Bài giảng hệ thống điều khiển thủy lực và khí nén

ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG
THUỶ LỰC - KHÍ NÉN
BỘ MÔN TỰ ðỘNG HOÁ
CBGD: THS.UÔNG QUANG TUYẾN
HÀ NỘI - 2009
2
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THUỶ LỰC - KHÍ NÉN
1.1. Lịch sử phát triển và khả năng ứng dụng của hệ thống truyền ñộng
thủy lực

1920 hệ thống truyền ñộng thuỷ lực ñã ứng dụng trong lĩnh vực máy công
cụ.

1925 hệ thống truyền ñộng thuỷ lực ñược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp khác như: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao
thông vận tải, hàng không,

1960 ñến nay hệ thống truyền ñộng thuỷ lực ñược ứng dụng trong tự ñộng
hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình ñộ cao, có khả năng ñiều khiển
bằng máy tính hệ thống truyền ñộng thủy lực với công suất lớn.
3
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THUỶ LỰC - KHÍ NÉN
1.2. Ưu ñiểm và nhược ñiểm của hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực, khí
nén
1.2.1. Ưu ñiểm

Truyền ñộng ñược công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương ñối

ñơn giản, hoạt ñộng với ñộ tin cậy cao nhưng ñòi hỏi ít về chăm sóc, bảo
dưỡng).

ðiều chỉnh ñược vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự ñộng hoá
theo ñiều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn).

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 ñộng cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của
dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va ñập mạnh
(nhưtrong cơ khí và ñiện).

Dễ biến ñổi chuyển ñộng quay của ñộng cơ thành chuyển ñộng tịnh tiến
của cơ cấu chấp hành.

Dễ ñề 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 ñộng hoá ñơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các
phần tử tiêu chuẩn hoá.
4
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THUỶ LỰC - KHÍ NÉN
1.2.2. Nhược ñiểm

Mất mát trong ñường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu

suất và hạn chế phạm vi sử dụng.

Khó giữ ñược vận tốc không ñổi khi phụ tải thay ñổi do tính nén ñược của
chất lỏng và tính ñàn hồi của ñường ống dẫn.

Khi mới khởi ñộng, nhiệt ñộ của hệ thống chưa ổn ñịnh, vận tốc làm việc
thay ñổi do ñộ nhớt của chất lỏng thay ñổi.
1.3. ðơn vị ño các ñại lượng cơ bản
1.3.1. Áp suất (p)
Theo ñơn vị ño lường SI là Pascal (pa)
1pa= 1N/m2= 1m-1kgs-2= 1kg/ms2
ðơn vị này khá nhỏ, nên người ta thường dùng ñơn vị: N/mm2, N/cm2và so
với ñơn vị áp suất cũ là kg/cm2thì nó có mối liên hệ nhưsau:
1kg/cm2»0.1N/mm2= 10N/cm2= 105N/m2
(Trị số chính xác: 1kg/cm2= 9,8N/cm2; ñể dàng tính toán, ta lấy 1kg/cm2=
10N/cm2).
5
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN THUỶ LỰC - KHÍ NÉN
Ngoài ra ta còn dùng:
1bar = 105N/m2= 1kg/cm2
1at = 9,81.104N/m2»105N/m2= 1bar.
(Theo DIN- tiêu chuẩn Cộng hòa Liên bang ðức thì 1kp/cm2=0,980665bar »
0,981bar; 1bar »1,02kp/cm2. ðơn vị kG/cm2tương ñương kp/cm2).
1.3.2. Vận tốc (v): ðơn vị vận tốc là m/s (cm/s).
1.3.3. Thể tích và lưu lượng
a. Thể tích (V): m3hoặc lít(l)
b. Lưu lượng(Q): m3/phút hoặc l/phút.
Trong cơ cấu biến ñổi năng lượng dầu ép (bơm dầu, ñộng cơ dầu) cũng có

