Tải bản đầy đủ
Hinh 3-3 Sơ đồ tính toán điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường dầu ra.

Hinh 3-3 Sơ đồ tính toán điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường dầu ra.

Tải bản đầy đủ

Vận tốc của piston khi có tải:

Trong đó:
Qt.l ,Q't. l - là lưu lượng chảy qua van tiết lưu khi không và khi có tải (m 3/s). α hệ số lưu lượng (α = 0,65 ÷ 0,73).
f - diện tích tiết diện của khe tiết lưu mà dầu đi qua (m2).
γ - trọng lượng riêng của chất lỏng (kG/m3).
g - gia tốc trọng trường (m/s2).
Hệ số không đồng đều vận tốc khi van tiết lưu đặt trên đường dầu vào xi lanh sẽ là:

Ta nhận thấy nếu tải trọng P tăng thì hiệu số áp suất ∆p trước và sau van tiết lưu sẽ
giảm, lưu lượng qua van cũng giảm, do đó vận tốc chuyển động của cơ cấu chấp hành
cũng giảm theo. Tải trọng P càng lớn hệ số δ v càng lớn, do đó vận tốc chuyển động
càng không ổn định.
 Tổn thất vận tốc khi van tiết lưu đặt trên đường dầu ra (chảy về bể).
Tương tự như trên ta có: Khi không tải P = 0
Vì bơm làm việc với áp suất không đổi, nên trong trường hợp này nếu bỏ qua tổn thất
trong đường ống từ bơm đến buồng không có cần đẩy của xi lanh thì ta có thể viết.:
p1≈ pb = const
Vậy hiệu số áp suất trước và sau van tiết lưu sẽ là:

Khi có tải P ≠ 0:

Áp lực dầu trong buồng có cần đẩy của xi lanh khi có tải sẽ là:

Khi không kể đến ánh hưởng của sự dò chảy trong hệ thống ta có:
- Vận tốc khi không có tải là:

- Vận tốc khi có tải là:

29

- Hệ số không đồng đều vận tốc khi van tiết lưu đặt trên đường dầu ra sẽ là:

Để hệ thống làm việc được êm và ổn định, khi van tiết lưu đặt trên đường dầu vào thì
trong buồng đối áp (buồng có cần đẩy) người ta sẽ taọ ra một áp lực nhỏ p 2 nào đó
(theo kinh nghiệm thường lấy p 2≈ 3.105 Pa. Còn trong trường hợp van tiết lưu đặt trên
đường dầu ra áp lực dầu sau van tiết lưu p o cũng có một giá trị nhỏ nào đó, theo kinh
nghiệm po = 3.105 Pa.
Như vậy trong những điều kiện tương tự như nhau nếu ta lấy p 2 = po (như trên đã nói)
thì hệ số không đồng đều vận tốc δ v của sơ đồ điều chỉnh tốc độ với van tiết lưu đặt
trên đường dầu vào cũng tương tự như khi van tiết lưu đặt trên đường dầu ra.
Tuy vậy sơ đồ điều chỉnh tốc độ với van tiết lưu đặt trên đường dầu ra vẫn có nhiều ưu
điểm hơn, như phần trên đã nói.
3.1.1.2 Phương pháp điều khiển vận tốc bằng thể tích.
a. Sơ đồ điều chỉnh.

Hình 3-4. Sơ đồ điều chỉnh bằng thể tích.
1- Bể dầu; 2- bơm; 3- động cơ dầu; 4- van an toàn; 5- bàn máy; 6- van giảm áp;
7- van đảo chiều; 8- piston.
 Dùng các bơm có năng suất thay đổi.
Dầu từ bể chứa 1 (hình a) do bơm có năng suất thay đổi 2 đẩy lên sẽ theo đường
ống vào động cơ dầu 3. Dầu từ buồng không làm việc của động cơ dầu 3 lại chảy về
bể. Van an toàn 4 dùng để xác định áp lực làm việc của bơm và đề phòng khí quá tải.

30

Khi muốn thay đổi vận tốc quay của động cơ dầu 3, ta thay đổi năng suất của
bơm 2.
Khi cơ cấu chấp hành có chuyển động thẳng tịnh tiến, ta sẽ dùng xi lanh lực và
bố trí theo sơ đồ nguyên tắc ở (hình b). Dầu từ bể 1 do bơm có năng suất thay đổi 2
đẩy lên, qua van đảo chiều 7 vào buồng làm việc của xi lanh, đẩy piston 8 cùng bàn
máy 5 chuyển động. Dầu từ buồng kia của xi lanh qua van đảo chiều 7, rồi qua van áp
lực 6 về bể. Van 6 có tác dụng là tạo ra ở đường dầu về bể luôn có một áp lực nhỏ từ
0,3 đến 0,8 MPa; như vậy piston 8 và bàn máy sẽ chuyển động êm hơn. Đồng thời van
6 luôn luôn giữ lại trong hệ thống một lượng dầu cần thiết, không cho dầu về bể hết
khi hệ thống không hoạt động. Như vậy sẽ tránh được hiện tượng không khí lọt vào hệ
thống khi bơm 2 ngừng hoạt động. Tốc độ của bàn máy được thay đổi nhờ thay đổi
năng suất của bơm 2.
b. Xác định tổn thất khi điều chỉnh vận tốc bằng thể tích.
P1

P
v

Pb
Qb

Hình 3-5. Sơ đồ mô hình hoá phương pháp điều chỉnh bơm năng suất.
Để việc tính toán được thuận lợi ta lấy một lược đồ đã được đơn giản hoá như
hình 2.5, gọi vo và v là vận tốc của cần piston khi không có tải và khi có tải.
Phương trình cân bằng lưu lượng khi không có tải (khi p = 0):

Qb - năng suất của bơm đã được điều chỉnh ứng với giá trị vo tương ứng.
F1 - diện tích của pít-tông phía không có cần đẩy.
Khi có tải

p ≠ 0: Qb = v F1 + Qch

Qch - là tổn thất dò chảy của hệ thống (gồm có dò chảy trong bơm, trong piston xi lanh
trong các thiết bị và ống dẫn khác nữa, v.v...). Tổn thất dò chảy tỷ lệ thuận với tải
trọng P: Do đó:
31

Vậy tổn thất vận tốc khi có tải sẽ là: ∆v = vo - v =

Hệ số không đồng đều của vận tốc;δv =

Qch
F1

∆v Qch
=
v0 v0 F1

Đối với những vận tốc thấp (vận tốc khi không có tải nhỏ) và lực tải trọng lớn nên
lượng dò chảy Qch lớn, hệ số không đồng đều của vận tốc sẽ tăng; nên chuyển động
của piston sẽ không ổn định. Trong trường hợp này phương pháp điều chỉnh bằng thể
tích sẽ không đáp ứng được yêu cầu. Tuy nhiên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng
thể tích lại có ưu điểm là: bơm không phải luôn luôn làm việc trong áp lực cố định; mà
áp lực làm việc của nó tỷ lệ với tải trọng. Nhìn trên sơ đồ ta thấy giữa bơm và xi lanh
không có đặt một van tiết lưu nào, nên có thể viết: pb = p1 + ∆p
∆p - tổn thất áp lực trên đường ống từ bơm đến xi lanh.
Do áp lực p1 trong buồng làm việc của xi lanh tỷ lệ với tải trọng P, do đó áp lực làm
việc của bơm pb cũng tỷ lệ thuận với tải trọng. Vì vậy ứng với lưu lượng Q b nào đó thì
công suất tiêu thụ của bơm sẽ tỷ lệ thuận với áp lực p b của bơm, nghĩa là tỷ lệ với tải
trọng P. Như vậy sẽ tiết kiệm được năng lượng. Do đó phương pháp điều chỉnh tốc độ
bằng thể tích được dùng có hiệu quả đối với những thiết bị và máy công tác có công
suất lớn.
3.1.2. Các phương pháp ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền
động thủy lực.
Việc giữ cho vận tốc chuyển động bộ phận chấp hành ổn định và không phụ thuộc vào
sự thay đổi của tải trọng có ý nghĩa rất lớn trong thực tế, điều này đặc biệt quan trọng
trong hệ thống thủy lực của các máy công cụ, các hệ thống cấp phôi.
Phương pháp thủy lực để ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành đạt tới độ chính các cao
hơn phương pháp cơ khí.
3.1.2.1 Ổn định vận tốc bằng phương pháp tiết lưu.
a. Bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc độ (bộ điều tốc).

32

Hình 3-6. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều tốc.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu được dùng rộng rãi vì nó đơn giản, rẻ
tiền, phù hợp với những trang thiết bị không đòi hỏi công suất lớn. Tuy nhiên việc sử
dụng các van tiết lưu thông thường sẽ không ổn định được vận tốc của cơ cấu chấp
hành khi tải trọng tăng. Lưu lượng chất lỏng qua van tiết lưu phụ thuộc độ chênh áp
trước và sau tiết lưu, khi tải trọng thay đổi, độ chênh áp sẽ thay đổi, vì vậy van tiết lưu
không có khả năng giữ cho lưu lượng qua nó không đổi, nghĩa là không thể ổn định
vận tốc cơ cấu chấp hành. Để ổn định tốc độ, ta thường dùng bộ tự điều chỉnh và ổn
định tốc độ (bộ điều tốc). Bộ điều tốc gồm có hai van: van tiết lưu dùng để thay đổi giá
trị của vận tốc và van điều chỉnh áp lực dùng để giữ cho hiệu số áp suất trước và sau
van tiết lưu là không đổi. Các van này được bố trí nối tiếp hoặc song song. Các bộ điều
tốc thường đã được tiêu chuẩn hoá.
Áp suất cần thiết để nâng tải của xylanh sẽ là p 2 bar (ở cửa ra của cụm van)
trong khi bơm cung cấp áp suất p 1 bar, giới hạn bởi áp suất hệ thống, tới của vào của
cụm van. Bơm cung cấp một lưu lượng là Q b lit/phút. Nếu đặt lưu lượng cấp cho
xylanh là Q lit/phút bằng van tiết lưu thì một lượng dầu Q 1 lit/phút sẽ quay trở lại
thùng chứa dầu qua van an toàn của hệ thống. Trên hình vẽ, áp suất p 1 sẽ bị van giảm
áp tự động làm giảm đi (bằng cách dịch chuyển con trượt sang phải, đóng bớt cửa
dầu). Nếu xylanh phải nâng tải cao hơn đến p2 bar, con trượt van giảm áp sẽ tự động
chuyển dịch sang phải mở rộng cửa dầu để áp suất tăng lên đến p3.

33

6

5
4

3
b

7

2
1
c
a

d

Hình 3-7. Kết cấu bộ điều tốc.
a- đường dầu vào; b- khoang trước tiết lưu; c- khoang sau tiết lưu; d- đường dầu ra
1- Piston giảm áp; 2- Vỏ; 3- Lò xo; 4- Đĩa có lỗ;5- Núm xoay; 6- Đai ốc định vị;
7- Đệm làm kín.
b. Mắc bộ điều tốc ở lối vào cơ cấu chấp hành.
Trên hình 3.8 là sơ đồ mắc bộ điều tốc ở lồi vào cơ cấu chấp hành, dầu từ bơm được
đẩy vào khoang a của van điều áp 2, qua khe hở giữa piston và vỏ van vào khoang b,
qua tiết lưu, thiết bị phân phối rồi vào khoang làm việc của xylanh lực. Trong khi đó
một phần chất lỏng trở về thùng chứa thông qua van an toàn do đó áp suất trước bộ
điều tốc không đổi, không phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên cơ cấu chấp hành.
Ký hiệu P1, P2 là áp suất trong khoang phải và trái của xylanh lực, P 3 áp suất trong
khoang a và P4 áp suất trong khoang b của van điều áp, đông thời có thể coi áp suất
trong khoang b (P4) cũng là áp suất rước tiết lưu 4 và ký hiệu áp suất sau tiết lưu là P 5.
Lưu lượng chất lỏng qua van tiết lưu được xác định theo công thức:

Trong đó: µ - hệ số lưu lượng của tiết lưu
F – diện tích lưu thông của tiết lưu

34

Hình 3-8. Sơ đồ mắc bộ điều tốc trên đường vào.
Khi hệ số lưu lượng và tiết diện lưu thông không đổi thì lưu lượng qua van tiết lưu phụ
thuộc độ chênh áp P4 – P5 trước và sau van tiết lưu. Khi tải trọng tác dụng lên bộ phận
công tác thay đổi mà độ chênh áp trước và sau van tiết lưu không đổi thì chứng tỏ bộ
điều áp đã hoàn thành nhiệm vụ của nó, nghĩa là giữ cho vận tốc piston trong xylanh
lực không đổi. Thật vậy, khi tải trọng tác dụng lên áp suất P 1, P5 sẽ tăng lên làm cho áp
suất trong khoang c của van điều áp tăng lên đẩy piston van điều áp xuống phía dưới,
khe hở lưu thông giữa khoang a và khoang b tăng lên, chất lỏng lừ khoang a vào
khoang b nhiều hơn, vì vậy áp suất P 4 trước tiết lưu cũng tăng lên giữ cho độ chênh áp
như cũ.
Giả sử khi FL= 0
Ta có:

Tại van giảm áp ta có:
35

Chúng ta hãy xem những yếu tố nào ảnh hưởng đến độ chênh áp trước và sau van tiết
lưu. Muốn vậy chúng ta viết phương trình cân bằng lực với piston của van điều áp:

Trong đó: D- đường kính piston
plx, pms,pqt – lực lò xo, lực ma sát, lực quán tính
Nếu bỏ qua lực ma sát và lực quán tính thì phương trình có thể viết lại:

Thực tế, piston di chuyển rất nhỏ nên lực lò xo ảnh thay đổi rất ít, có ảnh hưởng không
đáng kể đến độ chênh áp P4 – P5.
Tuy vậy mắc bộ điều tốc như hình 2.8 không thể đảm bảo sự ổn định tuyệt đối của vận
tốc piston. Khi lực P thay đổi lưu lượng rò rỉ trong xylanh cũng thay đổi. áp suất p 2
thực tế rất nhỏ và gần như bằng không vì khoang đối áp được thông với thùng chứa, vì
vậy khi tải trọng P tăng lên áp suất P 1 cũng tăng lên làm cho độ chênh áp p 1-p2 trong
xy lamh lực tăng lên. Kết quả là lưu lượng rò rỉ chất lỏng trong hệ thống tăng lên và
vận tốc của piston bị giảm xuống.
Có thể làm cho vận tốc piston ổn định, hệ thống làm việc êm và nhạy hơn bằng cách
bố trí sao cho khoang đối áp của xylanh lực luôn luôn nối với đường có áp của bơm,
còn khoang làm việc nối với bộ điều tốc.
c. Mắc bộ điều tốc ở lối ra của cơ cấu chấp hành.
Cách mắc này theo sơ đồ như hình 3.9. chất lỏng đươc bơm đẩy qua cơ cấu phân phối
vào khoang làm việc của xylanh lực. Từ khoang đối áp chất lỏng trở về thùng chứa
qua có cấu phân phối và bộ điều tốc nhờ có sự phối hợp của van an toàn áp suất trong
khoang làm việc p1 của xylanh lực không đổi không phụ thuộc vào sự thay đổi tải
trọng tác dụng lên piston của xylanh lực. Khi tải trọng P thay đổi, ví dụ khi lực P giảm
xuống, áp suất p2 tăng do đó áp suất p3, p4 trong cá khoang a, b của van điều áp tăng, vì
khoang b nối với khoang c nên áp suất trong khoang c cũng tăng kết quả là piston bị
đẩy lên thu hẹp khe hở lưu thông giữa khoang a và khoang b làm cho áp suất p4 giảm
xuống trị số cũ. Rõ ràng rằng nhờ bộ điều tốc nên độ chênh áp trước và sau van tiết
lưu không đổi, không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng P tác dụng lên piston của
xylanh lực. vì vậy vận tốc của piston được ổn định.

36

Hình 3-9. Sơ đồ bố trí bộ điều tốc lắp tại lối ra của cơ cấu chấp hành.
Tại van giảm áp ta có:

Khi tải trọng tác dụng lên cơ cấu làm việc tăng lên, piston van giảm áp dịch chuyển
mở rộng khe lưu thông làm tăng áp suất p 3 duy trì độ chênh áp trước và sau van tiết
lưu.
Hệ thống thủy lực mắc ở lối ra của có cấu chấp hành có niều ưu điểm. Cũng
tương tự như đã phân tích trong trường hợp mắc ở lối vào, so với bộ điều tốc mắc ở lối
vào, việc mắc ở lối ra sẽ làm cơ cấu chấp hành chuyển động êm hơn. Mặt khác, chất
lỏng qua tiết lưu bị nóng lên sẽ được làm mát ở thùng chứa trước khi vào hệ thống.
Bởi vậy, khi các điều kiện như nhau thì lưu lượng rò rỉ ở đây sẽ nhỏ hơn trong trường
hợp trên .
37

