TỪ BƠM

GỜ CHẶN LƯU LƯỢNG THỪA VÀ

ĐẨY NÓ QUA VAN

AN TOÀN LÕI

TIẾT LƯU ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Các cách lắp van tiết lưu và van ổn tốc:

6.4 VAN Đ i Ề U KHI Ể N L Ư U L ƯỢ NG

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Các cách lắp van tiết lưu và van ổn tốc:

(Hành trình du ỗ

L p ở l i

ra cơ c u chấ hành (Meter- out )

L p ở l i vào cơ

c u chấ hành (Meter-in)

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Các cách lắp van tiết lưu và van ổn tốc:

(C ả 2 hành trình)

L p ở l i vào cơ

c u chấ hành (Meter-in)

L p ở l i

ra cơ c u chấ hành (Meter- out )

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

6.4.3 Van ổn tốc – Van điều khiển lưu lượng có bù áp

suất (Pressure compensated flow control valves):

Các cách lắp van tiết lưu và van ổn tốc:

Khi xilanh duỗi ra,

tố độ được điều khiển bởi

van 1 và van 2 cho dòng

chảy tắt qua.

Khi xilanh co về, tố

độ được điều khiển bằng

van 2 và van 1 cho dòng đi

tắt qua.

6.4 VAN Đ i Ề U KHI Ể N L Ư U L ƯỢ NG

6.4.3 Van chia dòng (Flow Divider):

có lưu lượng bằng nhau

hoặc khác nhau, và duy trì

lưu lượng này không đổi.

- Van làm việc theo nguyên lý

điều khiển lưu lượng bằng

tiết lưu trên đường dẫn.

hai trạng thái chuy n

v hoặ không chuy n

v Điều này có nghĩa là

T ương tự van điện từ là được điều khiển bằng điện, nhưng khác ở chỗ là chúng có thể định vị chính xác nòng van ở giữa các vị trí mở và đóng van Điề đó cho phép dòng chả được tiết lưu (điề chỉnh) qua van và đưa ra sự điề khiển lưu lượng, cũng như điề khiển hướng dòng chảy.

- Van điều khiển áp suất tỷ lệ: điều khiển vô cấp lực

(hoặc mô men quay) của cơ c u chấp hành.

- Van điều khiển lưu lượng tỷ lệ: điều khiển vô cấp vậ

tốc của cơ c u chấp hành.

6.5.1 Van tỷ lệ:

6.5 VAN T Ỷ L Ệ VÀ VAN SERVO Proportional and Servo Valves

Nguyên lý ho ạ t độ ng c ơ b n c ủ a các van t ỷ l ệ :

là sử d ng các cuộn nam châm điện biế đổi tỷ lệ Lực

điện từ sinh ra trong cuộn nam châm điện phụ thuộ

vào dòng điện chảy qua cuộn dây Dòng điện vào càng

cao thì lực hút của nam châm càng mạnh Như v y với

mỗi giá trị dòng điện vào nòng van sẽ có một vị trí

tương ứng, và mỗi vị trí sẽ tương ứng với một lưu

lượng, vì thế lưu lượng tỷ lệ với độ lớn dòng điệ đi

khiển chính xác, dung sai

giữa gờ con trượt và lỗ

Van servo là một van điều khiển hướng có khả

n ng điều chỉnh vô cấp Vì vậy, nó có thể điều khiển cả

hướng và giá trị c a dòng chất lỏng.

Các van servo được dùng ở trong các m ạ ch kín

trong khi các van tỷ lệ được dùng ở các m ạ ch h ở

(không có phản hồi) Các van servo được ghép với cơ

c u cảm biến có mối liên hệ ngược, cho phép điề

khiển rất chính xác và ổ định vị trí, vận tốc và gia tố

c a một cơ c u chấp hành.

ỐNG TRƯỢT

LIÊN HỆ NGƯỢC

XY LANH

BỂ

BỂ DẦU VÀO

6.5.2 Van Servo:

Với chuyể động đầu vào đã cho sẽ đưa ra độ dịch

chuyể đầu ra cụ thể và điều khiể được.

Hệ thống mà đầu ra được phản hồi để điều chỉnh đầu

vào được gọi làh chu trình kín.

1 Tín hiệu điều khiển (đầu vào): quay vô lăng.

2 Sự dịch chuyển thân van làm thông dầu đến cơ cấu chấp hành (xy lanh lái).

3 Cần piston di chuyển các bánh xe qua thanh lái.

4 Con trượt của van được gắn với thanh lái và di chuyển cùng thanh lái.

5 Khi con trượt của van di chuyển đủ, nó ngắt dòng dầu đến xy lanh và dừng chuyển động của cơ cấu chấp hành.

6 Nhờ sự phản hồi (liên hệ ngược) đưa van trở về giữa (không hoạt động) để dừng di chuyển tại điểm mong muốn được xác định bởi vị trí của vô lăng.

Nếu quay thêm vô lăng sẽ làm cho các bánh xe chuyển động tiếp.

Động cơ lắc: Đây là một động cơ điện chuyể động quay

có chuyển vị nhỏ Chuyển vị góc của rotor tỷ lệ với mức

độ dòng điện cung cấ đến Góc chuyển vị ớn nhất củ

loại động cơ này thông thường là 7 độ.

6.6 VAN LÔGIC (CARTRIDGE VALVE, van đơ n v ị )

Các van này đượ c xem nh ư van không thân hay ph ầ n

t ử van không có v ỏ Lõi van đượ c l ắ p vào l ỗ chu ẩ n hóa c ủ a

kh ố i phân ph ố i Sau khi l ắ p vào, nó tr ở nên m ộ t van hoàn

ch ỉ nh và ho ạ t độ ng nh ư van truy ề n th ố ng ( đ i ề u khi ể n h ướ ng,

S ử d ng các van mô đ un ở trong c ụ m phân ph ố i đư a ra

m ộ t s ố thu ậ n l ợ i h ơ n so v ớ i các van riêng bi ệ t thông th ườ ng

đượ c l ắ p ở các v ị trí khác nhau trong đườ ng ố ng c ủ a h ệ th ố ng

4 Gi ả m th ờ i gian ph ụ c v ụ vì các van lôgic b ị h ư h ng có th ể

thay th ế d ễ dàng mà không c ầ n tháo các ố ng n ố i.

5 Yêu c ầ u không gian nh ỏ h ơ n cho toàn b ộ h ệ th ố ng

L

§

Ch ươ ng 6: CÁC VAN TH Ủ Y L Ự C

Khối phân phối lắp van

lôgic.

Hình cắt của van lôgic có

ren.

Ngăn áp suất thủy lực không vượt quá một giá

trị cho phép để b o vệ cho các phần tử c a mạch

không bị h ng.

Khi áp suất thủy lực vượt quá giá trị thiết kế,

một đĩa kim loại mỏng thủng để giảm bớt áp suất khi

7.2.1 Ph ươ ng pháp th ể tích: l ư u l ượ ng (công su ấ t)

b ơ m luôn bi ế đổ i phù h ợ p v ớ i l ư u l ượ ng yêu c ầ

1 max

εε

Đ i ề u ch ỉ nh q b :

q đ = const

ε : h ệ s ố đ i ề u ch ỉ nh (bơm, động cơ)

max max

e e q

q b b b

=

=εε

M

b q

đ

đ

đ đ

π

π

εε

2 max

1 max

Ban đầu cho ε đ = 1 và điều chỉnh q b ( ε b = 0 1), sau đó điều chỉnh q đ

(ε đ = 1÷0) ➨n đ = n min n max và M đ = M đmax ÷ M đmin

A

n q

=

pv

→Thường dùng cho hệthống có công suấtkhông lớn và yêu cầ điều chỉnh nhạy vàchính xác vận tốc của bộphận chấp hành.

Hình 9-17 Điều khiển vận tốc lối vào của xy lanh thủy lực trong hành trình duỗi

bằng van điều khiển lưu lượng.(DCV tác động bằng tay)

Khi phân tích ho ặ c thi ế t k ế các m ạ ch th ủ y l ự c

c n xem xét ba v ấ đề quan tr ọ ng sau:

1 V ậ n hành an toàn.

2 Th ự c hi ệ đượ c ch ứ c n ă ng yêu c ầ u.

3 Ho ạ t độ ng hi ệ u qu ả

Hành trình duỗi:

R p Pext

p Pret

AA

Qv

BƠM LƯU LƯỢNG THẤP

VAN GIẢM TẢI

VAN AN TOÀN

ĐƯỜNG ÁP SUẤT CAO

ĐƯỜNG ÁP SUẤT THẤP

BƠM LƯU LƯỢNG CAO (KHÔNG CẤP LƯU LƯỢNG ĐỂ DUỖI

XY LANH KHI CÓ “ÁP SUẤT CAO” DO QUÁ TRÌNH DẬP ĐANG DIỄN RA)

ng d ng: xy lanh trái để k ẹ p phôi gia công, xy lanh ph ả

để d ẫ n độ ng m ộ t m ũ i khoan để khoan l ỗ ở phôi.

Hệ thống chuyển động qua lại tự động của xy lanh

đượ c yêu c ầ để du ỗ i xy lanh có t ả i l ớ n h ơ n.

Th ự c t ế không th ể có hai xy lanh th ự c s ự nh ư nhau

Các xy lanh được ghép nối tiếp sẽ hoạt động đồng bộ

Mạch an toàn tác động hai tay

Bộ lọc

Động cơ

có lưu riêng cố định

Van an toàn cho mạch bổ xung dầu

Van chống quá tải

Truyền động thuỷ tĩnh đảo chiều mạch kín

2 v 2

2 2 2

1

γ γ

- Không có b ơ m hay độ ng c ơ th ủ y l ự c gi ữ a các v ị trí 1 và

2, H m = H p = 0; v 1 = v 2 ,➨ (p 1 – p 2 )/γ = (Z 2 –Z 1 ) + H L

Q N

) ( ) (

Công su t đ u vào đ ng c ơ = (Q A ) pump x (p 2 –p ra ) motor

g Mômen quay c a đ ng c ơ = (công su t đ u ra c a