thể dùng ñơn vị là m3/vòng hoặc l/vòng.
1.3.4. Lực (F): ðơn vị lực là Newton (N)
1N = 1kg.m/s2.
1.3.5. Công suất (N): ðơn vị công suất là Watt (W)
1.4. So sánh các loại truyền ñộng
6
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.1. Máy bơm và ñộng cơ dầu
2.1.1. Nguyên lý chuyển ñổi năng lượng
Bơm và ñộng cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị
tạo ra năng lượng, còn ñộng cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy
thế kết cấu và phương pháp tính toán của bơm và ñộng cơ dầu cùng loại
giống nhau.
a. Bơm dầu: dùng ñể biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất
lỏng). Bơm có lưu lượng cố ñịnh, gọi tắt là bơm cố ñịnh.
Bơm có lưu lượng có thể ñiều chỉnh, gọi tắt là bơm ñiều chỉnh.
Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất.
b. ðộng cơ dầu: là thiết bị dùng ñể biến năng lượng của dòng chất lỏng thành
ñộng năng quay trên trục ñộng cơ.
Những thông số cơ bản của ñộng cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu
áp suất ở ñường vào và ñường ra.
7
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.1.2. Các ñại lượng ñặc trưng
a. Thể tích dầu tải ñi trong 1 vòng (hành trình)
V = A.h 1 hành trình (2.1)

b. Áp suất làm việc
c. Hiệu suất

Hiệu suất thể tích h
v

Hiệu suất cơ và thủy lực h
hm

Nhưvậy hiệu suất toàn phần:
h
t
= h
v
. h
hm
2.1.3. Công thức tính toán bơm và ñộng cơ dầu
a, Lưu lượng Qv, số vòng quay n và thể tích dầu trong một vòng quay V
Ta có: Qv= n.V
ðối với bơm:
ðối với ñộng cơ dầu:
3
10
−
=
vv
nVQ
η
3
10.

−
=
v
v
nV
Q
η
Trong ñó:
Q
v
- lưu lượng [lít/phút];
n - số vòng quay [vòng/phút];
V - thể tích dầu/vòng [cm3/vòng];
η
v
- hiệu suất [%].
8
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
b. Áp suất, mômen xoắn, thể tích dầu trong một vòng quay V
Theo ñịnh luật Pascal: (2.12)
ðối với bơm: (2.13)
ðối với ñộng cơ: (2.14)
c. Công suất: N= p.Qv (2.15)
ðối với bơm: (2.16)
ðối với ñộng cơ dầu: (2.17)
V
M
p

x
=
10.
V
M
p
hmx
η
=
10.
hm
x
V
M
p
η
=
2
10.
6
−
=
t
v
pQ
N
η
2
10.
6

−
=
tv
pQ
N
η
Trong ñó:
p [bar];
M
x
[N.m];
V [cm3/vòng];
Η
hm
[%].
N [W], [kW];
p [bar], [N/m2];
Qv [lít/phút],[m3/s];
Η
t
[%].
9
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.1.4. Các loại bơm
a. Bơm với lưu lượng cố ñịnh
+ 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 ñổi
+ Bơm pittông hướng tâm;
+ Bơm pittông hướng trục (truyền bằng ñĩa nghiêng);
+ Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu);
+ Bơm cánh gạt ñơn.
10
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
Bơm bánh răng: (Hình 2.7. Bơm bánh răng)
Bơm trục vít: (Hình 2.9. Bơm trục vít)
11
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
Bơm cánh gạt ñơn
Bơm cánh gạt kép
Bơm pittông: hướng trục và hướng kính
12
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.2. Bể dầu
(Hình 2.20. Bể dầu)
2.2.1. Nhiệm vụ
Bể dầu có nhiệm vụ chính sau:


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 ñọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc.

Tách nước.
1. ðộng cơ ñiện
2. Ống nén
3. Bộ lọc
4. Phía hút
5. Vách ngăn
6. Phía xả
7. Mắt dầu
8. ðổ dầu
9. Ống xả.
Kí hiệu
13
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.3. Bộ lọc dầu
2.3.1. Nhiệm vụ

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất
bẩn từ bên ngoài vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ
làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu
dầu ép, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt ñộng của hệ

thống. Do ñó trong các hệ thống dầu ép ñều dùng bộ lọc dầu ñể ngăn ngừa
chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép.

