Cơ cấu chấp hành pdf

CENNITEC
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Mạch vi sai
M
P
A
T
P
D
d
Q
q
Q + q
Nếu xy lanh được kết nối như trong hình 5.8, áp
suất tại hai buồng của xy lanh là bằng nhau. Tuy
nhiên, vì diện tích mặt piston lớn hơn điện tích mặt
vành khăn nên lực tạo ra bởi áp suất ở mặt piston
lớn hơn, xy lanh sẽ đi ra.
Lưu lượng q từ buồng nhỏ của xy lanh
kết hợp với lưu lượng của bơm Q cùng
cung cấp vào buồng lớn của xy lanh. Nếu
gọi V là vận tốc đi ra của xy lanh:
Xét mặt vành khăn
q = (π/4) (D
2
– d
2
)v
Xét mặt piston

Q + q = (π/4) D
2
v
Q = (π/4) d
2
v
Vậy
V = (4/ π) (Q / d
2
) = Q / a
Với a là diện tích của ti xy lanh
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Một máy cắt như hình 5.10 bao gồm một bánh cắt có chuyển động quay và một
bàn trượt theo phương nằm ngang. Bàn trượt được truyền động bởi xy lanh thủy
lực có hành trình là 2 mét. Xy lanh cần phải có vận tốc nhanh xấp xỉ 3 m/min, và
tự động chuyển qua vận tốc chậm để cắt khi áp suất trong hệ thống tăng lên ở
giai đọan chi tiết tiếp xúc với đầu cắt. Vận tốc chậm khi cắt có thể được điều chỉnh
từ 10 đến 150 mm/min. Vận tốc trở về của xy lanh được yêu cầu là không quá
nhanh và xấp xỉ 3 m/min.
Xy lanh có tải khi đi ra ở giai đọan nhanh và khi trở về là 500 kg, tải khi cắt là 2500
kg. Áp suất tối đa của hệ thống là 70 bar. Hiệu suất của xy lanh là 0.9.
Bàn trượt
Đầu cắt
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Chọn kích thước xy lanh
D
d
Hành trình ra

Nhanh Chậm
V
1
= 3 m/min, F
1
=500 kg
V
2
= 10 – 150 mm/min
F
2
= 2500 kg
Hành trình về
v = 3 m/min, f = 500 kg
Các thông số cơ bản như sau:
1. Đường kính piston là D = 100 mm
2. Đường kính ti là d = 70 mm
3. Áp suất lớn nhất 40 bar
Diện tích của piston khi đó là
A =
πD2/4
= 3.14 x (10
2
) /4 = 78.5 cm2
Diện tích của ti khi đó là
a = πd
2
/4 = 3.14 x (72) /4 = 38.5 cm2
Diện tích mặt vành khăn là
(A –a) = 78.5 – 38.5 = 40 cm2

Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Sử dụng mạch truyền thống
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Khi cuộn dây Y1 được cấp nguồn, dầu từ bơm
vào thẳng buồng lớn của xy lanh làm xy lanh
đi ra. Trong thời gian này xy lanh chạy không
tải nên áp suất hệ thống chưa đủ để làm
chuyển đổi trạng thái của công tắc áp suất. Vì

vậy cuộn dây Y3 chưa được cấp nguồn, xy
lanh làm việc với vận tốc nhanh là 3 m/min
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
Giai đọan xy lanh ra nhanh
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Khi xy lanh tiếp xúc với chi tiết, áp
suất tăng cao đến giá trị ngưỡng
của công tắc áp suất, cuộn dây

Y3 được cấp điện, bằng việc điều
chỉnh van E1, vận tốc xy lanh bị
giảm đi
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 60 mm/min = 0.001 m/s
Q = 23.55 l/min
q
2
= 0.24 l/min
q
1
= 2 x 0.24 = 0.48 l/min

Q
dư
= 23.55 – 0.48 = 23.07 l/min
Giai đọan xy lanh ra chậm
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Công tắc áp suất
40 bar
v = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
q = 23.55/2 = 11.775 l/min
Q
dư
= 23.55 – 11.775 = 11.775 l/min

Ở hành trình đi về, bằng cách điều chỉnh
van E2 xy lanh sẽ có được vận tốc mong
muốn.
Giai đọan xy lanh đi về
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Phân tích quá trình tiêu thụ năng lượng của hệ thống trong 1 chu kỳ làm việc
Giai đọan xy lanh ra nhanh, toàn bộ
năng luợng được dùng để xy lanh
có vận tốc nhanh. Giai đọan này
không có lưu lượng bị dư nên năng
lượng tiêu hao vô ích bằng N
1
= 0.
Lưu lượng bơm cần cung cấp cho xy lanh
ở giai đọan ra nhanh là
Q (l/min) = 6 A(cm
2
) V( m/s)
= 6 x 78.5 (cm
2
) x (1/20) (m/s)
= 23.55 (l/min)
Công suất tiêu thụ là
N (kW)= (P (bar) x Q (l/min))/600
= (40 x 23.55)/600 = 1.57 kW
E
1
E
2

Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan xy lanh ra chậm
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y

3
P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 60 mm/min = 0.001 m/s
Q = 23.55 l/min
q
2
= 0.24 l/min
q
1
= 2 x 0.24 = 0.48 l/min
Q
dư
= 23.55 – 0.48 = 23.07 l/min
Năng lượng mất là
N
2
= (P x Q)/600 = 40 x 23.07 / 600 = 1.538 kW
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan xy lanh đi về
E
1

