thiết kế và chế tạo mô hình ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành trong truyền động thủy lực

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
23
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH VẬN TỐC CƠ CẤU CHẤP
HÀNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
DESIGN AND MANUFACTURE SPEED MODEL STABILITY IN THE STRUCTURE
EXECUTOR HYDRAULIC TRANSMISSION

SVTH: Nguyễn Văn Linh
1
, Hoàng Thế An
2
Lớp:
1
05C4A,
2
05C4B, Khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường Đại Học Bách Khoa
GVHD: KS. Lê Minh Đức
Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại Học Bách Khoa

TÓM TẮT
Trong bài báo này đề cập phương pháp điều khiển tốc độ dòng chảy bằng bộ ổn tốc. Độ
chênh áp trước và sau van tiết lưu được duy trì ở một giá trị không đổi ứng với một lưu lượng qua
van là không đổi. phương trình cân bằng lưu lượng qua van tiết lưu chỉ ra rằng duy trì một độ
chênh áp trước và sau van tiết lưu không đổi khi các yếu tố về tiết diện lưu thông và đặc tính chất
lỏng không đổi sẽ mang lại một tốc độ dòng chảy tương đối ổn định. Áp suất trước và sau van ổn
tốc được chuyển đến các đầu khác nhau của một pít tông, một lò xo có tác dụng điều chỉnh áp
suất để giữ cho các van mở ở áp suất đầu vào tiết lưu không đổi.
ABSTRACT
For accurate flow control, a device that regulates to a Δp across an orifice is required –
referred to as pressure compensated flow control valve. In this valve, the Δp across the flow
metering orifice is maintained at a constant value producing a constant flow rate. The general

orifice flow equation indicates that holding the orifice area and Δp constant
Where the fluid properties (bulk modulus and density) are relatively constant, will yield a
constant flow rate through the orifice. To hold Δp constant, the upstream and downstream
pressures are ported to different sides of a servo (piston), An adjustable spring assists the lower
pressure to hold the valve open at low input pressures.

1. Mở đầu
Với nhiều ưu điểm, truyền động thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta hiện nay trong nhiều máy công cụ, máy nông
nghiệp, máy vận chuyển, máy xây dựng, khai thác mỏ, địa chất, vận tải,.v.v. đã có nhiều bộ
phận dùng đến truyền động thủy lực. truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm, dễ dàng điều
khiển tự động hóa vận tốc cơ cấu chấp hành, quá trình điều khiển yêu cầu độ chính xác cao
như trong các máy công cụ, các cơ cấu cấp phôi, các thiết bị nâng hạ chi tiết, những cơ cấu
chịu tải trọng thay đổi, chất lượng sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp bởi tính chính xác về điều
chỉnh và ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành.
Để nâng cao độ chính xác và tính ổn định trong điều khiển thủy lực, nhóm sinh
viên đã thực hiện đề tài “thiết kế chế tạo mô hình ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành
trong truyền động thủy lực”. phương án đưa ra trong mô hình là sử dụng bộ ổn tốc để ổn
định tốc độ cơ cấu chấp hành khi điều khiển vận tốc bằng phương pháp tiết lưu với bơm có
năng suất không đổi.
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
24
2. Nội dung
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Các phương án điều khiển vận tốc cơ cấu chấp hành trong truyền động thủy lực:
Từ nguyên lý của truyền động thủy lực ta có thể điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp
hành bằng cách thay đổi lưu
lượng dầu chảy qua nó theo
hai phương pháp điều khiển
bằng phương pháp thể tích

và phương pháp tiết lưu:
Để điều chỉnh tốc độ
bằng phương pháp
thể tích ta dùng các
bơm có năng suất
thay đổi.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu được sử dụng rất rộng rãi. trong
phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu bơm dầu có năng suất cố định, nên nó
luôn luôn đẩy vào hệ thống truyền dẫn một lưu lượng dầu không đổi. Van tiết lưu
có nhiệm vụ điều tiết lưu lượng để có những vận tốc điều chỉnh khác nhau.
2.1.2. Ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành khi điều chỉnh bằng tiết lưu
Phương pháp điều chỉnh
tốc độ bằng tiết lưu 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
thay đổi. Để ổn định tốc độ, ta
thường dùng bộ tự điều chỉnh và
ổn định tốc độ (bộ ổn tốc). Các bộ ổn tốc
thường đã được tiêu chuẩn hoá.
2.2. Xây đựng mô hình thực nghiệm
2.2.1. Yêu cầu của mô hình
Mô hình thiết kế phải đảm bảo
được yêu cầu của bài toán đề ra là ổn định
vận tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống
truyền động thủy lưc. Các thiết bị và phần
tử thủy lực trong hệ thống đảm bảo yêu

cầu kỹ thuật và làm việc an toàn. Mô hình
phải có tính mỹ thuật, có kiểu dáng công
nghiệp. Việc bố trí các cơ cấu điều khiển
Hình 1a: Sơ đồ điều chỉnh
bằng tiết lưu trên đường vào
Hình 1: Sơ đồ điều chỉnh bằng tiết lưu trên đường dầu vào và ra

