Sơ lược về hệ thống truyền động thủy lực (tiếp)

V. Các sơ đồ thuỷ lực cơ bản

Hệ thống thuỷ lực bao gồm nguồn cấp năng lượng (bơm), cơ cấu chấp hành (xi lanh hoặc mô tơ), các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hệ thống khỏi quá tải. Trong các hệ thống phức tạp có thể có nhiều bơm, nhiều cơ cấu chấp hành và các cơ cấu điều khiển và điều chỉnh để điều khiển qui luật chuyển động của động cơ.

Trên hình 74 là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều khiển 3, van trượt phân phối 2 điều khiển bằng tay có thể đảo chiều chuyển động của xi lanh 1. ở vị trí trung gian của van phân phối 2, tất cả các đường đều nối với bể, lúc này bơm  làm việc ở chế độ không tải và xi lanh  ở trạng thái tự do. Bộ lọc 4 lắp ở cửa hút của bơm 3, van an toàn 6 bảo vệ cho hệ thống không bị quá tải.

Hình 74. Sơ đồ thuỷ lực điều  khiển bằng thể tích

Hình 75. Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lưu

Trên hình 75 là sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng tiết lưu đặt ở cửa vào của cơ cấu chấp hành. Sơ đồ gồm bơm cố định 9, van tràn 7, van trượt phân phối bốn cửa ba vị trí điều khiển bằng tay, van hai vị trí 5 điều khiển bằng vấu 4 trên piston của xi lanh 3 và trở về vị trí ban đầu bằng lò xo. ở vị trung gian của van phân phối 6, các đường nối thông với nhau, tương ứng với chế độ giảm tải bơm và xi lanh ở trạng thái tự do.

Khi van phân phối 6 ở vị trí bên phải, chất lỏng từ bơm vào khoang trái của xi lanh làm cho piston chuyển động sang phải. Ngoài ra khi piston bắt đầu chuyển động, vấu 4 tỳ vào van 5 đẩy nó xuống dưới, vì vậy chất lỏng từ khoang phải của xi lanh cũng đi vào khoang trái của nó (tiết diện làm việc của xi lanh trương trường hợp này là tiết diện của cần đẩy), tương ứng với hành trình tăng tốc của xi lanh. Sau khi vấu 4 không còn tỳ vào van 5, dưới tác dụng của lò xo nó dược đẩy lên trên làm ngắt khoang trái của xi lanh với khoang phải của nó và nối khoang này với bể. Kết quả là khoang trái của xi lanh chỉ được cấp chất lỏng từ bơm qua van tiết lưu 2, tương ứng với hành trình công tác của xi lanh.

Khi van trượt 6 ở vị trí bên trái, chất lỏng đi vào khoang phải của xi lanh 3, chất lỏng từ khoang trái của xi lanh thoát về bể qua van một chiều 1.

Trên hình 76, a là sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều 1 và bơm điều chỉnh 4. Hệ thống được điều khiển bằng van phân phối ba cửa hai vị trí.

Van an toàn 3 được lắp vào hệ thống để xả chất lỏng về bể khi áp suất tăng quá mức qui định. ở vị trí của van 2 như trên hình 76, a, chất lỏng từ bơm đi vào xi lanh 1. Đường hồi lúc này bị ngắt. Khi dịch chuyển van 2 sang vị trí đối diện, chất lỏng từ bơm qua van an toàn 3 về bể, xi lanh 1 nối với bể, piston của nó dưới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới.

Hình 76. Sơ đồ thuỷ lực với xi lanh tác động một chiều

Trong sơ đồ này, nếu thay van 2 bằng van phân phối ba cửa, ba vị trí (hình 76, b), ở vị trí trung gian của con trượt có thể giữ piston ở vị trí cố định và bơm được nối với bể.

III.1. Các sơ đồ thuỷ lực cơ bản

Mỗi hệ thống bất kỳ đều được tích hợp bởi các hệ thống cơ bản và tổ hợp của chúng. Do tổ hợp của các sơ đồ cơ bản để tích hợp nên các hệ thống thuỷ lực phức tạp là không hạn chế, trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu nguyên lý của một số sơ đồ thuỷ lực cơ bản thường sử dụng trong các hệ thống thuỷ lực.

Sơ đồ thuỷ lực với van phân phối hai cấp. Trong các hệ thống tự động thường sử dụng van phân phối hai cấp, trong đó cơ cấu ra lệnh không tác động trực tiếp vào van phân phối mà thông qua van trung gian (điều khiển), nhờ đó có thể giảm đáng kể công suất của tín hiệu.

Sơ đồ thuỷ lực cùng với xi lanh 1, van phân phối hai cấp, trong đó van chính 2 và van phụ 3 được thể hiện trên hình 77.