Bộ lọc dầu thường ñặt ở ống hút của bơm. Trường hợp dầu cần sạch hơn,
ñặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một bộ ở ống xả của hệ thống
dầu ép.
Kí hiệu
2.3.2. Phân loại theo kích thước lọc
Tùy thuộc vào kích thước chất bẩn có thể lọc ñược, bộ lọc dầu có thể
phân thành các loại sau:
a. Bộ lọc thô:có thể lọc những chất bẩn ñến 0,1mm.
b. Bộ lọc trung bình:có thể lọc những chất bẩn ñến 0,01mm
c. Bộ lọc tinh: có thể lọc những chất bẩn ñến 0,005mm
d. Bộ lọc ñặc biệt tinh:có thể lọc những chất bẩn ñến 0,001mm.
14
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.3.3. Phân loại theo kết cấu
a, Bộ lọc lưới
b, Bộ lọc lá, sợi thủy tinh
2.3.4. Cách lắp bộ lọc trong hệ thống
Hình 2.24. Cách lắp bộ lọc trong hệ thống
a. Lắp bộ lọc ở ñường hút
b. Lắp bộ lọc ở ñường nén
c. Lắp bộ lọc ở ñường xả
15
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ

2.4. ðo áp suất và lưu lượng
2.4.1. ðo áp suất ( Hình 2.25)
a. ðo áp suất bằng áp kế lò xo
Nguyên lý ño áp suất bằng áp kế lò
xo: 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.
b. Nguyên lý hoạt ñộng của áp kế lò
xo tấm (Hình 2.26)
Dưới tác dụng của áp suất, lò xo tấm
(1) bị biến dạng, qua trục ñòn bẩy (2),
chi tiết hình ñáy quạt (3), chi tiết
thanh răng (4), kim chỉ (5), giá trị áp
suất ñược thể hiện trên mặt số.
16
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.4.2. ðo lưu lượng
a. ðo lưu lượng bằng bánh hình ôvan và
bánh răng (Hình 2.27)
b. ðo lưu lựơng bằng tuabin và cánh gạt (Hình 2.28)
Chất lỏng chảy qua ống làm quay cánh tuabin và cánh gạt, ñộ lớn lưu
lượng ñược xác ñịnh bằng tốc ñộ quay của cánh tuabin và cánh gạt.
17
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ

c. ðo lưu lượng theo nguyên lý ñộ chênh áp (Hình 2.29)
Hai áp kế ñược ñặt ở hai ñầu của màng ngăn, ñộ lớn lưu lượng ñược xác ñịnh
bằng ñộ chênh lệch áp suất (tổn thất áp suất) trên hai áp kế p1và p2.
d. ðo lưu lượng bằng lực căng lò xo (Hình 2.30)
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.
18
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ
2.5. Bình trích dầu
2.5.1. 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.
2.5.2. Phân loại
Theo nguyên lý tạo ra tải, bình trích chứa thủy lực ñược chia thành ba loại, thể
hiện ở hình 2.31
Hình 2.31. Các loại bình
trích chứa thủy lực
a. Bình trích chứa trọng
vật;
b. Bình trích chứa lò xo;
c. Bình trích chứa thủy khí;
d. Ký hiệu.
19
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP DẦU VÀ XỬ LÝ

- Quá trình nạp (Hình 2.33)
-
- Quá trình xả (Hình 2.34)
20
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.1. Khái niệm
3.1.1. Hệ thống ñiều khiển
Hệ thống ñiều khiển bằng thủy lực ñược mô tả qua sơ ñồ hình 3.1, gồm các
cụm và phần tử chính, có chức năng sau:
a. Cơ cấu tạo năng
lượng:bơm dầu, bộ lọc
( )
b. Phần tử nhận tín
hiệu: các loại nút ấn ( )
c. Phần tử xử lý: van áp
suất, van ñiều khiển từ
xa ( )
d. Phần tử ñiều khiển:
van ñảo chiều ( )
e. Cơ cấu chấp hành:
xilanh, ñộng cơ dầu.
Hình 3.1. Hệ thống ñiều khiển bằng thủy lực
21
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.1.2. Sơ ñồ cấu trúc hệ thống ñiều bằng thủy lực
Cấu trúc hệ thống ñiều khiển bằng thủy lực ñược thể hiện ở sơ ñồ hình 3.2

Hình 3.2. Cấu trúc thống ñiều khiển bằng thủy lực
22
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.2. Van áp suất
3.2.1. Nhiệm vụ:
Van áp suất dùng ñể ñiều chỉnh áp suất, tức là cố ñịnh hoặc tăng, giảm trị
số áp trong hệ thống ñiều khiển bằng thủy lực.
3.2.2. Phân loại: Van áp suất gồm có các loại sau:
+ Van tràn và van an toàn
+ Van giảm áp
+ Van cản
+ Van ñóng, mở cho bình trích chứa thủy lực.
3.2.2.1. Van tràn và an toàn
Van tràn và van an toàn dùng ñể hạn chế việc
tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực
vượt quá trị số quy ñịnh. Van tràn làm việc
thường xuyên, còn van an toàn làm việc khi
quá tải. Có các loại van sau:
Ký hiệu của van tràn và van an toàn
23
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
(a)
(b)
(c)
+ Kiểu van bi (trụ, cầu) (hình 3.3)
+ Kiểu con trượt (pittông) (hình 3.4)

+ Van ñiều chỉnh hai cấp áp suất
(phối hợp) (hình 3.5)
24
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.2.2.2. Van giảm áp
Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp
năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Lúc này ta
phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp ñặt trước
cơ cấu chấp hành nhằm ñể giảm áp suất ñến một giá trị cần thiết.
Hình 3.6 Kết cấu và ký hiệu
Hình 3.7 Mạch thuỷ lực có lắp van giảm áp
25
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.2.2.3. Van cản
Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống Þhệ thống luôn
có dầu ñể bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va ñập.
Hình 3.8. Mạch thủy lực có lắp van cản
Ký hiệu
26
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.3. Van ñảo chiều
3.3.1. Nhiệm vụ
Van ñảo chiều dùng ñóng, mở các ống dẫn ñể khởi ñộng các cơ cấu biến ñổi
năng lượng, dùng ñể ñảo chiều các chuyển ñộng của cơ cấu chấp hành.

3.3.2. Các khái niệm
+ Số cửa: là số lỗ ñể dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van ñảo chiều
thường 2, 3 và 4, 5. Trong những trường hợp ñặc biệt số cửa có thể
nhiều hơn.
+ Số vị trí: là số ñịnh vị con trượt của van. Thông thường van ñảo chiều
có 2 hoặc 3 vị trí. Trong những trường hợp ñặc biệt số vị trí có thể
nhiều hơn.
27
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.3.3. Nguyên lý làm việc
a. Van ñảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2)
Hình 3.9. Van ñảo chiều 2/2
P - Cửa nối bơm;
T - Cửa nối ống xả về
thùng dầu;
A, B - Cửa nối với cơ
cấu ñiều khiển hay cơ
cấu chấp hành;
L - Cửa nối ống dầu
thừa về thùng.
28
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
b. Van ñảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2)
Hình 3.10. Van ñảo chiều 3/2
P - Cửa nối bơm;
T - Cửa nối ống xả về

thùng dầu;
A, B - Cửa nối với cơ
cấu ñiều khiển hay cơ
cấu chấp hành;
L - Cửa nối ống dầu
thừa về thùng.
29
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
c. Van ñảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2)
Hình 3.11. Van ñảo chiều 4/2
P - Cửa nối bơm;
T - Cửa nối ống xả về
thùng dầu;
A, B - Cửa nối với cơ
cấu ñiều khiển hay cơ
cấu chấp hành;
L - Cửa nối ống dầu
thừa về thùng.
30
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.3.4. Các loại tín hiệu tác ñộng
Loại tín hiệu tác ñộng lên van ñảo chiều ñược biểu diễn hai phía, bên trái
và bên phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác ñộng
làm van ñảo chiều thay ñổi vị trí làm việc của nòng van ñảo chiều.
Hình 3.12. Các ký hiệu cho tín
hiệu tác ñộng bằng tay

Hình 3.13. Các ký hiệu cho tín hiệu tác ñộng bằng cơ
31
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.3.5. Các loại mép ñiều khiển của van ñảo chiều

Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, các mép của nó sẽ ñóng hoặc
mở các cửa trên thân van nối với kênh dẫn dầu.

Van ñảo chiều có mép ñiều khiển dương (hình 3.14a), ñược sử dụng trong
những kết cấu ñảm bảo sự rò dầu rất nhỏ, khi nòng van ở vị trí trung gian
hoặc ở vị trí làm việc nào ñó, ñồng thời ñộ cứng vững của kết cấu (ñộ nhạy
ñối với phụ tải) cao.

Van ñảo chiều có mép ñiều khiển âm (hình 3.14b), ñối với loại van này có
mất mát chất lỏng chảy qua khe thông về thùng chứa, khi nòng van ở vị trí
trung gian. Loại van này ñược sử dụng khi không có yêu cầu cao về sự rò
chất lỏng, cũng nhưñộ cứng vững của hệ.

Van ñảo chiều có mép ñiều khiển bằng không (hình 3.14c), ñược sử dụng
phần lớn trong các hệ thống ñiều khiển thủy lực có ñộ chính xác cao (ví dụ
nhưở van thủy lực tuyến tính hay cơ cấu servo. Công nghệ chế tạo loại van
này tương ñối khó khăn.
32
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
Hình 3.14. Các loại mép
ñiều khiển của van ñảo

chiều
a. Mép ñiều khiển dương;
b. Mép ñiều khiển âm;
c. Mép ñiều khiển bằng
không.
3.4. Van tiết lưu
Van tiết lưu dùng ñể ñiều chỉnh lưu lượng dầu, và do ñó ñiều chỉnh vận tốc của
cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực.
Van tiết lưu có thể ñặt ở ñường dầu vào hoặc ñường ra của cơ cấu chấp hành.
Van tiết lưu có hai loại:
Van tiết lưu cố ñịnh
Van tiết lưu thay ñổi ñược lưu lượng
33
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.5. Bộ ổn tốc

Bộ ổn tốc là cấu ñảm bảo hiệu áp không ñổi khi giảm áp (Dp = const), và do
ñó ñảm bảo một lưu lượng không ñổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc
của cơ cấu chấp hành có giá trị gần nhưkhông ñổi.

Nhưvậy ñể ổn ñịnh vận tốc ta sử dụng bộ ổn tốc.

Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: một van giảm áp và một van tiết lưu. Bộ
ổn tốc có thể lắp trên ñường vào hoặc ñường ra của cơ cấu chấp hành như
ở van tiết lưu, nhưng phổ biến nhất là lắp ở ñường ra của cơ cấu chấp
hành.
Hình 3.29. Ký hiệu và kết cấu bộ ổn tốc
34

ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.6. Van Chặn
Van chặn gồm các loại van sau:

Van một chiều.

Van một chiều ñiều ñiều khiển ñược hướng chặn.

Van tác ñộng khoá lẫn.
3.6.1. Van một chiều

Van một chiều dùng ñể ñiều khiển dòng chất lỏng ñi theo một hướng, và ở
hướng kia dầu bị ngăn lại.

Trong hệ thống thủy lực, thường ñặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào
những mục ñích khác nhau.

van bi, van kiểu con trượt
Hình 3.31. Ký hiệu và kết cấu van bi
một chiều
35
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
Ứng dụng của van một chiều:

ðặt ở ñường ra của bơm (ñể chặn dầu chảy về bể).


ðặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm).

Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống.
Hình 3.32. Sơ ñồ mạch thủy
lực sử dụng hai bơm dầu
nhằm giảm tiêu hao công
suất
36
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.6.2. Van một chiều ñiều khiển ñược hướng chặn
a. Nguyên lý hoạt ñộng
Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều.
Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu ñiều khiển bên ngoài
tác ñộng vào cửa X.
Hình 3.33. Van một chiều ñiều khiển ñược hướng chặn
a. Chiều A qua B, tác dụng nhưvan một chiều;
b. Chiều B qua A có dòng chảy, khi có tác dụng tín ngoài X;
c. Ký hiệu.
37
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.6.3. Van tác ñộng khoá lẫn
a. Nguyên lý hoạt ñộng
Kết cấu của van tác ñộng khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều ñiều
khiển ñược hướng chặn. Khi dòng chảy từ A
1
qua B

1
hoặc từ A
2
qua B
2
theo nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B
2
về A
2
thì phải
có tín hiệu ñiều khiển A
1
hoặc khi dầu chảy từ B
1
về A
1
thì phải có tín hiệu
ñiều khiển A
2
.
Hình 3.34. Van tác ñộng khóa lẩn
a. Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2
(như van một chiều);
b. Từ B2về A2thì phải có tín hiệu ñiều khiển A1;
c. Ký hiệu.
38
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.7. ðiều khiển, ñiều chỉnh áp suất và lưu lượng

3.7.1. Các phương pháp ñiều chỉnh vận tốc

ðiều chỉnh vận tốc chuyển ñộng thẳng hoặc chuyển ñộng vòng của cơ cấu chấp
hành trong hệ thống dầu ép, bằng cách thay ñổi lưu lượng dầu chảy qua nó với hai
phương pháp sau ñây:

Thay ñổi sức cản trên ñường ống dẫn dầu bằng van tiết lưu. Phương pháp ñiều
chỉnh này gọi là ñiều chỉnh bằng tiết lưu, ñã trình bày trong mục van tiết lưu.

Thay ñổi chế ñộ làm việc của bơm dầu, tức là ñiều chỉnh lưu lượng của bơm cung
cấp cho hệ thống dầu ép. Phương pháp ñiều chỉnh này gọi là ñiều chỉnh bằng thể
tích.

Lựa chọn phương pháp ñiều chỉnh vận tốc phụ thuộc và nhiều yếu tố như công suất
truyền ñộng, áp suất cần thiết, ñặc ñiểm thay ñổi tải trọng, kiểu và ñặc tính của bơm
dầu

ðể giảm nhiệt ñộ của dầu, ñồng thời tăng hiệu suất của hệ thống dầu ép, người ta
sử dụng phương pháp ñiều chỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại ñiều chỉnh này ñược
thực hiện bằng cách chỉ ñưa vào hệ thống dầu ép lưu lượng dầu cần thiết ñể ñảm
bảo một vận tốc nhất ñịnh. Do ñó, nếu như không tính ñến tổn thất thể tích và cơ khí
thì toàn bộ năng lượng do bơm dầu tạo nên ñều biến thành công có ích.
39
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.7.2. Một số phương pháp ñiều chỉnh
a, ðiều chỉnh áp suất bằng cơ khí
b, ðiều chỉnh áp suất bằng van tràn
c, ðiều chỉnh bằng tiết lưu ñầu vào

d, ðiều chỉnh bằng tiết lưu ñầu ra
e, ðiều chỉnh lưu lượng kết hợp với ñiều chỉnh áp suất của bơm
40
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC
3.7. Xi lanh truyền ñộng
3.7.1. Nhiệm vụ
Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng ñể biến ñổi thế năng của dầu
thành cơ năng, thực hiện chuyển ñộng thẳng.
3.7.2. Phân loại

Xilanh thủy lực ñược chia làm hai loại: xilanh lực và xilanh quay (hay còn
gọi là xilanh mômen).

Trong xilanh lực, chuyển ñộng tương ñối giữa pittông với xilanh là chuyển
ñộng tịnh tiến.

Trong xilanh quay, chuyển ñộng tương ñối giữa pittông với xilanh là chuyển
ñộng quay (với góc quay thường nhỏ hơn 3600).

Pittông bắt ñầu chuyển ñộng khi lực tác ñộng lên một trong hai phía của nó
(lực ñó thể là lực áp suất, lực lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản
có hướng ngược lại chiều chuyển ñộng (lực ma sát, thủy ñộng, phụ tải, lò
xo, ).
41
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC


Phân loại theo cấu tạo

Xilanh ñơn

Xilanh kép
Xilanh ñơn lùi về nhờ ngoại lực
Xilanh ñơn lùi về nhờ lò xo
Lùi về bằng thuỷ lực Lùi về bằng thuỷ lực có giảm chấn
42
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC

Xilanh vi sai
Tác dụng cả hai phía
Tác dụng quay
Tác dụng ñơn Tác dụng kép
43
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC

Theo kiểu lắp ráp

Lắp chặt thân

Lắp chặt mặt bích

Lắp xoay ñược


Lắp gá ở 1 ñầu xilanh
3.7.3. Cấu tạo xilanh
Hình 2.15. Cấu tạo
xilanh tác dung kép
có cần pittông một
phía
1. Thân;
2. Mặt bích hông;
3.Mặt bích hông;
4. Cần pittông;
5. Pittông;
6. Ổtrượt;
7. Vòng chắn dầu;
8. Vòng ñệm;
9. Tấm nối;
10. Vòng chắn hình O;
11. Vòng chắn pittông;
12. Ống nối;
13. Tấm dẫn hướng;
14. Vòng chắn hình O;
15. ðai ốc;
16. Vít vặn;
17. Ống nối.
44
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
4.1. Mục ñích
Trong hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực, phần lớn các phần tử do nhà chế
tạo sản xuất ra và có những yêu cầu về thong số kỹ thuật ñược xác ñịnh,

ñược tiêu chuẩn hoá.
Mục ñích của chương 4 là vận dụng những kiến thức của các chương
trước ứng dụng vào hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực. Học viên cần nắm
vững nguyên lý làm việc, tính toán cách chọn các phần tử thuỷ lực, ñọc
hiểu sơ ñồ lắp ñặt của hệ thống thuỷ lực, ñể có thể làm tốt công việc lắp
ráp, vận hành, theo dõi, bảo dưỡng và thay thế các phần tử thuỷ lực.
Dưới ñây giới thiệu một số hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực ñiển hình
trong các máy và thiết bị công nghiệp. Các hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ
lực ñiển hình ñược trình bày từ ñơn giản ñến phức tạp.
45
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
Hình 4.1. Giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống
A, Qua van tràn cho chuyển ñộng thẳng
B, Qua van tràn cho chuyển ñộng quay
C, Tải trọng thay ñổi
46
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
4.2. Các sơ ñồ ñiển hình
ðể giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực, có
thể thực hiện theo các sơ ñồ lắp ñặt ở hình 4.1
Trong khi hệ thống ñiều khiển bằng thuỷ lực làm việc không liên tục, nhưng
bơm hoạt ñộng liên tục; ñể tránh quá trình nhiệt sinh ra lớn khi qua van
tràn, người ta lắp van ñảo chiều 4/3, ở vị trí trung gian dầu sẽ trở về bể dầu
mà không cần qua van tràn, hình 4.2a; hoặc lắp và hệ thống van ñảo chiều
2/2, hình 4.2b; hoặc van ñảo chiều 6/3, hình 4.2c
47

ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
Hình 4.2. Giới hạn nhiệt sinh ra trong hệ thống
A, Qua vị trí trung gian của van ñảo chiều
B, Qua van ñảo chiều 2/2
C, Qua van ñảo chiều 6/3
48
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
ðể áp suất hay lưu lượng trong hệ thống ñiều khiển luôn ñược ổn ñịnh, mặc dù
khi bơm mất ñiện, người ta lắp vào hệ thống bình trích chứa, hình 4.3a. Khi
cơ cấu chấp hành chạy không với vận tốc lớn, nhưng khi chạy làm việc chỉ
cần áp suất lớn, lưu lượng nhỏ, người ta lắp theo hình 4.3b.
Trong công nghiệp người ta cũng hay sử dụng hộp truyền ñộng bằng thuỷ
lực: gồm ñộng cơ dầu và bơm dầu lắp chung vào thành một khối. Như vậy
tổn thất thể tích và tổn thất áp suất của hệ thống sẽ giảm ñi, hình 4.4.
49
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
Hình 4.3. Duy trì áp suất và thay ñổi lưu lượng trong hệ thống
A, Lắp thêm bình trích chứa
B, Lắp 2 bơm: 1 bơm có lưu lượng lớn, 1 bơm có áp suất lớn
50
ThS.Uông Quang Tuyến
BÀI GIẢNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN BM.TỰ ðỘNG HOÁ
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TRUYỀN ðỘNG THỦY LỰC
Hình 4.4. Hộp truyền ñộng bằng thuỷ lực

1, Bơm phụ; 2, Van một chiều; 3,5,6, Van tràn; 4, Van ñảo chiều