Bài tập thủy lực SPKT

Bài tập thủy lực SPKT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

Thiết kế hệ thống ñiều khiển ñiện – Thủy lực

2 Cơ sở lý thuyết thủy lực

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Các loại ñồ gá kẹp chi tiết

Thiết bị nâng chuyển….

ỨNG DỤNG

ỨNG DỤNG

Ưu điể m

q Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương

đối đơn giản

q Có khả năng giảm khối lượng và kích thước cơ cấu chấp

hành nhờ chọn áp suất làm việc cao

q Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn không phụ

thuộc với nhau

q Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

q Tự động hóa đơn giản, các phần tử tiêu chuẩn hóa

ƯU – NHƯỢC ĐIỂM

Nhược điể m

q Mất mát hiệu suất

q Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

q Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ LỰC

P: áp suất của tải

trọng ngoài

F: tải trọng ngoài

A: diện tích bề mặt

tiếp xúc

TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG THUỶ LỰC

5% X ilanh

10 % Ố ng dẫ n, van

5% Bơm

5% Độ ng cơ điệ n

Cô ng suấ t điệ n

3 1 1

Bơm và ñộng cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau: bơm là phần tử tạo ra năng lượng, còn ñộng cơ dầu

là thiết bị tiêu thụ năng lượng này

v Bơm dầu là một cơ cấu biến ñổi năng lượng, dùng ñể

biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng)

Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng bơm thể tích

v Động cơ dầu là thiết bị dùng ñể biến năng lượng của

dòng chất lỏng thành ñộng năng quay trên trục ñộng cơ: dầu

có áp suất ñược ñưa vào buồng công tác của ñộng cơ, dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của ñộng cơ quay

Cung cấp và xử lý dầu

3.1.1 Bơm và ñộng cơ dầu

3 1 1 2 2 Các loại bơm dầu

BƠM PITTÔNG

v Dễ dàng ñạt ñược ñộ chính xác gia công do bề mặt làm việc là mặt trụ, ñảm bảo hiệu suất tổn thất tốt

B

Hoạt ñộng theo nguyên lý thay ñổi thể tích:

v Được sử dụng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao,

P = 700 bar, và lưu lượng lớn: máy xúc, máy nén

(1) drive shaft (2) pump

elements (3) piston

(4) cylinder

sleeve (5) pivot (6) compression

spring (7) suction valve (8) pressure

control valve (9) housing

BƠM PISTON HƯỚNG TÂM

Radial piston pump

BƠM PISTON HƯỚNG TÂM

Radial piston pump

v Bơm cánh gạt ñảm bảo một lưu lượng ñều hơn, hiệu suất cao hơn bơm bánh răng Được sử dụng ở những hệ thống dầu ép áp suất thấp và trung bình.

BƠM CÁNH GẠT

Vane pump

C

o Bơm cánh gạt ñơn là khi

trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén

Single chamber vane pumps

Phân Loại

Double chamber vane pumps

v Tính lưu lượng:

Nếu các kích thước hình học có ñơn vị là [cm], số vòng quay

n [vg/ph] thì lưu lượng qua bơm là:

Trong ñó:

D – ñường kính stato;

B – chiều rộng cánh gạt; b – chiều sâu của rãnh;

e – ñộ lệch tâm; d – ñường kính con lăn

Điều chỉnh lưu lượng

Điều chỉnh lưu lượng

Directly operated vane pumps

Dễ chế tạo, kết cấu ñơn giản, Sử dụng cho những hệ thống có áp suất nhỏ 10 – 200 bar: máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp…

A BƠM BÁNH RĂNG

Hoạt ñộng theo nguyên lý thay ñổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm ñẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén.

Buồng hút A

Buồng ñẩy B

BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI

External gear pump

BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP TRONG

Internal gear pump

The most important feature of internal gear

pumps is the very low noise level.

TIÊU CHUẨN CHỌN BƠM

Những ñại lượng ñặc trưng cho bơm và ñộng cơ dầu gồm có:

Số vòng quay

Loại bơm

Áp suất

Tuổi thọ

Tiếng ồn

Lưu lượng

Tách nước

3.1.3 BỂ LỌC DẦU

Bể dầu ñược ngăn làm hai bởi

một màng lọc (5) Khi mở ñộng

cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu

ñược hút lên qua bộ lọc (3) cấp

cho hệ thống ñiều khiển, dầu xả

về ñược cho vào ngăn (6).

1 2

4

5

8 9

3.1.4 ĐO ÁP SUẤT BẰNG ÁP KẾ LÒ XO

Nguyên lý hoạt ñộng:

Dưới tác dụng của áp

lực, lò xo bị biến dạng,

qua cơ cấu thanh

truyền hay ñòn bẩy và

bánh răng, ñộ biến

dạng của lò xo sẽ

chuyển ñổi thành giá trị

ñược ghi trên mặt hiện

số

3 1 1 5 5 ĐO LƯU LƯỢNG BẰNG LỰC CĂNG LÒ XO

Nguyên lý hoạt ñộng:

Chất lỏng chảy qua ống tác ñộng vào ñầu ño, trên ñầu ño

có gắn lò xo, lưu chất chảy qua lưu lượng kế ít hay nhiều

sẽ ñược xác ñịnh qua kim chỉ

BÌNH TRÍCH CHỨA (Ắc quy thủy lực)3.5

v Nhiệm vụ

- Bình trích chứa là cơ cấu dùng trong các hệ truyền dẫn thủy lực ñể ñiều hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc Bình trích chứa làm việc theo hai quá trình: tích năng lượng vào và cấp năng lượng ra

- Sử dụng trong các loại máy rèn, máy ép, trong các cơ cấu tay máy và ñường dây tự ñộng…nhằm giảm công suất của bơm, tăng ñộ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thủy lực

Phân loại

Bình trích chứa trọng vật

Bình trích chứa trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố ñịnh, nếu bỏ qua lực ma sát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và pittông và không tính ñến lực quán tính của pittông chuyển dịch khi thể tích bình trích chứa thay ñổi trong quá trình làm việc

Trong bình trích chứa trọng vật,

áp suất hầu như cố ñịnh không phụ thuộc vào vị trí của pittông

Bình trích chứa lò xo

v Quá trình tích năng lượng là quá trình biến dạng của lò xo

v Bình trích chứa lò xo có quán tính nhỏ hơn so với bình trích

chứa trọng vật, vì vậy nó ñược

sử dụng ñể làm tắt những va ñập thủy lực trong các hệ thủy lực và giữ áp suất cố ñịnh trong các cơ cấu kẹp

Bình trích chứa thủy khí

Bình trích chứa thủy khí lợi

dụng tính chất nén ñược của khí ñể tạo ra áp suất chất

lỏng Tính chất này làm cho

bình trích chứa có khả năng

giảm chấn

Trong bình trích chứa lò xo,

áp suất thay ñổi tỷ lệ tuyến

tính, còn trong bình trích

chứa thủy khí, áp suất chất

lỏng thay ñổi theo những

ñịnh luật thay ñổi áp suất

của khí

BÌNH TRÍCH CHỨA

3.5 BÌNH TRÍCH CHỨA

1 2

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Cylinders with spring return

Double acting cylinder

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Rotary actuator with double vanes Rotary actuator with single vanes

In-line piston/rotary actuator with

rack and pinion drive

Parallel pis/on/rotary actuator

(7) Flow control valve

(7) Flow control valve

Symbols to DIN ISO 1219

Types of filter housing

BỘ LỌC

Pressure Control Valves

Non Return Valves

Directional Valves

Flow control Valves

Valves

Directional Valves

P = Pressure port (pump port)

T = Tank port (drain port)

A, B = Working ports

pneumatic operation hydraulic operation

In practice, about250 spool variations exist.

Directional spool valves

o The control spools of

Van ñảo chiều ñiều khiển trực tiếp

o Mechanical manual operation

Hand lever (1).

Operating mechanism (2)

Springs (3),

Directional Valves

The armature chamber of

each solenoid is connected to the tank chamber of the valve housing Hence these valves are known as three chamber valves.

Directional spool valve with 3 chambers

Van ñảo chiều ñiều khiển gián tiếp

Electro-hydraulically operated directional spool valve, spring centred, for sandwich plate

Spring centred model

Van ñảo chiều ñiều khiển gián tiếp

(qua van phụ trợ)

Electro-hydraulically operated directional spool valve, pressure centered

, for sandwich plate

Pressure centred model

Directional poppet valves

Ball (left) poppet (centre) plate seat (right)

One or more suitably formed seating

elements (moveable)

in the form of balls, poppets or plates are situated

o Single ball valve

Single ball valve

Electrically operated 3/2 way poppet valve as a single ball valve

2 ball valve

Electrically operated 3/2 way poppet valve as a 2 ball valve

Using a sandwich plate under a 3/2 way directional poppet valve, the function of a 4/2 way valve can be obtained.

Electro-hydraulically operated 3/2 way poppet valve

Electro-hydraulic 4/3 way poppet valve

Symbols for directional poppet valves

VAN ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Pressure Control Valves

Pressure relief valve

Principle of poppet valve used as a pressure relief valve

o A valve are used in

to release excess oil

when the pressure

reaches a dangerous

level

Principle of spool valve used as a pressure relief valve

VAN TRÀN

o Port P (red) is connected to the

system

o Pressure in the system acts on the

poppet surface

o If pressure lifts the poppet from its

seat, the connection to port T (blue) is opened.

Pressure relief valve

VAN TRÀN

a Van tràn ñiều khiển trực tiếp

Dùng ñể hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quá trị số qui ñịnh.

Pressure relief valve

VAN TRÀN Pressure relief valve

ỨNG DỤNG VAN TRÀN

VAN GIẢM ÁP Pressure Reducing Valve

Ứng dụng van giảm áp

VAN TIẾT LƯU

Flow Control Valves VAN ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG

VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU Flow Control Valves

VAN CHẶN - Non Return Valves

1 Van Một Chiều - Simple non return valves

• Non return valves are used in hydraulic systems to stop

flow in one direction and to allow free flow in the oppositedirection

• They are also known as check valves

Housing (1) Hardened piston (2) Seal seat (4)

Spring (3).

Circuit diagram for rectifier circuit

main poppet (1) pilot poppet (2) spring force (3)

Pilot piston (4)

2 Van một chiều ñiều khiển ñược hướng chặn

Pilot operated check valves

Ứng dụng

3 Van tác ñộng khóa lẫn

control spool (3)

check valves (1) and (2)

Pilot operated check valves

Kết cấu của van tác ñộng khóa lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều ñiều khiển ñược hướng chặn Khi dòng chảy từ A1 qua A2 hoặc từ B1 qua B2 theo nguyên lý của van một chiều

Nhưng khi dầu chảy từ A2 về A1 thì phải có tín hiệu của B1 hoặc khi dầu

chảy từ B2 về B1 thì phải có tín hiệu của A1.

Ứng dụng

Ứng dụng van tác ñộng khóa lẫn

Balancing of rolls in the manufacture of sheet metal

ñiều khiển tay gạt

Sơ ñồ mạch thủy lực nâng hạ chi tiết ñược sơn trong lò sấy

1.1 Van ñảo chiều 4/3, ñiều khiển bằng tay gạt 1.2 Van một chiều ñiều khiển ñược hướng chặn

Sơ ñồ mạch thủy lực hệ thống cẩu tải trọng nhẹ

Sơ ñồ mạch thủy lực máy khoan bàn

Sơ ñồ thiết bị khoan

Đưa chi tiết vào vị trí cần khoan, khi ñó ta nhấn nút

START, ñầu khoan tịnh tiến ñến và khoan chi tiết

Đến khi ñủ chiều sâu cần thiết ñầu khoan tự ñộng

quay về Trong quá trình gia công nếu xảy ra sự cố, ta nhấn nút Stop, ñầu khoan tự ñộng lui về

Thiết kế mạch ñiều khiển thủy lực của một ñầu khoan tự ñộng, với yêu cầu kỹ thuật như sau:

Cho mạch thủy lực như hình vẽ.

a Đọc tên các thiết bị trong hình

b Thiết kế mạch ñiện ñiều khiển theo yêu cầu sau:

• Tác ñộng nút nhấn OUT thì xy lanh ñi ra

• Tác ñộng nút nhấn IN thì xy lanh ñi vào