Hình 77. Sơ đồ thuỷ lực với van phân phối hai cấp

 

Hình 78. Sơ đồ thuỷ lực với van  phân phối hai cấp có giảm tải bơm

Hệ thống gồm bơm điều chỉnh 6, van an toàn 5, van một chiều 4. Van phân phối chính 2 có độ chờm âm được điều khiển bằng van phụ 3 điều khiển bằng tay. ở vị trí trung gian của van phụ 3, các khoang điều khiển của van chính 2 thông với nhau và nối với bể 7. Dưới tác dụng của lò xo, con trượt của nó ở vị trí trung gian và các đường dẫn nối với bể làm cho bơm được giảm tải.

Sơ đồ tương tự được thể hiện trên hình 78. Hệ thống gồm bơm cố định 6, được giảm tải bằng tay bởi van 7. Đảo chiều chuyển động của xi lanh 1 được thực hiện nhờ vấu gắn trên piston của nó tác động vào van phụ bốn cửa hai vị trí 5 làm đảo chiều van chính 3. Tốc độ đảo chiều của van chính 3 được điều chỉnh bằng các van tiết lưu 2 và 4.

Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng điện từ. Việc sử dụng các van phân phối điều khiển bằng điện từ trong hệ thống tự động thuỷ lực làm cho nó ngày càng được ứng dụng rộng r•i trong kỹ thuật. Để điều khiển van phân phối có thể sử dụng một (hình 79, a) hoặc hai (hình 79, b) nam châm điện từ. Con trượt trở về vị trí ban đầu (hình 79, a) hoặc vị trí trung gian (hình 79, b) nhờ các lò xo.

Tín hiệu điều khiển điện trong các hệ thống với van phân phối điều khiển điện thường được thực hiện bằng cách tác động vào các công tắc hành trình 1 (hình 79, a), mắc nối tiếp trong mạch khởi động – tắt hoặc mở các rơ le áp suất 1 (hình 79, c và d).

Hình 79. Sơ đồ thuỷ lực điều khiển bằng điện từ.

Trên hình 79, c, khi áp suất trong hệ thống tăng quá mức qui định của rơ le 1 mạch cung cấp điện cho nam châm 2 bị ngắt, lò xo sẽ đẩy con trượt về vị trí ban đầu. Tương tự như vậy, lò xo sẽ đưa con trượt về vị trí trung gian (hình 79, b và d). Công tắc hành trình thường được kết hợp với rơ le áp suất (hình 79, d). Trong sơ đồ này, việc đảo chiều động cơ nhờ công tắc hành trình 2, còn rơ le áp suất 1 làm nhiệm vụ đưa bơm về chế độ không tải khi động cơ đi đến cuối hành trình.

Sơ đồ thuỷ lực với bơm điều chỉnh. Trên hình 80 là sơ đồ thuỷ lực với bơm điều chỉnh. Hệ thống gồm bơm điều chỉnh 2 cùng với cơ cấu điều chỉnh lưu lượng 9. Trong sơ đồ còn có bơm phụ 5 để cấp cho mạch điều khiển và bù lưu lượng cho bơm chính. Từ thiết bị ra lệnh của hệ thống điều khiển, tín hiệu đảo chiều của bơm 2 đến van điều khiển điện từ 3 làm dịch chuyển vị trí con trượt của nó, đưa chất lỏng vào các khoang tương ứng của xi lanh 9 để thực hiện đảo chiều bơm 2. Khi thực hiện đảo chiều bơm 2, cũng đồng thời đảo chiều van hai vị trí điều khiển bằng thuỷ lực 4 để nối cửa hút của bơm chính 2 với bơm phụ 5.

Trong sơ đồ còn có hai van an toàn 7 và 8 để bảo vệ cho hệ thống trong hành trình thuận và ngược lại của động cơ 1. Van tràn 6 điều chỉnh áp suất của bơm 5 đảm bảo cho mạch điều khiển.

Hình 80. Hệ thống thuỷ lực với bơm điều chỉnh

Sơ đồ thuỷ lực với hai bơm song song. Trong nhiều hệ thống, đặc biệt là hệ thống thuỷ lực máy cắt gọt kim loại, thường lắp hai bơm song song với nhau, trong đó, một bơm cố định với áp suất thấp, lưu lượng lớn để cung cấp cho hệ thống trong hành trình không tải, và bơm thứ hai điều chỉnh với áp suất cao, lưu lượng nhỏ làm việc trong hành trình công tác.

Hình 81. Sơ đồ thuỷ lực hai bơm mắc song song

 

 

Hình 82. Sơ đồ thuỷ lực  hai bơm với ác qui thuỷ lực

Sơ đồ đơn giản nhất của của hệ thống này thể hiện trên hình 81. Chuyển động nhanh của động cơ được đảm bảo nhờ tổng lưu lượng của bơm ấp suất cao 2 và áp suất thấp 3. Khi kết thúc hành trình không tải, bơm 3 sẽ được ngắt bằng tay hoặc tự động theo tín hiệu điều khiển. Trong sơ đồ này việc giảm tải của bơm 3 được thực hiện nhờ mở khoá 4 để đưa dòng chất lỏng về bể, sau đó hệ thống chỉ còn được  cấp bởi bơm 2.