E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Công tắc áp suất
40 bar
v = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
q = 23.55/2 = 11.775 l/min
Q
dư
= 23.55 – 11.775 = 11.775 l/min
Năng lượng mất là
N
3
= (P x Q)/600 = 40 x 11.775 / 600 = 0.785 kW
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Tổng năng lượng mất trong một
chu trình làm việc là

N
1
+ N
2
+ N
3
= 0 + 1.538 + 0.785
= 2.323 kW
Hiệu suất của hệ thống là
[( 1.57 +1.57 -2.323 ) / (1.57
+1.57 )] x 100% = 26 %
E
1
E
2
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất

40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Sử dụng mạch vi sai
E
1
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Tính các thông số cơ bản của hệ thống
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan ra nhanh
E
1

Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Q = 11.775 l/min
q
2
= 11.775 l/min
q
1
= 11.775 + 11.775 = 23.55 l/min
Vì tỉ lệ diện tích hai mặt xy lanh là 2 : 1
nên khi xy lanh ở giai đọan kết nối vi sai
nó nhận một lưu lượng từ buồng thoát
của nó đúng một lượng bằng lưu lượng
của bơm. Do vậy, để xy lanh đi ra với
vận tốc là 3 m/min thì lưu lượng của
bơm chỉ cần

23.55 / 2 = 11.775 l/min
Giai đọan xy lanh ra nhanh, tòan bộ
năng luợng được dùng để xy lanh có
vận tốc nhanh. Giai đọan này không có
lưu lượng bị dư nên năng lượng tiêu
hao vô ích bằng N
1
= 0
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
E
1
Y
1
Y
2
Y
3
P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Q = 11.775 l/min
q
2

= 0.24 l/min
q
1
= 2 x 0.24 = 0.48 l/min
Q
dư
= 11.775 – 0.48 = 11.295 l/min
Giai đọan ra chậm
Giả sử vận tốc giai đoạn này cũng là 60 mm/min.
Khi đó van E cần chỉnh để lưu lượng thoát ra từ xy
lanh là 0.24 l/min. Lưu lượng xy lanh nhận từ bơm
là
2 x 0.24 = 0.48 l/min
Vậy lưu lượng dư là
11.775 – 0.48 = 11.295 l/min
Năng lượng mất mát ở giai đọan này là
N
2
= (P x Q)/600 = (40 x 11.295) / 600 = 0.753 kW
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan về
E
1
Y
1
Y
2
Y
3

P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Q = 11.775 l/min
v = 3 m/min = 1/20 m/s
Ở giai đọan này xy lanh nhận hết lưu lượng
của bơm là 11.775 l/min để về với vận tốc là 3
m/min. Như vậy không có lưu lượng dư xả
qua van giới hạn áp suất. Năng lượng mất ở
giai đọan này là N3 = 0.
Tổng năng lượng mất trên 1 chu kỳ làm việc
là:
N
1
+ N
2
+N
3
= 0 + 0.753 + 0 = 0.753 kW
Công suất cung cấp là
N = P x Q / 600 = (40 x 11.775) / 600 = 0.785
kW
Hiệu suất của hệ thống là
[(0.785 + 0.785 – 0.753) / (0.785 + 0.785)] x

100 = 52 %
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Truyền thống Vi sai
Bơm
Xy lanh
Động cơ
Hiệu suất
D = 100 mm, d = 70 mm
D = 100 mm, d = 56 mm
23.55 l/min
11.775 l/min
1.57 kW 0.785 kW
52%26%
Bảng tổng kết trong trường hợp mạch truyền thống và mạch vi sai
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Mạch các xy lanh mắc song song và nối tiếp
Xy lanh 1 Xy lanh 2
18 kN 12 kN
D
1
= 76.2 mm
d
1
= 38.1mm
D
2
= 63.5 mm
d2 = 31.75 mm

Từ bơm
Về bể chứa
Xy lanh 1 Xy lanh 2
18 kN 12 kN
Hai xy lanh có chuyển động đồng thời hay không?
140 bar
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Xy lanh 1 Xy lanh 2
18 kN 12 kN
140 bar
Hai xy lanh có chuyển động đồng thời hay không?
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Xy lanh mắc nối tiếp
Xy lanh 1 Xy lanh 2
18 kN 12 kN
D
1
= 76.2 mm
d
1
= 38.1mm
D
2
= 63.5 mm
d
2
= 31.75 mm
Từ bơm

Về bể chứa
Tống áp suất cần cho xy lanh 1 là:
P
c1
A
c1
= F
f1
+ P
r1
a
r1
+ F
L1
Pc1 = (2028.38 + 42.41 x 10
5
x 34.18 x 10
-4
+ 18 x 10
3
) / 45.58 x 10
-4
= 757.5 x 10
4
(N/m2)
= 75.75 bar
Khi áp suất đạt tới giá trị 75.75 bar thì hai xy lanh chuyển động đồng thời.
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
V1

V2
Đường bù dầu
Van tuần tự
Y1
Y2
P
A B
T
Van giới hạn áp suất
Hệ thống hai xy lanh mắc nối tiếp có bù dầu
Cennitec
Một số mạch đặc biệt về xy lanh
Mạch dùng xy lanh kép
M
Y1 Y2
Y3
C1
C2
Cennitec
Một số mạch đặc biệt về xy lanh
Giai đọan ra nhanh
M
Y1 Y2
Y3
C1
C2
Cennitec
Một số mạch đặc biệt về xy lanh
M
Y1 Y2

Y3
C1
C2
Giai đọan ép
Cennitec
Một số mạch đặc biệt về xy lanh
M
Y1
Y2
Y3
C1
C2
Xy lanh đi về