Nhìn chung cả hai trường hợp trên đều có ưu điểm là áp suất làm việc trên đường ống
đẩy của bơm luôn luôn ổn định (do có sự phối hợp của van an toàn) nên sự thay đổi
phụ tải không hề ảnh hưởng đến sự rò rỉ chất lỏng trong bơm. Nhưng chúng có nhược
điểm chung là lưu lượng và áp suất của bơm phải lớn hơn lưu lượng và áp suất lý
thuyết của bơm yêu cấu, lưu lượng thừa luôn luôn qua van an toàn về bể chứa. Vì vậy
khi vận tốc cơ cấu chấp hành nhỏ, hiệu suất của hệ thống sẽ nhỏ, hiệu suất của hệ
thống sẽ nhỏ đi nhiều. trong trường hợp này mắc bộ điều tốc song song với cơ cấu
chấp hành sẽ kinh tế hơn.
d. Mắc bộ điều tốc song song với cơ cấu chấp hành.
Hình 2-11 là sơ đồ mắc bộ điều tốc song song với cơ cấu chấp hành. Chất lỏng
được đẩy theo hai đường, một đường tới xylanh lực và một đường tới bộ ổn tốc rồi về
thùng chứa.
Dễ dàng thấy rằng trong trường hợp này bộ điều tốc cũng có thể giữ cho vận tốc
của piston xylanh lực không đổi, nghĩa là giữ cho độ chênh áp trước và sau tiết lưu
không đổi, không phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên cơ cấu chấp hành. Thực vậy,
khi tải trọng P tác dụng lên piston, áp suất trong đường có áp của bơm, trong khoang
trái của xylanh lực, trong khoang a và b của van điều áp đều tăng, vì khoang b của van
điều áp thông với khoang c nên áp suất trong khoang c cũng tăng. Kết quả là piston bị
nâng lên lưu thông giữa khoang a và khoang b bị thu hẹp, làm tăng tổn thất cột áp của
dòng chảy từ khoang a đến khoang b (cũng là áp suất trước tiết lưu) lại giảm về trị số
ban đầu.

Hình 3-10. Sơ đồ mắc bộ điều tốc song song với cơ cấu chấp hành.
Cần thấy rằng trong trường hợp mắc song song với xylanh lực, áp suất trong đường có
áp của bơm phụ thuộc vào phụ tải vì an toàn làm việc theo chức năng chống đỡ, nó chỉ
38

làm việc khi hệ thống bị quá tải. Như vậy công suất của bơm luôn biến đổi phù hợp
với yêu cầu của xylanh lực (tức là phụ tải). Bởi vậy hệ thống này làm việc kinh tế hơn
so với trường hợp mắc ở lối vào và lối ra của xylanh lực. Nhưng mặt khác, cũng do
công suất (lưu lượng) của bơm phụ thuộc vào phụ tải nên sự rò rỉ trong bơm cũng phụ
thuộc vào phụ tải. Điều này làm hệ thống làm việc kém nhạy và kém hiệu quả hơn hai
hệ thống trên, nhất là khi phụ tải thay đổi nhiều. Do đó chỉ nên dùng hệ thống này khi
không cần yêu cầu cao về ổn định tốc độ cơ cấu chấp hành, cũng có thể dùng hệ thống
này khi phụ tải thay đổi rất ít.
Cuối cùng cần chú ý rằng chúng ta có thể biến chế ba cách mắc trên để lắp trên những
sơ đồ mới phù hợp với yêu cầu thực tế (như chỉ ổn định vận tốc theo một chiều làm
việc hoặc yêu cầu nâng cao độ nhạy và sự ổn định của máy…)
3.1.2.2. Phương pháp ổn định vận tốc bằng phương pháp thể tích.
Dùng các bơm có năng suất thay đổi:Sự tổn thất vận tốc trong điều chỉnh bằng thể tích
chủ yếu là do tải trọng tăng sẽ làm tăng sự dò chảy trong hệ thống truyền dẫn kể cả
trong bơm. Vì vậy muốn giữ cho vận tốc không đổi, cần phải cung cấp thêm cho động
cơ dầu (hoặc cho xi lanh) một lượng dầu để đủ bù đắp cho lượng dầu đã bị tổn hao do
dò chảy. Một trong những phương pháp dùng để ổn định tốc độ khi điều chỉnh bằng
thể tích được trình bày trong sơ đồ nguyên tắc dưới đây:
Khi tải trọng P tăng, áp suất p 1 trong buồng trái của xi lanh tăng lên, áp suất làm
việc của bơm pb cũng tăng theo, do đó lượng dầu rò chảy trong bơm và trong hệ
thống cũng tăng. Mặt khác khi áp lực của bơm p b tăng thì áp lực điều chỉnh p đ.c trong
buồng của cơ cấu tự điều chỉnh 2 cũng tăng theo và đẩy trụ piston 4 dịch chuyển sang
trái. Trụ 4 lại đẩy vành Stato của bơm 1 làm tăng thêm độ lệch tâm e của bơm. Vì vậy
lúc này bơm 1 đã tự động điều chỉnh năng suất của mình để cung cấp thêm cho hệ
thống một lượng dầu đủ để bù đắp cho lượng dầu đã bị tổn hao do dò chảy. Khi tải
trọng P giảm, áp suất p b giảm, pđ.c giảm, trụ piston 4 dưới tác dụng của lò xo 3 sẽ di
chuyển sang phải; độ lệch tâm e giảm, năng suất của bơm cũng giảm theo. Vì vậy tốc
độ của xi lanh truyền dẫn sẽ được ổn định.

39