Trên hình 82, a là sơ đồ nguyên lý của hệ thống thuỷ lực tương tự được cấp bởi hai bơm 5 và 6. Khi áp suất trong hệ thống chưa tăng đến mức điều chỉnh lò xo của van hai vị trí 1, đường thông về bể của bơm 6 vẫn bị ngắt, cả hai bơm đều cấp chất lỏng cho hệ thống theo đường 3. Cuối hành trình không tải, áp suất trong đường 3 tăng lên vượt quá lực lò xo của van 1, bơm áp suất thấp 6 tự động xả dầu về bể, bơm 5 vẫn tiếp tục cấp chất lỏng cho hệ thống. áp suất của bơm 5 được điều chỉnh và bảo vệ bởi van an toàn 4.

Hình 82, b là sơ đồ tương tự với hình 82, a chỉ khác ở chỗ bơm 6 được tự động ngắt nhờ rơ le áp suất 7 đưa tín hiệu đến nam châm điện của van 1.

Sơ đồ thuỷ lực hai động cơ được cấp bởi một bơm. Trên hình 83 là sơ đồ thuỷ lực với hai động cơ 1 và 6 được cấp bởi một bơm 3, trong đó động cơ 6 làm việc với tải trọng nhỏ hơn nhiều so với động cơ 1.

Hình 83. Sơ đồ thuỷ lực hai động cơ với một bơm

Để giảm áp suất trong mạch cấp cho động cơ 6, trong hệ thống lắp thêm van giảm áp 4 ở cửa vào của van phân phối 5. áp suất của bơm 3 được điều chỉnh bằng van tràn 2.

Đồng bộ chuyển động của động cơ. Trong thực tế cần phải đảm bảo đồng bộ chuyển động của hai hoặc nhiều cơ cấu chấp hành.

Hình 84. Đồng bộ chuyển động của hai xi lanh

Trên hình 84, a là sơ đồ thuỷ lực đồng bộ chuyển động của hai xi lanh. Bằng cách điều chỉnh hai tiết lưu 2 và 3 có thể điều chỉnh gần đúng tốc độ của hai xi lanh 1 và 4. Trong hành trình ngược của hai xi lanh, chất lỏng sẽ đi qua hai van ngược chiều lắp trong bộ điều chỉnh.

Trên hình 84, b là sơ đồ với bộ chia lưu lượng 9, trong đó các lỗ tiết lưu nằm trong con trượt 8. Hệ thống gồm bơm cố định 5, bầu lọc 6 và van tràn 4. Van phân phối 7 dùng để đảo chiều chuyển động của các xi lanh. Trong hành trình ngược chất lỏng từ các xi lanh qua van một chiều 3 về bể.

III.2. Điều chỉnh và ổn định tốc độ của cơ cấu chấp hành

Tuỳ thuộc vào cách thay đổi lưu lượng vào động cơ, trong hệ thống thuỷ lực chia ra hai phương pháp điều chỉnh và ổn định tốc độ của cơ cấu chấp hành: phương pháp tiết lưu và phương pháp thể tích.

Trong phương pháp tiết lưu, thay đổi lưu lượng vào động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi sức cản thuỷ lực trên đường chấp hành và xả một phần chất lỏng về bể.

Trong phương pháp thể tích, thay đổi lưu lượng vào động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi lưu lượng riêng hoặc số vòng quay của bơm.

Cả hai phương pháp đều được sở dụng rộng r•i trong kỹ thuật, trong đó, phương pháp tiết lưu được sử dụng nhiều trong các hệ thống công suất nhỏ (5 – 10 sức ngựa), còn phương pháp thứ hai sử dụng trong các hệ thống công suất lơn.

III.2.1. Phương pháp tiết lưu

Phương pháp tiết lưu là phương pháp đơn giản và được sử dụng rộng rãi để điều chỉnh và ổn định tốc độ của động cơ. Ưu điểm cơ bản của phương pháp tiết lưu là khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ, đơn giản và có thể giảm lực điều khiển nhỏ đến 2-3 G khi sử dụng khuếch đại hai, ba cấp. Hệ thống này được sử dụng rộng r•i trong các hệ thống tự động bởi vì nó cho phép sử dụng các tín hiệu có công suất nhỏ.

Hình 85. Điều chỉnh bằng tiết lưu

Tiết lưu có thể được mắc ở cửa vào của động cơ (hình 85, a), cửa ra của động cơ (hình 85, b) hoặc song song với nó (hình 85, d). Trong cả ba trường hợp đều có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ từ không đến lớn nhất. Lượng chất lỏng thừa do bơm cung cấp được xả về bể qua van tràn.

Sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa ra (hình 85, b) có thể sử dụng trong trường hợp tải thay đổi lớn về giá trị và chiều. Trong khi đó, ở sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa vào nếu tải thay đổi về chiều, tốc độ chuyển động của piston (hoặc trục động cơ) sẽ tăng, bởi vì tiết lưu không có ứng với sự thay đổi này (hình 85, a).

Ngoài ra, trong sơ đồ mắc tiết lưu ở cửa vào, khi lưu lượng vào động cơ bị giảm đột ngột, piston chuyển động dưới tác động của lực quán tính của các khối lượng chuyển động, sẽ tạo nên chân không trong khoang làm việc, có nghĩa là dòng chẩy không liên tục. Trong khi đó, nếu mắc tiết lưu ở cửa ra, tốc độ của động cơ không thể tăng đột ngột do tiết lưu cản lại. Tuy nhiên, mắc tiết lưu ở cửa ra cũng có nhược điểm là khi dừng động cơ tức thời thì trong đoạn đường ống giữa cửa ra của động cơ và tiết lưu áp suất có thể tăng đột ngột. Để tránh hiện tượng này, trong sơ đồ  thường lắp van an toàn b (hình 85, b).

Điều kiện cân bằng của xi lanh trên hình 85, a có thể viết như sau

P1F=  p2F + P ± T

Vì p1 = pp – ∆p nên

Dp = pb – p2 – (P ± T)/F,                                             (37)

trong đó

P1- áp suất làm việc của động cơ do tải gây nên;

Pb = const                   – áp suất của bơm;

∆p – độ chênh áp qua van tiết lưu;

P2 - áp suất đường hồi;

P  – tải tác động vào động cơ;

T  – lực ma sát;

F=π(D2 – d2) / 4   – diện tích làm việc của xi lanh;

D và d- đường kính của piston và cần đẩy.

Khi mắc tiết lưu ở cửa ra (hình 85, b) ta có

Pb F =p1 F + P ± T

Vì       p1 = p2 + ∆p nên

∆p=pb – p2 - (P±T)/F ,                            (38)

trong đó    p1- áp suất trong khoang ra của xi lanh.

Từ công thức (37) và (38) suy ra độ chênh áp qua van tiết lưu, cũng như lưu lượng chất lỏng qua nó thay đổi trong cả hai trường hợp đều phụ thuộc vào tải tác động vào động cơ. Tương ứng là tốc độ chuyển động của động cơ cũng phụ thuộc vào tải.

Trong cả hai trường hợp trên, bơm đều làm việc ở chế độ lưu lượng lớn nhất và pb = const được điều chỉnh bằng van tràn, không phụ thuộc vào tải nên chúng đều có hiệu suất thấp.

Lưu lượng của bơm được chọn để đảm bảo tốc độ lớn nhất của động cơ, vì vậy ở những tốc độ động cơ nhỏ, lượng dầu thừa của bơm sẽ xả về bể dưới áp suất pb chiếm một phần lưu lượng của bơm. Trường hợp xấu nhất là khi tốc độ của động cơ gần bằng không thì toàn bộ công suất của bơm chỉ dùng để làm nóng dầu qua van tiết lưu với áp suất lớn nhất.

Trên hình 85, d là sơ đồ mắc tiết lưu song song với động cơ. Lượng dầu thừa chẩy về bể trong trường hợp này không qua van tràn như trong hai trường hợp trên mà qua chính van tiết lưu.

Lưu lượng Qb của bơm trong trường hợp này được chia thành hai nhánh, một nhánh Qd vào động cơ và nhánh kia Qt qua van tiết lưu và cả hai lưu lượng này đều tỷ lệ nghịch với sức cản (tải):

Qb = Qd + Qt                                                  (39)

Nếu ký hiệu sức cản của van tiết lưu là

rt = Qt /  ∆p,

trong đó Qt và ∆p là lưu lượng và độ chênh áp của van tiết lưu thì lưu lượng

Qt = rt∆p,

bỏ qua áp suất trên đường hồi, tức là ∆p = pb ta có

Qt = rt .pb

Phương trình cân bằng của xi lanh trong trường hợp này có thể viết như sau

Pb F = P ± T hay  ,                                        (40)

thay giá trị của Qt , với lưu ý của biểu thức (40), vào biểu thức (39) ta được

Qd = Qb – ( P±T) rt / F                                                 (41)

Từ công thức (40) ta thấy rằng áp suất làm việc của bơm trong trường hợp tiết lưu mắc song song với động cơ không phải là đại lượng cố định mà phụ thuộc vào tải tác động vào động cơ, nó tăng khi tải tăng và ngược lại, do đó sơ đồ này có đặc tính năng lượng tốt hơn và hiệu suất lớn hơn. Nhược điểm của sơ đồ này là độ ổn định thấp và đối với mỗi động cơ phải có bơm riêng.