2a) khi tải trọng nhỏ 2b) khi tải trọng lớn
Hình 2: Nguyên lý làm việc của bộ ổn tốc


Hình 3: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển
và mô hình thiết kế
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
25
phù hợp với môi trường làm việc trong các nhà máy, phân xưởng.
2.2.2. Lựa chọn sơ đồ thủy lực
Chọn sơ đồ mạch thủy lực điều khiển mô hình với bộ ổn tốc mắc trên đường dầu ra.
Hệ thống thủy lực mắc ở lối ra của có cấu chấp hành có niều ưu điểm cơ cấu chấp hành
chuyển động êm hơn, 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.
2.2.3. Thiết kế bộ ổn tốc
Lưu lượng qua van tiết lưu:
pAcQ
x
...
; Với:
2
c

Tiết diện lưu thông qua van
sin....2 rhAx

với:
r- bán kính làm việc của lỗ tiết lưu
h- chiều cao làm việc của van tiết lưu
2α- góc côn của van.
Lưu lượng qua van tiết lưu phải không đổi để
đảm bảo vận tốc cơ cấu chấp hành vì van tiết lưu nối
thông với thùng chứa nên áp suất sau van tiết lưu
coi như bằng 0. Vì vậy độ chênh áp trước và sau
van bằng áp suất trước tiết lưu.
2
3
)
..
(
x
Ac
Q
pp

Lưu lượng qua van giảm áp:
111
... pcAQ
x

độ chênh áp trước và sau van giảm áp:

321
ppp

Phương trình cân bằng lực:
0
4
.
.
2
3 lx
F
D
p
;
2
3
.
4
.
D
Fp
lx
=>
4
.
.
2
3
D
pF

lx

Tải trọng tác dụng lên pít tông của xylanh lực biến thiên gây nên độ biến thiên áp
suất p
2
trong khoang bên phải của xylanh, áp suất p
2
biến thiên theo tốc độ biến thiên của
tải trọng,
1. Kết quả
Một số hình ảnh thực tế về mô hình:

Hình 4: Sơ đồ tính toán van tiết lưu
P
2
, Q
2
Flx
P
3
l

Hình5 :Sơ đồ tính toán van giảm áp
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
26


Hình 7: Kết cấu của bộ ổn tốc thiết kế
Mô hình chế tạo mang tính chất thí nghiệm, minh họa cho những tính toán lý thuyết
đã nghiên cứu, tuy nhiên nó phản ánh được nguyên lý của các hệ thống thủy lực dùng

trong công nghiệp. Vận hành mô hình, với các mức gây tải khác nhau lên cơ cấu chấp hành
1
2
6
5
4
3
Hình 6: hình ảnh mô hình thực tế
1:bộ ổn tốc;1-áp kế;3-giá tải trọng;4-lò xo;5-bơm;6-động cơ
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
27
ở độ mở 50% của van tiết lưu, sau khi xử lý số liệu theo nguyên tắc thống kê, thu được kết
quả như bảng sau:
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên mô hình
Tải trọng (kG) Vận tốc trung bình (mm/s)
0 14.54404
1.6 13.51881
3.2 12.97511
4.8 12.65823
6.4 12.36656
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
0 1 2 3 4 5 6 7
FL(kG)
V(mm/s)

Hình 8: vận tốc cơ cấu chấp hành theo tải trọng
Nhận xét kết quả thí nghiệm: dựa vào kết quả thí nghiệm cho thấy, tốc độ cơ cấu
chấp hành giảm nhẹ khi tăng tải trọng. Điều đó được giải thích vì kết cấu mô hình còn đơn
giản, bị giới hạn bởi khả năng công nghệ chế tạo, Trong quá trình vận hành thiết bị dầu bị
nóng làm tăng tổn thất lưu lượng.
Để tiếp tục nâng cao độ ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành của mô hình trong thời
gian tới, nhóm sinh viên sẽ tiếp tục nghiên cứu nâng cao chất lượng của bộ ổn tốc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi...“Thuỷ lực và máy thuỷ lực - tập II” NXB Đại học và
Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội - 1972.
[2] Nguyễn Văn May. “Bơm, quạt, máy nén”. NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội – 2007.
[3] Hoàng Thị Bích Ngọc. “Máy thủy lực thể tích”. NXB KH&KT. Hà Nội -2000.
[4] Hoàng Bá Chư, Trương Ngọc Tuấn. “Sổ tay thủy khí động lực học ứng dụng”. NXB
Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội – 2001.
[5] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm. “Thiết kế chi tiết máy”. NXB Giáo dục 2001.
[6] Nguyễn Trọng Hiệp. “Chi tiết máy - Tập I, II”. NXB Giáo dục 1997.
[7] Nguyễn Doãn Ý. “Ma sát mòn bôi trơn Tribology”. NXB KH&KT. Hà Nội – 2008.
[8] Trần Xuân Tùy. “ Hệ thống truyền động thủy Lực”. ĐHBK, ĐHĐN. Đà Nẵng - 2007.