Giáo trình Điều khiển thủy lực (Ngành: Điện công nghiệp) - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Giáo trình Điều khiển thủy lực với mục tiêu giúp các bạn đọc có thể trình bày được cấu hình của hệ thống thủy lực; Trình bày được cấu tạo của trạm bơm thủy lực; Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của van một chiều, van an toàn, van tiết lưu có điều chỉnh, van tràn; Trình bày được, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của van đảo chiều 2/2, 3/2, 4/2, 4/3 điều khiển điều khiển bằng cuộn dây điện từ; Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của xi lanh đơn, xi lanh kép, động cơ thủy lực;

Trang 1

GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 1

Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở nơi khác đều phải được

sự đồng ý bằng văn bản của trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh

Trang 2

LỜI GIỚI THIỆU

Tự động hóa quá trình sản xuất và tự động hóa quá trình công nghệ là yêu cầu bức thiết của quá trình chuyển tiếp từ cách mạng khoa học kỹ thuật sang cách mạng khoa học công nghệ từ nửa cuối thế kỷ 20 và tự động hóa công nghệ cao thế kỷ 21 Để thực hiện công nghiệp hóa nền kinh tế Việt Nam trong tương lại tới thì trình độ công nghệ của sản xuất phải được đánh giá bằng chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hóa Chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hóa được thể hiện qua trang thiết bị, máy móc, công cụ và kỹ thuật điều khiển nó để tự động hóa quá trình sản xuất

Hệ thống thủy lực làm một phần không thể thiếu trong các quá trình sản xuất Cuốn sách này sẽ cung cấp cho các bạn Sinh Viên những kiến thức cơ bản nhất về hệ thống thủy lực Nó sẽ là tài liệu phục vụ học tập và công việc của các bạn Sinh Viên sau khi tốt nghiệp

Mặc dù đã rất cố gắng những chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp và các em sinh viên

Chúc các em thành công trong học tập và công tác!

Hà Tĩnh, ngày … tháng … năm 2020 Tham gia biên soạn:

1 Chủ biên: Ngô Minh Toản

2 Phản biện: Tổ Điện Công Nghiệp

Trang 3

MÔ ĐUN Tên mô đun: Điều khiển thủy lực

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Trình bày được cấu hình của hệ thống thủy lực

- Trình bày được cấu tạo của trạm bơm thủy lực

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của van một chiều, van an toàn, van tiết lưu có điều chỉnh, van tràn;

- Trình bày được, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của van đảo chiều 2/2, 3/2, 4/2, 4/3 điều khiển điều khiển bằng cuộn dây điện từ;

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của xi lanh đơn, xi lanh kép, động cơ thủy lực;

Về kỹ năng:

- Đọc được ký hiệu của van đảo chiều 2/2, 3/2, 4/2, 4/3 điều khiển bằng cuộn dây điện từ;

- Đọc được thông số trên đồng hồ đo áp suất;

- Lắp đặt, vận hàng được một số mạch điều khiển điện thủy lực

III Nội dung mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Số

TT

Tên các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổn

g số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

1 Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển

bằng thuỷ lực

Trang 4

1 Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống

điều khiển bằng thuỷ lực

2 Ưu, nhược điểm của hệ thống điều

khiển bằng thuỷ lực

3 Cấu trúc của hệ thống thủy lực

4 Đơn vị đo các đại lượng cơ bản

Trang 5

3 Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng 8 4 4

1 Sơđồ cấu trúc hệ thống điều khiển

bằng thủy lực

2 Van áp suất

2.1 Van tràn và van an toàn

Trang 6

Trang 7

4 Bài 4: Các phần tử điện - thuỷ lực cơ

Trang 8

5 Van đảo chiều 4/3

Trang 9

9.2.Các loại đầu nối

5 Bài 5: Các mạch điện - thuỷ lực ứng

dụng

1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay

2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc

3 Hệ thống cơ cấu nâng hạ

4 Máy khoan bàn

Trang 10

MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 1

LỜI GIỚI THIỆU 2

MÔ ĐUN 3

Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 12

1 Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 12

2 Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 12

3 Cấu trúc của hệ thống thủy lực 13

4 Đơn vị đo các đại lượng cơ bản 13

5 Phạm vi ứng dụng 13

6 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 14

7 Câu hỏi ôn tập 14

Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu 15

1 Trạm dầu 15

2 Bơm dầu 16

3 Bơm bánh răng 17

4 Bơm piston 18

5 Bộ lọc dầu 20

6 Bình trích chứa (Bình tích áp) 20

Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng 22

1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực 23

2 Van áp suất 23

3 Van chặn 25

4 Van tiết lưu 26

5 Bộ ổn tốc 26

Bài 4: Các phần tử điện - thuỷ lực cơ bản 27

1 Van đảo chiều 27

2 Van đảo chiều 2/2 29

6 Van tỷ lệ 31

7 Van Servo 31

Trang 11

8 Xi lanh thủy lực 33

9 Động cơ thủy lực 35

10 Ống dẫn, ống nối 36

11 Câu hỏi ôn tập Error! Bookmark not defined Bài 5: Các mạch điện - thuỷ lực ứng dụng Error! Bookmark not defined

1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay Error! Bookmark not defined

2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc Error! Bookmark not defined

3 Hệ thống cơ cấu nâng hạ Error! Bookmark not defined

4 Máy khoan bàn Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

Trang 12

Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Giới thiệu:

Bài học này chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực, các ưu

và nhược điểm của hệ thống thủy lực, đơn vị đo, cấu trúc chung của hệ thống thủy lực

Mục tiêu:

- Trình bày được đơn vị đo các đại lượng cơ bản: áp suất, lưu lượng, thể tích, công suất; Trình bày được các yêu cầu của dầu dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực

- Phân Biệt được đơn vị đo của các đại lượng áp suất, lưu lượng, thể tích, công suất;

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

Nội dung:

1 Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

- 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ

- 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nh-: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không,

- 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình

độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suất lớn

2 Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên

có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện)

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

Trang 13

3 Cấu trúc của hệ thống thủy lực

- Thùng dầu: Dùng để chứa dầu thủy lực

- Bơm dầu: Dùng để tạo áp lực truyền năng lượng cho dầu

- Lọc dầu: Dùng để lọc bụi và nước trong dầu

- Bình tích năng: Bổ sung lưu lượng vào cho mạch, hệ thống Ổn định áp suất cho

hệ thống đang hoạt động khi bơm gặp sự cố hoặc dừng lại Dự trữ năng lượng cho toàn bộ

hệ thống Giảm sốc cho dòng chảy vận tốc cao, khử dao động trong mạch với các mạch đóng ngắt liên tục ở áp suất cao

- Van thủy lực: Dùng để điều chỉnh và điều khiển dòng dầu

- Cơ cấu chấp hành: Dùng để dẫn động máy sản xuất

4 Đơn vị đo các đại lượng cơ bản

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal (Pa)

Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1Newton (N)

Trong thực tế có thể coi: 1bar = 1kgf/cm2 = 1at

Ngoài ra một số nước Anh, Mỹ còn sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) :

1bar = 14.5 psi

5 Phạm vi ứng dụng

Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp như trong các máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời

Dưới đây là một số ứng dụng của điều khiển thủy lực:

Thùng

dầu

Bơm dầu

Lọc dầu

Bình tích năng

Van thủy lực

Cơ cấu chấp hành

Trang 14

Hình 1.1: Hệ thống bão dưỡng xe,tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

Hình 1.2: Máy cắt thủy lực-Khuôn tạo dè xe máy

Hình 1.3: Máy ép thủy lực-Ghép các cơ cấu khuôn

Hình 1.4: Máy chấn thủy lực-Máy ép đế giày

Hình 1.4: Máy uốn ống thủy lực-Đóng gói sản phẩm-Phân loại sản phẩm

6 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

6.1 Độ nhớt

Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng Độ nhớt xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng Có hai loại độ nhớt

- Độ nhớt động lực

Độ nhớt động lực η là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt 1m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s

A Là sử dụng chất lỏng để truyền năng lượng

B Là sử dụng khí nén để truyền năng lượng

C Là sử dụng điện năng để truyền năng lượng

D Là sử dụng động cơ điện để truyền năng lượng

2 Đơn vị nào sau đây dùng để đo áp lực?

A Bar B Psi C Kgf/cm2 D Cả ba đáp án trên

3 1 bar bằng bao nhiều Psi?

A 14 Psi B 15 Psi C 14,5 Psi D 15,4 Psi

4 1 bar bằng bao nhiêu Pa?

A 106 Pa B 100 Pa C 105 Pa D 107Pa

Trang 15

5 Đơn vị nào sau đây là đơn vị đo lưu lượng?

6 Hệ thống điều khiển thủy lực gồm những thành phần cơ bản nào?

A Động cơ điện, bơm dầu, động cơ thủy lực, van điều khiển

B Thùng dầu, bơm dầu, thiết bị đo lường, van an toàn, van điều khiển, bình tích năng, cơ cấu chấp hành

C Bơm dầu, thùng dầu, van điều khiển, van an toàn

D Thùng dầu, bơm dầu, thiết bị đo lường, van điều khiển, cơ cấu chấp hành

Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu Giới thiệu:

Bài học này sẽ cung cấp cho chúng ta những kiến thức liên quan đến bể dầu và các thiết bị xử lý dầu trước khi dầu thủy lực được cung cấp cho mạch điều khiển

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về)

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc

- Tách nước

Trang 16

1.3 Cấu tạo và chức năng của các bộ phận trong bể dầu

Bơm dầu: là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích:

Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định

Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất

Động cơ dầu: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa

Trang 17

vào buồng công tác của động cơ Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra

2.3 Phân loại

a Bơm với lưu lượng cố định

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài;

Bơm bánh răng ăn khớp trong;

Bơm pittông hướng trục;

Bơm trục vít;

Bơm pittông dãy;

Bơm cánh gạt kép;

Bơm rôto

b Bơm với lưu lượng thay đổi

Bơm pittông hướng tâm;

Bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng);

Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu);

3.3 Ứng dụng

Trang 18

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp, Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể đến 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo) Bơm bánh răng gồm có: Loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử V Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn

Hình 2.5: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong

4 Bơm piston

Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston -

xi lanh Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p = 700bar) Bơm piston thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn Ví dụ: máy xúc, máy ép thủy lực…

Dựa trên cách bố trí pisotn bơm có thể phân thành hai loại:

Bơm piston hướng tâm

Bơm piston hướng trục

Bơm piston có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh được

4.1 Bơm piston hướng tâm

4.1.3 Ứng dụng

Thông thường, bơm đa dạng mức áp suất làm việc, có thể đặt 700 bar hoặc 10000 Psi, có thể lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau như trên thùng dầu… Bơm dầu thủy lực cung cấp dầu cho xi lanh đơn và cả cho xi lanh kép với hành trình và đường kính đa dạng

Trang 19

4.2 Bơm piston hướng trục

4.2.1 Cấu tạo

Hình 2.7: Cấu tạo bơm piston hướng trục đĩa nghiêng

Bơm thủy lực piston hướng trục là một loại bơm có cấu tạo đặc biệt cấu tạo piston hướng trục có các piston trong bơm được đặt song song nhau và hướng trục, được truyền bằng khớp nối hay đĩa nghiêng nên vẫn thường được gọi bơm piston đĩa nghiêng

Các piston này luôn tì sát vào đĩa nghiêng nên vừa chuyển động quay của rotor vừa chuyển động tịnh tiến của piston

4.2.2 Nguyên lý hoạt động

Trục của bơm sẽ nối với động cơ điện cụ thể là motor Các piston sẽ được bố trí trong khoang bơm Thông thường một bơm piston sẽ có trung bình 6 piston Các đầu piston lắp tì vào đĩa nghiêng

Trong nửa vòng quay đầu tiên, các piston sẽ biến đổi khoảng cách để tạo nên khoảng trống bên trong bơm làm giảm áp suất và hút dầu, chất lỏng thủy lực đi vào

Tiếp nửa vòng quay còn lại piston sẽ chuyển động để thể tích trong bơm giảm đi, dầu và các chất được bơm bị ép ra ngoài với một áp nhất định Và do kết nối với motor nên khi motor quay vài nghìn vòng trên 1 phút thì lượng dầu hút và đẩy ra liên tục rất lớn

4.2.3 Ứng dụng

Bơm này có rất nhiều ưu điểm như: độ tin cậy khi làm việc cao Kích thước của bơm nhỏ gọn, nếu so với bơm hướng tâm thì cụ thể nhỏ hơn khoảng 2 lần Bơm có hai khoang đẩy, khoang hút được bố trí riêng biệt nên dù có kích thước lớn nhưng không làm tăng kích thước của bơm Khách hàng có thể nâng cao số vòng quay của bơm để có lưu lượng lớn hơn

Bơm piston hướng trục được phân chia thành 2 dòng: bơm piston cong, bơm piston thẳng Bơm cong là khi các piston chuyển động tịnh tiến lệch phương so với trục còn bơm thẳng thì chuyển động tịnh tiến piston cùng phương với trục Áp lực có thể lên đến 700 bar

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	0,94 MB