Từ biểu thức (41) ta thấy rằng khi tải thay đổi thì lưu lượng vào động cơ trong trường hợp mắc tiết lưu song song cũng thay đổi.

Để loại trừ ảnh hưởng của tải đến lưu lượng của động cơ và qua đó là tốc độ chuyển động của nó phải mắc bộ điều tốc thay cho van tiết lưu.

Tương tự như khi mắc van tiết lưu cũng có ba cách mắc bộ điều tốc. Sau đây sẽ lần lượt nghiên cứu các phương pháp đó.

Mắc bộ điều tốc ở cửa vào của động cơ. Hình 86 là sơ đồ thuỷ lực có bộ điều tốc mắc ở cửa vào của cơ cấu chấp hành.

Chất lỏng từ bơm được đưa vào khoang a của van giảm áp 2, qua khe giữa piston và vỏ van vào khoang b, qua tiết lưu 4, van phân phối 3 vào khoang trái của xi lanh. Một phần chất lỏng từ bơm luôn xả về bể qua van tràn do đó áp suất trước bộ điều tốc luôn cố định, không phụ thuộc vào tải tác động vào xi lanh.

Lưu lượng chất lỏng qua van tiết lưu được xác định bằng công thức

Q=μf.sqrt(2(p4 – p5)/ρ)                 ,

trong đó   μ          – hệ số lưu lượng của van tiết lưu;

f           – diện tích lưu thông của van tiết lưu;

p4 và p5        – áp suất trước và sau van tiết lưu;

ρ        – khối lượng riêng của chất lỏng.

Đây cũng chính là lưu lượng của động cơ, vì vậy nếu tải tác động vào động cơ thay đổi mà hiệu p4 – p5 không đổi thì tốc độ của piston sẽ không đôi. Thực vậy, khi tải tăng, áp suất trong khoang trái của xi lanh tăng, tức là p5 tăng làm cho áp suất trong khoang c của van giảm áp tăng.

Hình 86. Mắc bộ điều tốc ở cửa vào của động cơ

Kết quả là piston của van giảm áp bị dịch chuyển xuống dưới làm tăng cửa lưu thông của van giảm áp, chất lỏng từ bơm vào khoang b nhiều hơn. Vì vậy áp suất p4 trước tiết lưu cũng được tăng lên giữ cho độ chênh áp p4 – p5 trước và sau van tiết lưu không đổi.

Nếu bỏ qua lực ma sát và lực quán tính, có thể viết phương trình cân bằng đối với piston của van giảm áp:

p5.πD2/4 = p4. πD2/4 – plx

trong đó   D         – đường kính piston;

Plx         – lực lò xo.

Từ đây                           p4 – p5  = 4Plx / πD2

Do piston di chuyển rất nhỏ nên lực lò xo thay đổi rất ít, ảnh hưởng không đáng kể đến độ chênh áp p4 – p5.

Tuy vậy cũng cần phải thấy rằng mắc bộ điều tốc như trên hình 86 không thể đảm bảo tuyệt đối sự ổn định tốc độ của piston. Khi tải tác dụng lên piston thay đổi, lưu lượng rò rỉ của chất lỏng từ khoang cao áp p1 sang khoang thấp áp p2 trong xi lanh cũng thay đổi.

Có thể làm cho tốc độ của xi lanh ổn định, hệ thống làm việc êm dịu và nhậy hơn bằng cách lắp thêm van đối áp ở cửa ra của động cơ.

Mắc bộ điều tốc ở cửa ra của động cơ. Cách mắc này được trình bầy trên hình 87. Chất lỏng từ bơm qua van phân phối 2 vào khoang trái của động cơ. Từ khoang phải, chất lỏng qua van phân phối 2 và bộ điều tốc về bể. Do có van tràn lắp ở cửa ra của bơm mà áp suất trong khoang trái của xi lanh không đổi, không phụ thuộc vào tải tác dụng lên xi lanh. Khi tải thay đổi, ví dụ tăng lên làm cho áp suất trong khoang phải của xi lanh giảm đi. Do đó, áp suất p3 và p4 của van giảm áp cũng giảm. Kết quả là piston 4 bị đẩy xuống, mở rộng cửa giữa khoang a và b làm cho áp suất p4 tăng lên giá trị cũ. Rõ ràng nhờ có bộ điều tốc mà độ chênh áp p4 – p5 trước và sau van tiết lưu không đổi, không phụ thuộc vào sự thay đổi của lực tác đụng lên piston, vì vậy tốc độ chuyển động của nó không đổi.

Hệ thống thuỷ lực mắc bộ điều tốc mắc ở cửa ra có nhiều ưu điểm. So với mắc bộ điều tốc ở cửa vào, mắc bộ điều tốc ở lối ra  làm chuyển động của động cơ êm dịu hơn. Mặt khác, chất lỏng sau khi qua tiết lưu bị nóng lên được làm nguội trong bể trước khi vào lại hệ thống. Bởi vậy khi các điều kiện khác như nhau thì rò rỉ trong trường hợp này nhỏ hơn trường hợp trên.

Hình 87. Mắc bộ điều tốc ở cửa ra của động cơ

Nhìn chung, cả hai trường hợp trên đều có ưu điểm chung là áp suất ở cửa ra của bơm luôn ổn định do van tràn diều chỉnh nên sự thay đổi của tải không ảnh hưởng đến rò rỉ trong bơm. Ngược lại, chúng có một nhược điểm chung là lưu lượng (công suất) của bơm luôn phải lớn hơn lưu lượng yêu cầu của động cơ, lưu lượng thừa xả qua van tràn về bể. Vì vậy khi tốc độ của động cơ nhỏ, hiệu suất của hệ thống sẽ giảm đi nhiều. Khi đó mắc bộ điều tốc song song với động cơ kinh tế hơn.

Mắc bộ điều tốc song song với động cơ. Hình 88 là sơ đồ mắc bộ điều tốc song song với động cơ. Chất lỏng được bơm cấp theo hai đường: một đường đến xi lanh và một đường qua bộ điều tốc về bể.

Dễ dàng thấy rằng trong trường hợp này, bộ điều tốc có thể giữ cho tốc độ của động cơ không đổi, nghĩa là giữ cho độ chênh áp trước và sau tiết lưu không đổi, không phụ thuộc vào tải tác động vào xi lanh. Thực vậy, khi tải tăng, áp suất của bơm, trong khoáng trái của xi lanh, khoang a và khoang b của van giảm áp cũng tăng. Do khoang b thông với khoang c nên áp suất trong khoang c cũng tăng. Kết quả là piston của van giảm áp di chuyển lên trên làm cho cửa lưu thông giữa khoang a và khoang b giảm. Vì vậy áp suất trong khoang b lại giảm về giá ban đầu.

Trong trường hợp này, áp suất của bơm phụ thuộc vào tải tác động vào xi lanh vì trong sơ đồ này không sử dụng van tràn mà dùng van an toàn để chống cho hệ thống không bị quá tải. Công suất của bơm luôn biến đổi phù hợp với  yêu cầu của động cơ, vì vậy nó làm việc kinh tế hơn. Tuy nhiên, do công suất (áp suất) của bơm phụ thuộc vào tải nên sự rò rỉ trong bơm cũng phụ thuộc vào tải.

Hình 88. Mắc bộ điều tốc song song với động cơ

Điều này làm cho hệ thống kém nhậy hơn hai sơ đồ trên, nhất là khi tải thay đổi nhiều. Vì vậy chỉ nên dùng sơ đồ này trong những trường hợp không đòi hỏi cao về ổn định tốc độ hoặc những hệ thống có tải ít thay đổi.

III.2.2. Phương pháp thể tích

Như nghiên cứu trong phần trươc, điều chỉnh và ổn định tốc độ cửa cơ cấu chấp hành bằng phương pháp tiết lưu có hiệu suất thấp do tổn thất năng lượng qua van tràn, đặc biệt trong các hệ thống công suất lớn thì tổn thất này càng lớn làm cho hiệu suất của hệ thống giảm. Vì vậy trong các hệ thống có công suất lơn (N > 7,5 kW) và yêu cầu cao về ổn định tốc độ thường sử dụng bơm điều chỉnh hay còn gọi là phương pháp thể tích.

Trong phương pháp thể tích, sự thay đổi tốc độ chuyển động của động cơ được thực hiện nhờ thay đổi lưu lượng riêng của bơm. So với phương pháp tiết lưu, phương pháp thể tích có hiệu suất lớn hơn

h  = 0,75 – 0,80 (trong phương pháp tiết lưu h  = 0,3 – 0,4) và chất lỏng ít bị nóng hơn.

Điều chỉnh và ổn định tốc độ bằng phương pháp thể tích có ưu điểm là đặc tính ổn định, tốc độ của động cơ thay đổi không đáng kể khi tải thay đổi.

Hình 89 là sơ đồ nguyên lý điều chỉnh hành trình của xi lanh bằng bơm điều chỉnh dạng hướng trục bằng cách thay đổi góc nghiêng γ giữa đĩa nghiêng và bloc xi lanh.

Hình 89. Sơ đồ điều chỉnh bằng phương pháp thể tích

Lưu lượng lý thuyết của bơm được tính theo công thức

Qb = q.n = fznh = πd2/4                                                           (40)

trong đó q = fhz  – thể tích làm việc của bơm;

z   – số piston của bơm;

πd2/4 – diện tích của piston;

n    – số vòng quay của bơm;

h = Dtgγ   – hành trình piston bơm.

D    – đường kính vòng chia củ bloc xi lanh;

γ    – góc nghiêng của bloc xi lanh.

Dễ dàng thấy rằng tốc độ v của piston với tiết diện F trong trường hợp này có thể thay đổi vô cấp trong khoảng ±vmax = ±Qb / F .

Đặc tính và chất lượng của phương pháp điều chỉnh bằng thể tích phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh lưu lượng của bơm. Việc điều chỉnh này có thể được thực hiện bằng tay hay tự động theo tín hiệu khác nhau.

Phương pháp đơn giản nhất là điều khiển bằng tay (hình 90, a) hoặc bằng điện (hình 90, b). Ngoài ra, thường sử dụng phương pháp thuỷ lực để thay đổi lưu lượng riêng của bơm (hình 90, c), trong đó vít 4 dùng để điều chỉnh hành trình và van phân phối điện từ 2 dùng để điều khiển các xi lanh thuỷ lực.

Hình 90. Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng

Trên thực tế có thể sử dụng phương pháp tự động điều chỉnh lưu lượng của bơm theo các tín hiệu điều chỉnh khác nhau (áp suất, nhiệt độ, v.v…).

Trong các hệ thống thuỷ lực thường sử dụng sơ đồ tự động điều chỉnh theo tín hiệu áp suất, trong đó áp suất do bơm tạo ra dùng để hạn chế lưu lượng hoặc công suất của nó đến giá trị nhỏ nhất.

Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh lưu lượng của bơm piston hướng trục thể hiện trên hình 91, a. Lò xo 2 của bộ điều chỉnh luôn có xu hướng đưa đĩa nghiêng về vị trí góc γmax lớn nhất. Đối diện với lò xo là áp suất ở cửa ra của bơm, tác động vào piston 1. Khi áp suất của bơm đạt đến giá trị tính toán, piston 1 sẽ nén lò xo 2, giảm góc nghiêng γ.

Như vậy, với độ nén ban đầu của lò xo 2, bộ điều chỉnh sẽ giữ lưu lượng của bơm ở mức cố định đến khi đạt được giá trị áp suất cho phép. Mức độ tăng áp suất phụ thuộc vào đặc tính của lò xo.

Trên hình 91, b là đường đặc tính lưu lượng và công suất của bơm phụ thuộc vào áp suất ở cửa ra của bơm. Điểm c trên đồ thị tương ứng với quá trình bắt đầu nén lò xo và bắt đầu điều chỉnh lưu lượng của bơm. Đến một giá trị nhất định, lưu lượng của bơm sẽ giảm đến không. Hình 92 là sơ đồ mắc bơm 4 vào hệ thống cùng với xi lanh lực 1 và van phân phối 2.

Hình 91. Sơ đồ tự động điều chỉnh lưu lượng theo áp suất

Các bơm loại này được gọi là bộ ổn định áp suất và được sử dụng rộng rãi trong trường hợp một bơm cung cấp chất lỏng cho nhiều động cơ hoạt động theo chu kỳ hay trạm bơm trung tâm.

Hình 92. Sơ đồ mắc bơm vào hệ thống

Trong trường hợp bơm có khả năng đưa phần tử điều chỉnh lưu lượng về vị trí tương ứng với giá trị âm (so với vị trí trung gian) thì nó có thể đảo chiều lưu lượng mà không cần phải đảo chiều quay của bơm.

Sơ đồ thuỷ lực này được thể hiện trên hình 93, a. Trong sơ đồ này, đảo chiều động cơ 1 và điều chỉnh tốc độ của nó được thực hiện bằng cách thay đổi hướng lưu lượng của bơm 2.

Do trong trường hợp này sử dụng bơm điều chỉnh 2, lưu lượng của nó có thể điều chỉnh trong khoảng ±Qmax, nên về lý thuyết có thể đảm bảo đảo chiều và điều chỉnh tốc độ của động cơ từ không đến giá trị dương và âm lớn nhất, được xác định bởi các thông số của bơm và động cơ.

Tuy nhiên, trên thực tế phải lắp thêm các thiết bị phụ để đảm bảo lưu lượng của bơm và bảo vệ cho hệ thống (hình 93, b). Để ngăn cách khoang hút và khoang đẩy của bơm, trong sơ đồ có lắp các van một chiều 1 và 3. Van an toàn 2 dùng để bảo vệ quá tải cho hệ thống.

Trong các sơ đồ trên, bơm vừa là nguồn cấp vừa là bộ điều chỉnh tốc độ và được mắc ở cửa vào của động cơ. Sơ đồ này có nhược điểm như trong phương pháp mắc tiết lưu ở cửa vào của động cơ, đặc biệt là ở những tốc độ thấp.

Hình 93. Sơ đồ điều chỉnh bằng thể tích với bơm đảo chiều

Khi cần đảm bảo ổn định cả hai chiều, bơm điều chỉnh (bơm phối lượng) thường được mắc ở cửa ra của động cơ. Một bơm phụ, thường là bơm cố định, lắp ở cửa vào của động cơ sẽ cung cấp chất lỏng cho hệ thống. Tốc độ chuyển động của động cơ trong trường hợp này xác định bằng thể tích chất lỏng do bơm điều chỉnh hút ra từ động cơ.

Sơ đồ này được thể hiện trên hình 94, a. Trục của bơm điều chỉnh 1 gắn liền với trục của bơm cố định 3, có lưu lượng lơn hơn lưu lượng yêu cầu của động cơ 2. Lưu lượng thừa sẽ xản về bể qua van tràn 4.

Nhờ thay đổi vô cấp thể tích của bơm 1, ta có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ của động cơ 2, ngoài ra, năng lượng do bơm 1, trong trường hợp này nó làm việc như một động cơ, tạo ra không biến thành nhiệt mà chuyển vào trục của bơm 3.

Hiệu suất thể tích của bơm được tính theo công thức

,   h = 1 –  ∆Qb /  Qb

trong đó Qb và ∆Qb – Lưu lượng lý thuyết và lượng rò rỉ trong bơm.

Do lượng rò rỉ ∆Qb không phụ thuộc vào lưu lượng lý thuyết Qb của bơm nên có một giới hạn điều chỉnh tối thiểu lưu lượng. ở giá trị lưu lượng riêng nhỏ của bơm 1, lưu lượng và tương ứng là tốc độ của động cơ dưới tác động của tải, do rò rỉ có thể bằng không khi ∆Qb = Qb.

Hình 94. Sơ đồ điều chỉnh bằng thể tích với bơm phối lượng

Trên hình 94, a ta thấy khi tải của động cơ 2 bằng không thì p2 = p1, trong đó p1- áp suất điều chỉnh bởi van tràn 4. Tương ứng độ chênh áp ∆p = p2 – p3 trong bơm 1 khi tải của động cơ bằng không sẽ lớn nhất và bằng ∆p = p2 = p1. Khi tải của động cơ lớn nhất, lúc này áp suất trong khoang phải của nó bằng không thì độ chênh áp trên bơm 1 cũng bằng không.

Nhược điểm của sơ đồ trên hình 94, a là áp suất của bơm cấp 3 không phụ thuộc vào tải của động cơ nên ở những giá trị tốc độ nhỏ, phần lớn công suất của nó biến thành nhiệt.

Để giảm tổn thất này, thường sử dụng sơ đồ như trên hình 94, b. Bơm điều chỉnh 1 trong sơ đồ này cấp chất lỏng vào đường cao áp của bơm cấp 3 có cơ cấu điều chỉnh áp suất tuỳ thuộc vào tải của động cơ 2. Trong trường hợp này sử dụng van tiết lưu điều chỉnh 5 đặt ở cửa ra cửa bơm 3 để điều chỉnh áp suất của nó tuỳ thuộc vào áp suất trong khoang phải (xả) của động cơ 2. Tiết diện của cán piston của van 4 được chọn bằng 1/2 tiết diện của piston.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên điều kiện (bỏ qua lực ma sát)

p1 + p2 = const

Điều kiện cân bằng lực của động cơ

p1F = p2F ± P,

trong đó p1 và p2          – áp suất trong khoang phải và trái của xi lanh;

P và F         – tải và tiết diện của xi lanh.

Nếu tải P tác dụng lên động cơ ngược chiều với áp suất p1 thì áp suất p2 giảm đi, kết quả là piston của van hãm 4 đóng lại, tăng áp suất ở cửa ra của bơm 3 đến giá trị sao cho đảm bảo điều kiện p1 + p2 = const. Trong trường hợp khi tải tác động theo chiều ngược lại, áp suất p2 tăng, van hãm 4 mở ra làm giảm áp suất p1.

Trên hình 95 là sơ đồ tương tự với xi lanh không đối xứng. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ này dựa trên điều kiện

Hình 95. Sơ đồ điều chỉnh với van hãm vi sai

  Admin: Nguyễn Văn Thắng

Nick name: vanthang_nvt

E-mail: nguyenvanthangnvt@gmail.com

Mobile: 01656 113 067

Công ty Cổ phần thương mại & Dịch vụ kỹ thuật Việt Thái

Chuyên thiết bị thủy lực – khí nén; Các loại van thủy lực; Tuy ô thủy lưc: Đức, Italia, Nhật Bản ;  Đầu nối thủy lực.
Số 184 –  Đê La Thành – Ô Chợ Dừa- Đống Đa- Hà Nội
Tel: ( 84)-4-35 111 409.   Fax: ( 84)-4-35 117 861

Website: http://vietthaijsc.com.vn         )

About these ads

About hethongthietbithuyluc

NGUYỄN VĂN THẮNG

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

Theo dõi

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: