Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả và các số liệu nêu trong luận văn là do bản thân tôi
thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Tiến Lƣỡng & TS. Trần Thị Thanh
Hải, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong
luận văn này là trung thực và chƣa hề đƣợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc
cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả

Lê Trí Thăng

1


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
C-

Tỷ nhiệt trung bình (J/kg.K)

V-

Thể tích chất lỏng (m3)

Q-

Lƣu lƣợng (m3/s)

N-

Công suất (W)

T -

Nhiệt độ tính theo K

q-

Lƣu lƣợng riêng

p-

Áp suất (N/m2)

-

Khối lƣợng riêng chất lỏng (kg/m3)

m -

Khối lƣợng (kg)

E0 -

Độ nhớt Engler

η-

Hiệu suất

p1:

Tổng tổn hao áp suất do trở thủy lực

p2:

Tổng tổn hao áp suất do trở quán tính

pd, p0: Tổng tổn hao áp suất do gây biến dạng dầu vào ống, trở biến dạng
C1, C2: Tổng dung kháng của dầu và ống dẫn
e-

Độ lệch tâm

α-

Góc nghiêng

k-

Hệ số không đều

ε-

Khe hở hƣớng tâm

-

Khe hở hƣớng tâm tƣơng đối

d -

Chiều dài dịch chuyển con trƣợt van phân phối

kx -

Hệ số động lực học thủy lực dòng chất lỏng chảy qua van phân phối

Fp -

Diện tích tiết diện ngang của van phân phối

Δf :

Hiệu diện tích biến đổi của con trƣợt

Δρ:

Hiệu áp tác dụng lên con trƣợt van phân phối

LHN:

Liên hệ ngƣợc

CHĐK: Chấp hành điều khiển
KĐTL: Khuếch đại thủy lực

2


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hệ truyền dẫn động cơ chuyển động quay. ............................................................ 20
Hình 1.2 : Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến ........................................................................... 20
Hình 1.3: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến ............................................................................ 20
Hình 1.4 Hệ truyền dẫn động cơ quay lắc ............................................................................. 20
Hình 1.5: Sơ đồ tổng quát truyền dẫn thủy lực ...................................................................... 23
Hình 1.6: Sơ đồ khối mạch điều khiển thủy lực .................................................................... 24
Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát tính hiệu suất thể tích và hiệu suất áp suất .................................... 30
Hình 2.1.: Ký hiệu bơm dầu................................................................................................. 34
Hình 2.2: Sơ đồ của một hệ thống thuỷ lực…………………………………………………..35
Hình 2.3: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài............................................................................... 37
Hình 2.4: Bơm bánh răng ăn khớp trong ............................................................................... 37
Hình 2.5: Sơ đồ tính toán lƣu lƣợng bơm bánh răng.............................................................. 39
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt đơn ....................................................................... 41
Hình 2.7: Một số loại bơm cánh gạt ...................................................................................... 42
Hình 2.8: Bơm cánh gạt dẫn dầu từ trong.............................................................................. 43
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt kép........................................................................ 44
Hình 2.10: Bơm pittông hƣớng kính lệch tâm ....................................................................... 46
Hình 2.11 : Bơm pittông hƣớng trục ..................................................................................... 48
Hình 2.12: Sơ đồ tính toán lƣu lƣợng của bơm dầu ............................................................... 48
Hình 2.13: Bơm pittông dãy ................................................................................................. 49
Hình 2.14: Động cơ dầu cánh gạt .......................................................................................... 52
Hình 2.15: Hộp truyền động dầu ép bằng cánh gạt ................................................................ 54
Hình 2.16: Sơ đồ tính động cơ dầu pittông hƣớng trục .......................................................... 56
Hình 2.17: Kết cấu động cơ pittông hƣớng trục .................................................................... 56
Hình 2.18: Xilanh truyền lực ................................................................................................ 57
Hình 2.19: Một số loại xilanh ............................................................................................... 57
Hình 2.20: Phƣơng pháp dẫn dầu .......................................................................................... 58
Hình 2.21: Xilanh nhiều bậc ................................................................................................. 58
Hình 2.22: Xilanh truyền lực cánh gạt .................................................................................. 59

Hình 2.23: Nguồn áp suất với bơm không điều chỉnh............................................................ 59

3


Hình 2.24: Nguồn điều chỉnh áp suất và lƣu lƣợng không đổi ............................................... 60
Hình 2.25: Sơ đồ điều chỉnh áp suất bơm không đổi ............................................................. 60
Hình 2.26: Ký hiệu sơ đồ điều khiển bơm để lƣu lƣợng không đổi........................................ 61
Hình 2.27: Điều chỉnh thủy lực để công suất bơm không đổi ................................................ 61
Hình 2.28: Van an toàn........................................................................................................... 64
Hình 2.29: Kí hiệu van tràn .................................................................................................. 64
Hình 2.30 : Van phân áp ....................................................................................................... 64
Hình 2.31: Van cản. .............................................................................................................. 65
Hình 2.32: Ký hiệu van tiết lƣu............................................................................................. 66
Hình 2.33: Van tiết lƣu điều chỉnh dọc trục .......................................................................... 66
Hình 2.34: Sơ đồ tính toán tiết diện chảy của van tiết lƣu ..................................................... 67
Hình 2.35: Van tiết lƣu điều chỉnh quanh trục....................................................................... 67
Hình 2.36: Van một chiều ..................................................................................................... 68
Hình 2.37: Van một chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn ........................................................ 69
Hình 2.38: Sơ đồ nâng hạ tải khi dùng van một chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn .............. 69
Hình 2.39: Van 2/2 ............................................................................................................... 70
Hình 2.40: Van 3/2 ............................................................................................................... 70
Hình 2.41: Sơ đồ dùng van 4/2 ............................................................................................. 70
Hình 2.42: Sơ đồ van 4/3 ...................................................................................................... 71
Hình 2.43: Van 5/3 ............................................................................................................... 71
Hình 2.44: Ký hiệu một số loại van 4/2................................................................................. 71
Hình 2.45: Ký hiệu một số loại van 4/3................................................................................. 72
Hình 2.46: Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều điều khiển trực tiếp ......................................... 72
Hình 2.47: Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều điều khiển gián tiếp ......................................... 72
Hình 2.48: Nắp điều chỉnh van bằng cơ khí .......................................................................... 73

Hình 2.49: Nắp điều khiển bằng điện từ................................................................................ 74
Hình 2.50: Nắp điều khiển bằng dầu ép ................................................................................ 75
Hình 2.51: Van tỉ lệ .............................................................................................................. 78
Hình 2.52: Cuộn cảm servo tỉ lệ ........................................................................................... 78
Hình 2.53: Van tỉ lệ lƣu lƣợng (Bosch Rexroth).................................................................... 79
Hình 2.54: Van tỉ lệ lƣu lƣợng 2 tầng.................................................................................... 79
Hình 2.55: Van tỉ lệ tăng áp (Bosch Rexroth) ....................................................................... 80
Hình 2.56 : Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con trƣợt van servo. ............................. 80

4


Hình 2.57: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van servo ............................................................ 81
Hình 2.58: Vòi phun động servo nozzle-flapper (Moog) ...................................................... 82
Hình 2.59: Sơ đồ van servo dạng ống phun jet-pipe ............................................................. 83
Hình 2.60: Sơ đồ khối của van servo dạng ống phun jet-pipe ................................................ 83
Hình 3.1: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngƣợc cơ khí theo vị trí.................... 88
Hình 3.2: Liên hệ ngƣợc cơ khí – thủy lực theo vị trí ............................................................ 88
Hình 3.3: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngƣợc điện thủy lực theo vị trí ......... 89
Hình 3.4: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngƣợc theo tải trọng......................... 89
Hình 3.5: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện - thủy lực liên hệ ngƣợc
điện theo tốc độ .................................................................................................................... 90
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn servo chuyển động quay với van servo điện - thủy lực
liên hệ ngƣợc điện theo tốc độ .............................................................................................. 90
Hình 3.7: Điều chỉnh tốc độ động cơ với liên hệ ngƣợc điện - thủy lực ................................. 91
Hình 3.8: Sơ đồ truyền dẫn chuyển động quay liên hệ ngƣợc điện thủy lực liên hệ ngƣợc theo
tốc độ với điều chỉnh lƣu lƣợng bơm. ................................................................................... 91
Hình 3.9: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện thủy lực có liên hệ ngƣợc
theo áp suất và vận tốc........................................................................................................ 101
Hình 3.10: Đồng bộ liên hệ cơ khí ........................................................................................ 92

Hình 3.11: Đồng bộ bằng kế hợp hai bơm ............................................................................ 93
Hình 3.12: Dùng 2 van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng vào 2 xilanh lực................................... 93
Hình 3.1.13: Sơ đồ đồng bộ làm việc cả hai chiều của hai xilanh lực bằng van tiết lƣu lắp trên
đƣờng ra ............................................................................................................................... 94
Hình 3.14: Đồng bộ làm việc bằng liên hệ ngƣợc cơ khí theo vị trí ....................................... 94
Hình 3.15: Đồng bộ làm việc bằng liên hệ ngƣợc điện theo vị trí hoặc tốc độ. ...................... 95
Hình 3.16: Đồng bộ làm việc nối tiếp của xilanh lực............................................................. 96
Hình 3.17: Đồng bộ làm việc của 4 xilanh lực ...................................................................... 96
Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo van trƣợt bốn mép điều khiển……………………………………97
Hình 3.19: Sơ đồ cấu tạo van trƣợt hai mép điều khiển……………………………………100
Hình 3.20: Giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống........................................................... 101
Hình 3.21: Giới hạn nhiệt sinh ra trong hệ thống ................................................................ 102
Hình 3.22: Duy trì áp suất và thay đổi lƣu lƣợng trong hệ thống ......................................... 102
Hình 3.23: Hộp truyền động bằng thủy lực ......................................................................... 103
Hình 3.24: Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công ....................................................................... 103

5


Hình 3.25: Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công ....................................... 104
Hình 3.26: Sơ đồ mạch thủy lực máy khoan bàn ................................................................. 105
Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống thuỷ lực máy phay CNC GV-503 .............................................. 106
Hình 3.28: Sơ đồ mạch thuỷ lực kẹp dao, mâm dao của máy phay CNC GV-503 ............... 107
Hình 3.29: Sơ đồ mạch thuỷ lực lên xuống của pallet ......................................................... 109
Hình 3.30: Sơ đồ thủy lực bôi trơn trục ổ bi trên máy phay CNC GV-503 .......................... 110
Hình 3.31: Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực máy ép song động thuỷ lực 100T/30T chuyển dập
vuốt điều khiển bằng PLC .................................................................................................. 111
Hình 3.32: Biểu đồ trạng thái của hệ thống ép. ................................................................... 112
Hình 3.33: Sơ đồ phân bố cơ cấu kẹp và dập phôi. .............................................................. 112
Hình 3.34: Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy tiện CNC SL-153....................................... 114

Hình 3.35: Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy DECKEL MAHO ....................................... 115

6


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Các loại đƣờng nét và quy ƣớc mã màu trong mạch thủy lực. .................... 31
Bảng 2.1. Những hƣ hỏng và nguyên nhân trong cơ cấu chấp hành ........................... 61
Bảng 2.2. Ký hiệu cửa nối van. .................................................................................. 69
Bảng 2.3. Ký hiệu phƣơng tiện điều khiển van. ......................................................... 69
Bảng 2.4. Những điểm khác nhau chính giữa van servo và van tỉ lệ. .......................... 77
Bảng 2.5. Những hƣ hỏng và nguyên nhân trong van áp suất và van đảo chiều. ......... 84

7


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời gian nghiên cứu thực hiện và hoàn thành đề tài tốt nghiệp, ngoài sự
nỗ lực của bản thân tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân, tập
thể trong và ngoài trƣờng.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Tiến Lưỡng, TS. Trần Thị Thanh Hải
Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội những ngƣời đã hƣớng dẫn và giúp
đỡ tận tình từ định hƣớng đến quá trình thực hiện hoàn chỉnh luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong Trƣờng Đại
Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo Viện Cơ Khí, đã hƣớng dẫn và tạo mọi
điều kiện cho tôi làm tốt luận văn.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên luận
văn khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn. Tôi rất mong các thầy cô cùng bạn
bè chỉ bảo thêm để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn !
Ngƣời thực hiện

Lê Trí Thăng

8


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... 2
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................................. 7
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 8
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 9
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 13
CHƢƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC.......................................... 17
1.1.

TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ....................................................................... 17

1.1.1.

Sơ lƣợc về sự phát triển ........................................................................................... 17

1.1.2.

Phân loại máy .......................................................................................................... 18

1.2.

CƠ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC................................................................. 19

1.2.1.

Khái quát chung về truyền dẫn thủy lực. .................................................................. 19

1.2.2.

Nguyên lý hoạt động. ............................................................................................... 22

1.2.3.

Mạch động lực và mạch điều khiển trong truyền dẫn thủy lực. ................................. 23

1.2.3.1. Mạch động lực ......................................................................................................... 23
1.2.3.2. Mạch điều khiển ...................................................................................................... 24
1.2.4.

Cơ sở về truyền dẫn thủy lực. ................................................................................... 25

1.2.4.1. Thế năng .................................................................................................................. 25
1.2.4.2. Động năng ............................................................................................................... 26
1.2.4.3. Dƣới dạng nhiệt ....................................................................................................... 26
1.2.4.5. Một số nhân tố ảnh hƣởng đến độ nhớt và khả năng làm việc của chất lỏng, chất lỏng
Newton, dầu khoáng ............................................................................................................. 26
1.2.4.6. Các vấn đề về lựa chọn dầu bôi trơn......................................................................... 28
1.2.4.7. Hiệu suất trong hệ thống truyền dẫn dầu ép .............................................................. 28
1.2.5.

Mã mầu quy ƣớc trong mạch truyền dẫn thủy lực (tiêu chuẩn ISO) .......................... 30

1.2.6.

Kết luận ................................................................................................................... 33

CHƢƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG .............. 34
2.1. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG. .......................................................................... 34
2.1.1

Bơm dầu. ................................................................................................................. 34

2.1.1.1. Nguyên lý hoạt động của bơm.................................................................................. 34
2.1.1.2. Điều khiển bơm và các hệ thống .............................................................................. 35

9


2.1.1.3. Hiện tƣợng lọt khí và sủi bọt bóng trong bơm. ......................................................... 36
2.1.2.

Các loại bơm thủy lực .............................................................................................. 37

2.1.2.1. Bơm bánh răng ........................................................................................................ 37
2.1.2.2. Bơm cánh gạt ........................................................................................................... 40
2.1.2.3. Bơm piston .............................................................................................................. 45
2.1.3.

Động cơ dầu ............................................................................................................ 50

2.1.3.1. Động cơ bánh răng ................................................................................................... 51
2.1.3.2. Động cơ dầu cánh gạt............................................................................................... 51
2.1.3.3. Động cơ pittông ....................................................................................................... 55
2.1.4.

Xilanh truyền lực ..................................................................................................... 57

2.1.4.1. Xilanh truyền lực đơn giản ....................................................................................... 57
2.1.4.2. Xilanh truyền lực vi sai ............................................................................................ 58
2.1.4.3. Xilanh truyền lực cánh gạt ....................................................................................... 59
2.1.5.

Điều chỉnh bơm và sơ đồ điều chỉnh ........................................................................ 59

2.1.5.1. Điều chỉnh bơm ....................................................................................................... 59
2.1.5.2. Một số sơ đồ điều chỉnh và ổn định áp suất, lƣu lƣợng bơm ..................................... 60
2.1.7.

Hiện tƣợng hƣ hỏng và các nguyên nhân xảy ra ....................................................... 61

2.2.

CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN, ĐIỀU CHỈNH .................................................................. 63

2.2.1.

Cơ cấu chỉnh áp ....................................................................................................... 63

2.2.1.1 . Van an toàn............................................................................................................ 64
2.2.1.2 . Van tràn ................................................................................................................. 64

2.2.1.3 . Van phân áp ........................................................................................................... 64
2.2.1.4 . Van cản................................................................................................................. 65
2.2.2.

Cơ cấu chỉnh lƣu ...................................................................................................... 65

2.2.2.1. Van tiết lƣu điều chỉnh dọc trục ............................................................................... 66
2.2.2.2. Van tiết lƣu điều chỉnh quanh trục ........................................................................... 67
2.2.3.

Cơ cấu dẫn hƣớng .................................................................................................... 68

2.2.3.1. Van một chiều.......................................................................................................... 68
2.2.3.2. Van đảo chiều .......................................................................................................... 69
2.2.4.

Van tỉ lệ và van servo............................................................................................... 76

2.2.4.1 Van tỉ lệ .................................................................................................................... 77
2.2.4.2. Van Servo ................................................................................................................ 80
2.2.5.

Hiện tƣợng hƣ hỏng và các nguyên nhân xảy ra. ...................................................... 83

10


2.2.6.

Các thiết bị phụ dùng trong hệ thống thuỷ lực .......................................................... 84

2.2.6.1. Bể chứa ................................................................................................................... 84
2.2.6.2. Thiết bị làm nguội.................................................................................................... 85
2.2.6.3. Bộ lọc ...................................................................................................................... 85
2.2.6.4. Đồng hồ đo áp ......................................................................................................... 85
2.2.6.5. Ống dẫn, ống nối, tấm nối. ....................................................................................... 85
2.2.6.6. Vòng chắn ............................................................................................................... 86
2.2.6.7. Rơle áp suất ............................................................................................................. 86
2.2.7.

Kết luận ................................................................................................................... 87

CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG CÁC PHẦN TỬ THUỶ LỰC TRONG MÁY CÔNG CỤ . 88
3.1.

LIÊN HỆ NGƢỢC VÀ ĐỒNG BỘ HÓA ĐIỀU KHIỂN. ........................................ 88

3.1.1.

Cơ cấu điều khiển có liên hệ ngƣợc .......................................................................... 88

3.1.1.1. Liên hệ ngƣợc theo vị trí .......................................................................................... 88
3.1.1.2. Liên hệ ngƣợc theo tải trọng .................................................................................... 89
3.1.1.3. Liên hệ ngƣợc theo tốc độ ........................................................................................ 90
3.1.1.4. Liên hệ ngƣợc theo công suất ................................................................................... 92
3.1.2.

Đồng bộ làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành ......................................................... 92

3.1.2.1. Đồng bộ hóa dùng liên hệ cơ khí .............................................................................. 92

3.1.2.2. Đồng bộ bằng kết hợp hai bơm ................................................................................ 92
3.1.2.3. Đồng bộ dùng tiết lƣu .............................................................................................. 93
3.1.2.4. Đồng bộ nhờ liên hệ ngƣợc cơ khí theo vị trí............................................................ 94
3.1.2.5. Đồng bộ liên hệ ngƣợc điện ..................................................................................... 95
3.1.2.6. Đồng bộ nối tiếp của nhiều xilanh lực ...................................................................... 96
3.2. PHƢƠNG TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG BỘ KHUẾCH ĐẠI THỦY LỰC VỚI LIÊN HỆ
NGƢỢC THEO DỊCH CHUYỂN VAN PHÂN PHỐI………………………………………97
3.2.1. Với con trƣợt bốn mép điều khiển…………………………………………….............97
3.2.2. Với con trƣợt hai mép điều khiển…………………………………………………….100
3.3.

MỘT SỐ MẠCH THỦY LỰC CƠ BẢN ............................................................... 101

3.3.1.

Mạch giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống....................................................... 101

3.3.2.

Mạch giới hạn nhiệt sinh ra trong hệ thống ............................................................ 101

3.3.3.

Mạch duy trì áp suất và thay đổi lƣu lƣợng ............................................................ 102

3.3.4.

Kẹp chặt chi tiết gia công ....................................................................................... 103

3.4.

ỨNG DỤNG CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG MÁY CÔNG CỤ ................ 105

11


3.4.1.

Mạch thủy lực dùng trong máy khoan bàn .............................................................. 105

3.4.2.

Mạch thuỷ lực trong máy phay CNC GV-503 ........................................................ 106

3.4.3.

Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực máy ép song động thủy lực 100T/30T chuyển dập

vuốt điều khiển bằng PLC .................................................................................................. 111
3.4.4.

Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy tiện CNC SL-153............................................ 114

3.4.5.

Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy phay CNC DECKEL MAHO .......................... 115

3.5.

Kết luận ................................................................................................................. 116

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................ 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 119

12


PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong xu thế hội nhập hóa toàn cầu, dƣới sự phát triển của khoa học kỹ
thuật và công nghệ, mức độ tự động hóa quá trình sản xuất cũng nhƣ các máy móc,
thiết bị đã ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong mọi hoạt động đời
sống. Sự kết hợp giữa các phƣơng tiện truyền động nhƣ điện, điện tử, cơ khí, thủy lực,
khí nén ngày càng có hiệu quả và đã đƣợc ứng dụng phổ biến. Đặc biệt là truyền động
thủy lực trong lĩnh vực máy công cụ. Truyền động thủy lực là một tiến bộ khoa học kỹ
thuật đƣợc áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm trở lại đây trong nhiều ngành chế tạo
máy, nhất là trong chế tạo máy công cụ. Máy công cụ đã có sự phát triển vƣợt bậc cả
về chủng loại, số lƣợng, tính năng và hiệu quả sử dụng của nó. Việc ứng dụng truyền
động thủy lực ngày càng nhiều trên các máy công cụ nhƣ vậy vì nó có nhiều ƣu điểm
hơn các kiểu truyền động khác, tuy nhiên để khai thác hết các ƣu điểm ngoài việc yêu
cầu phải có ngành chế tạo máy tiên tiến, chúng đòi hỏi phải có chế độ bảo dƣỡng,
chăm sóc kỹ thuật hợp lý, cũng nhƣ sự am hiểu và phối hợp của từng cụm thiết bị.
Trong hệ thống thủy lực các cụm chi tiết có vai trò cực kỳ quan trọng với cả hệ thống,
một cụm làm việc kém hiệu quả cũng đủ làm giảm rất lớn hiệu suất của máy, thậm chí
còn có thể làm máy dừng hoạt động.
Nhờ những tính năng ƣu việt riêng của mình, hệ thống thủy lực đã góp phần
đáng kể trong tự động hóa và có mặt trong hầu hết các máy công cụ hiện nay. Điều
này đƣợc hiện rõ trong truyền dẫn vô cấp về tốc độ, vô cấp về tải trọng, điều khiển quá
trình…
Hầu hết tất cả các máy công cụ nói chung đều phải đảm bảo các yêu cầu cần thiết
về môi trƣờng, an toàn, độ tin cậy, tuổi thọ và các thiết bị xung quanh, giảm giá thành

chế tạo, bảo trì và nâng cao năng suất. Vì lẽ đó mỗi bộ phận hay phần tử cấu thành hệ
thống truyền dẫn, điều khiển đều phải thể hiện đƣợc nhiệm vụ nhất định. Dù đơn giản
hay phức tạp thì trong nó luôn tồn tại hai dòng năng lƣợng cho mạch động lực và mạch
điều khiển. Để điều khiển hoạt động của hệ thống thủy lực theo mục đích định trƣớc
thì có rất nhiều phƣơng án, phƣơng án đƣợc sử dụng rộng rãi nhất là sử dụng các phần
tử tham gia điều khiển điều chỉnh: cơ cấu điều chỉnh áp suất, cơ cấu điều chỉnh lƣu
lƣợng và cơ cấu điều chỉnh hƣớng. Chính việc hiểu rõ tính năng, công dụng, ƣu nhƣợc
13


điểm của các cơ cấu điều chỉnh này giúp cho ngƣời thiết kế, vận hành, sửa chữa các
máy móc trang thiết bị sẽ hoạt động chính xác hơn, tin cậy hơn và năng suất hơn.
Qua các thông số xác định đƣợc trong quá trình nghiên cứu, ta có thể xác định
đƣợc thời gian làm việc, định ra các nguyên tắc khai thác kỹ thuật hợp lý hay đánh giá
chất lƣợng chung cho các cụm máy nói riêng cũng nhƣ toàn bộ hệ thống thủy lực nói
chung. Bên cạnh đó công tác nghiên cứu còn cung cấp những số liệu rất thực tiễn hết
sức quan trọng và chỉ ra các biện pháp công nghệ hợp lý trong công tác chế tạo mới.
Mạch điều khiển nói chung hay mạch điều khiển thủy lực nói riêng bao giờ cũng
có những thông số tác động để tạo nên sự điều khiển đó là các thông số đầu vào, và
các đối tƣợng chịu tác động điều khiển đó là đầu ra. Từ đó, nghiên cứu các phần tử
thủy lực một cách tổng hợp để có thể miêu tả hệ thống điều khiển dƣới dạng toán học.
Nhằm xây dựng phƣơng án tối ƣu cho hệ thống điều khiển thủy lực không những chỉ
cho máy công cụ mà còn áp dụng trong các lĩnh vực tự động hóa khác.
Xuất phát từ những nhu cầu thiết thực trên tôi đã chọn và thực hiện đề tài luận
văn: “Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ” làm đề tài luận văn
tốt nghiệp cao học của mình.
Mục đích nghiên cứu:
- Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển thủy lực trong máy công cụ
- Tìm hiểu cơ sở truyền dẫn thủy lực cấu trúc tổng quát về mạch động lực và
mạch điều khiển dùng thủy lực.

- Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng trong hệ thống điều
khiển thủy lực: Cơ cấu biến đổi năng lƣợng, cơ cấu điều khiển, điều chỉnh.
- Nghiên cứu các vấn đề về tự động điều chỉnh bơm, điều chỉnh động cơ đảm bảo
áp suất, lƣu lƣợng không đổi và đồng bộ hóa làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành
nhƣ: đồng bộ liên hệ ngƣợc cơ khí, liên hệ ngƣợc điện, đồng bộ bằng tiết lƣu…nhằm
đƣa ra sơ đồ điều chỉnh thích hợp.
- Nghiên cứu về cơ cấu điều khiển, điều chỉnh của các loại van chỉnh áp, chỉnh
lƣu lƣợng và chỉnh hƣớng thông qua sự nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế
tạo nhƣ khe hở hƣớng tâm, chuyển động dọc trục,… ảnh hƣởng đến độ nhạy điều
khiển của van.
- Nghiên cứu về tính năng ứng dụng của các phần tử thủy lực trong máy công cụ
14


thông qua phân tích các sơ đồ thủy lực, từ đó chỉ ra ƣu, nhƣợc điểm của hệ truyền dẫn
thủy lực.
- Nghiên cứu những vấn đề hƣ hỏng, sự cố thƣờng xảy ra đối với các phần tử
thủy lực trong hệ dẫn động.
Đối tượng nghiên cứu:
- Cơ cấu biến đổi năng lƣợng trong hệ thống điều khiển thủy lực.
- Phần tử chức năng điều khiển trong hệ thống điều khiển thủy lực.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu các phần tử thủy lực, cơ cấu chấp hành và cơ cấu điều khiển trong
hệ thống thủy lực.
- Khảo sát các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng với cơ cấu điều khiển,
điều chỉnh.
- Xây dựng hệ thống ứng dụng và tính ƣu việt của các phần tử thủy lực trong máy
công cụ thông qua các sơ đồ thủy lực.
- Nghiên cứu các vấn đề sự cố hƣ hỏng quan trọng thƣờng hay xảy ra trong hệ
thống điều khiển thủy lực.

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với xây dựng khảo sát
trên mô hình thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết bắt đầu từ quan sát hiện tƣợng và mô
tả bằng mô hình cơ học, vật lý và toán học. Nghiên cứu bằng thực nghiệm dùng để
kiểm tra lại các kết quả từ lý thuyết, bổ sung và làm cơ cở cho lý thuyết trong việc
nghiên cứu kết quả trên mô hình toán.
Với đề tài: “Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ”. Tác giả
đã hoàn thành đƣợc đề tài và đạt đƣợc kết quả sau:
- Đƣa ra cách nhìn tổng quan về hệ truyền dẫn thủy lực thông qua việc khái quát
mạch động lực và mạch điều khiển.
- Chỉ ra các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng: các cơ cấu biến đổi năng
lƣợng, vấn đề tự điều chỉnh bơm và động cơ, sơ đồ điều chỉnh chung.
- Chỉ ra các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng: cơ cấu điều khiển, điều
chỉnh của các loại van chỉnh áp, chỉnh lƣu lƣợng và chỉnh hƣớng.
- Xác định rõ vai trò, ứng dụng cũng nhƣ tính ƣu việt của các phần tử thủy lực
thông qua việc khảo sát, phân tích các mạch thủy lực cơ bản của những máy công cụ
15


phổ biến nhƣ máy cắt kim loại (máy vạn năng, điều khiển số), máy đột dập…
- Kinh nghiệm chẩn đoán, khắc phục và sửa chữa những hƣ hỏng thƣờng xẩy ra
đối với các phần tử thủy lực trong hệ dẫn động.
Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế về năng lực cũng nhƣ thời gian thực hiện nên đề
tài không tránh khỏi những sai sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo, các
nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

16


CHƢƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC
1.1.

TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ

1.1.1. Sơ lƣợc về sự phát triển
Máy công cụ cắt gọt kim loại là trang thiết bị chủ yếu dùng trong các nhà máy,
phân xƣởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết của máy móc, khí cụ, các dụng cụ, các sản
phẩm dùng trong sản xuất và đời sống. Máy công cụ có lịch sử phát triển lâu dài gắn
liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Vào khoảng năm 1200 kỉ nguyên trƣớc,
ngƣời ta đã khai quật đƣợc một chậu cây đƣợc cho rằng đã đƣợc gia công bằng máy
tiện. Kỹ thuật của máy tiện vào thời gian đó cũng đã đƣợc mở rộng tới châu Âu và
vùng cận đông. Nói chính xác hơn về sự phát triển của máy công cụ, là từ thế kỉ 14, do
sự cần thiết phải gia công chính xác bằng phát minh về đồng hồ máy đầu tiên ở thế kỉ
14. Tuy nhiên, đồng hồ máy là đối tƣợng nhỏ, sự xuất hiện của đối tƣợng máy công cụ
tƣơng đối lớn là phát minh ra máy chạy bằng hơi nƣớc vào thế kỉ 18, mở ra thời đại
gia công độ chính xác cao bằng piston và xi lanh. Khi nhiều máy chính xác hơn ra đời,
hệ thống sản xuất hàng loạt nhanh chóng đƣợc nền công nghiệp chấp nhận và đƣa vào
để sản xuất một số lƣợng lớn các chi tiết giống hệt nhau. Ở nửa sau thế kỉ 19, một
lƣợng lớn các máy công cụ ra đời dùng trong hoạt động gia công kim loại nhƣ máy
cắt, máy khoan, máy cán, máy mài. Cùng với nó, các công nghệ điều khiển bằng thuỷ
lực, khí nén, bằng điện cũng đƣợc phát triển, điều khiển chuyển động đòi hỏi sự chính
xác trở nên dễ dàng hơn. Năm 1947 John Parsons, Parsons Corporation, ở thành phố
Traverse, bang Michigan đã bắt đầu nghiên cứu với ý tƣởng về một chiếc máy công cụ
có thể thao tác ở mọi góc độ, sử dụng dữ liệu số để điều khiển chuyển động của máy
và tới năm 1952, họ đã thành công với chiếc máy có đầu cắt chuyển động 3 chiều. Rất
nhanh sau đó, hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đều cho ra các máy NC. Từ đây
NC đƣợc cải tiến nhanh chóng trong công nghiệp điện tử để phát triển các sản phẩm
mới. Các bộ điều khiển trở nên nhỏ hơn, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn. Sự phát triển của
các máy công cụ, các bộ điều khiển khiến cho chúng đƣợc sử dụng nhiều hơn. Cho tới
năm 1976, những máy NC điều khiển hoàn toàn tự động theo chƣơng trình mà các
thông tin viết dƣới dạng số đã đƣợc sử dụng rộng rãi. Cũng vào năm đó, ngƣời ta đã

đƣa một máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều

17


khiển và mở rộng bộ nhớ của máy, các máy này đƣợc gọi là các máy CNC (Computer
Numerical Control). Với phát minh ra máy tính vào nửa đầu thế kỉ 20, việc điều khiển
tự động hoá máy công cụ có thêm bƣớc tiến mới. Ngày nay số lƣợng chủng loại và
mức độ hiện đại hóa của máy càng gia tăng do đƣợc ứng dụng những thành tựu tiên
tiến nhất của tin học, vì vậy năng suất lao động ngày càng tăng, góp phần đáng kể vào
sự phát triển của nền kinh tế đất nƣớc, đáp ứng nhu cầu của xã hội. Có thể tóm tắt quá
trình phát triển của máy công cụ theo sơ đồ sau:
Cơ khí thủ

Cơ khí

công

hóa

→ Máy tự động cứng dùng cam.
→ Dây chuyền tự động cứng.
→ 1950 máy công cụ điều khiển theo

Làm việc

Làm việc

chƣơng trình số (NC-M).

bằng tay

bằng máy

→ 1970 máy công cụ điều khiển theo
chƣơng trình số có sự trợ giúp của
máy tính.
→ Trung tâm gia công CNC.
→ Dây chuyền sản xuất linh hoạt và
tích hợp (FMS & CIM)
(Dùng cho dạng sản xuất loạt nhỏ)

1.1.2. Phân loại máy
Có nhiều cách phân loại máy công cụ:
-Theo mức độ phạm vi sử dụng: có máy vạn năng, máy chuyên môn hóa, máy
chuyên dùng, máy tổ hợp. Mức vạn năng ở đây chỉ có giới hạn trong phạm vi công
nghệ, đối tƣợng gia công ví dụ tiện ren vít vạn năng, phay vạn năng…, có thể vạn năng
rộng làm nhiều việc nhƣ tiện, khoan, mài… nhƣ máy 1A95 có thể tiện, khoan, phay
- Theo mức độ tự động hóa: có máy bán tự động, máy tự động.
- Theo cấp chính xác: có cấp chính xác thƣờng, cao và đặc biệt cao.
- Theo trọng lƣợng: loại nhẹ có trọng lƣợng 1 tấn, loại trung bình tới 10 tấn, loại
nặng từ 10 đến 30 tấn, máy hạng nặng từ 30 đến 100 tấn, loại cực nặng hơn 100 tấn
(máy tiện đứng cực nặng có trọng lƣợng tới 1600 tấn)
Ngày nay các máy công cụ đã đƣợc cải tiến đáng kể cả về kiểu dáng và chức

18


năng, nhằm thực hiện các vấn đề về sản xuất hàng loạt, nâng cao năng suất và chất
lƣợng sản phẩm. Vì vậy vấn đề về tự động hóa và cơ khí hóa cũng phải luôn đƣợc

nghiên cứu và cải tiến kịp thời. Đặc biệt là vấn đề về truyền dẫn thủy lực trong máy
công cụ.
1.2.

CƠ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC.

1.2.1. Khái quát chung về truyền dẫn thủy lực.
Truyền dẫn thủy lực là tổ hợp các cơ cấu thủy lực, dùng môi trƣờng chất lỏng
làm trung gian để truyền các cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong
đó có thể biến đổi vận tốc, lực, mômen và biến đổi dạng theo quy luật của chuyển
động. Truyền dẫn thủy lực phù hợp với việc truyền công suất lớn, đặc điểm êm dịu, ổn
định và dễ tự động hóa mà các truyền động khác không có. Hệ truyền dẫn thủy lực
đƣợc phân làm hệ truyền dẫn thủy lực dạng động lực và hệ truyền dẫn thủy lực dạng
thể tích.
- Hệ truyền dẫn thủy lực dạng động lực: Làm việc dựa trên việc điều khiển
động năng của dòng chất lỏng.
- Hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích: Làm việc dựa trên việc điều khiển thế
năng của dòng chất lỏng. Hay chính là lƣu lƣợng của dòng chất lƣu. Vì vậy đƣợc gọi là
hệ truyền dẫn thủy khí dạng thể tích.
Hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích bao gồm: Thiết bị truyền động, thiết bị
điều khiển, thiết bị phụ trợ và đƣờng ống dẫn.
Thiết bị truyền động: Máy bơm dạng thể tích, động cơ thủy lực dạng thể tích,
bình tích thủy lực,
Thiết bị điều khiển: Van phân phối, van điều áp, van điều tích, bộ khuếch đại
thủy lực.
Thiết bị phụ trợ gồm: Bình chứa, rơle thủy lực, thiết bị lọc, thiết bị bít kín,…
Đƣờng ống dẫn: Dùng để dẫn chất lỏng trong quá trình vận hành hệ truyền dẫn
thủy lực dạng thể tích. Các dạng ống ( ống cứng, ống mềm, ống nối, …) dựa trên công
dụng và vị trí lắp ống đƣợc đặt tên: đƣờng ống hút, đƣờng ống nén, đƣờng ống thoát,
đƣờng ống xả, đƣờng ống tín hiệu.

Dựa trên cấu trúc và đặc tính các bộ phận, các thành phần tham gia vào hệ truyền
dẫn. Hệ truyền dẫn dạng thể tích phân loại nhƣ sau:
19


 Dựa trên đặc tính chuyển động cơ cấu làm việc của động cơ phân ra:
Hệ truyền dẫn - động cơ chuyển động quay: Động cơ là motor thủy lực, dẫn động
trục quay không giới hạn (hình 1.1)

Hình 1.1: Hệ truyền dẫn động cơ chuyển động quay.

Hệ truyền dẫn - động cơ tính tiến: Động cơ là xilanh thủy lực có khả năng
chuyển động tịnh tiến khứ hồi (hình 1.2 và hình 1.3).

Hình 1.2: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến

Hình 1.3: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến

Hệ truyền dẫn - động cơ quay lắc: Động cơ là các động cơ quay lắc, dẫn động
trục thực hiện quay khứ hồi một góc giới hạn, thƣờng là nhỏ hơn 360 0 (hình 1.4).

Hình 1.4: Hệ truyền dẫn động cơ quay lắc

20


 Dựa trên khả năng điều khiển phân ra: hệ truyền dẫn điều khiển và hệ
truyền dẫn không điều khiển.
Hệ truyền dẫn điều khiển: Là hệ mà trong quá trình vận hành vận tốc của cơ cấu
làm việc (cơ cấu chấp hành) có thể thay đổi theo yêu cầu. Để thay đổi vận tốc cơ cấu

chấp hành cần phải thay đổi lƣu lƣợng dòng chất lỏng.
Dựa trên các cách thay đổi lƣu lƣợng chất lỏng, hệ truyền dẫn điều khiển phân ra:
điều khiển dạng van tiết lƣu (hình 1.2 và hình 1.3), điều khiển dạng thể tích (sử dụng
máy bơm, động cơ có khả năng thay đổi thể tích làm việc – cũng chính là lƣu lƣợng
riêng) (hình 1.1), điều khiển dạng kết hợp van tiết lƣu – thể tích , điều khiển vận tốc
dộng cơ dẫn động máy bơm thủy lực.
Dựa trên đặc tính điều khiển hệ truyền dẫn điều khiển cũng có thể phân ra: điều
khiển bằng tay, điều khiển tự động.
Dựa vào yêu cầu nhiệm vụ điều khiển phân ra: điều khiển ổn định, điều khiển
tuần tự, điều khiển lập trình.
Hệ truyền dẫn không điều khiển: là hệ trong quá trình vận hành không thể thay
đổi vận tốc cơ cấu làm việc.
 Dựa vào sơ đồ tuần hoàn chất lỏng phân ra:
Hệ truyền dẫn mạch kín (hình 1.1): Trong đó chất lỏng từ động cơ thoát ra đƣợc
dẫn vào cửa hút của máy bơm. Hệ truyền dẫn mạch kín có ƣu điểm nhỏ gọn, có khối
lƣợng không lớn, trục quay máy bơm có thể đạt đƣợc tần số lớn mà không xuất hiện
sủi bọt bóng. Nhƣợc điểm hệ này đó là làm nguội chất lỏng kém, và phải tháo toàn bộ
chất lỏng ra khi sửa chữa.
Hệ truyền dẫn mạch hở (hình 1.2; 1.3; 1.4): Trong đó chất lỏng đƣợc cung cấp từ
bình chứa hoặc trực tiếp từ ngoài khí quyển. Ƣu điểm: làm nguội, và lọc chất lỏng tốt.
Nhƣợc điểm: cồng kềnh, khối lƣợng lớn, tần số trục máy bơm giới hạn.
 Dựa vào nguồn cung cấp chất lỏng cho hệ truyền dẫn phân ra:
Hệ truyền dẫn dùng máy bơm: chất lỏng đổ vào động cơ đƣợc cấp từ máy bơm.
Máy bơm này tham gia vào thành phần hệ truyền dẫn.
Hệ truyền dẫn dùng bình tích: chất lỏng đổ vào động cơ đƣợc cấp từ bình tích.
Bình tích duy trì áp suất từ một nguồn bên ngoài, nguồn này không tham gia vào thành

21

phần hệ truyền dẫn.
Hệ truyền dẫn dùng mạng lƣới: chất lỏng đổ vào động cơ đƣợc cấp từ mạng lƣới
chuyên dụng, mạng lƣới này không tham gia vào thành phần của hệ truyền dẫn.
 Dựa vào loại dẫn động của động cơ thủy lực: Hệ truyền dẫn tới máy phát
điện, hệ truyền dẫn tới Tubin.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3

Hình 1.4

Trong đó: 1- máy bơm; 2- động cơ; 3- ống dẫn; 4a-van an toàn; 4b- van tràn; 5van phân phối; 6-van tiết lƣu; 7- van một chiều; 8- bộ lọc dầu; 9- thùng chứa; 10- bộ
làm mát dầu; 11- đồng hồ đo áp suất.
Hệ truyền dẫn hoạt động dựa trên định luật Pascan: Sự thay đổi áp suất tại một
điểm tĩnh bất kỳ trong hệ chất lỏng mà không làm thay đổi trạng thái cân bằng của nó
đƣợc truyền đi nguyên vẹn tới tất cả các điểm còn lại trong hệ đó.
Máy bơm 1 cung bơm chất lỏng theo đƣờng ống 3, qua van phân phối 5 tới động
cơ thủy lực. Van phân phối 5 có 2 vị trí tƣơng ứng với quá trình làm việc có tải và
không tải của động cơ. Chất lỏng thoát ra từ máy bơm đƣợc đổ vào thùng chứa 9 (đối

22


với mạch hở) hoặc đổ vào cửa hút của máy bơm (đối với mạch kín). Trong thùng chứa
chất lỏng đƣợc làm nguội và lại quay trở lại hệ truyền dẫn. Bộ lọc 8 dùng để lọc cặn
bẩn trong chất lỏng đảm bảo độ tin cậy làm việc của hệ.

Điều khiển vận tốc cơ cấu làm việc của động cơ : sử dụng mạch dạng van tiết lƣu
hoặc mạch thể tích. Khi điều khiển bằng van tiết lƣu, trong mạch lắp đặt máy bơm cố định
( máy bơm không điều chỉnh), điều chỉnh vận tốc cơ cấu làm việc thông qua điều chỉnh
lƣu lƣợng qua van 6. Khi điều khiển thể tích vận tốc cơ cấu chấp hành của động điều
chỉnh thông qua điều chỉnh lƣu lƣợng của máy bơm hoặc lƣu lƣợng motor thủy lực.
Bảo vệ hệ truyền dẫn sử dụng van an toàn 4a và van tràn 4b. Kiểm tra áp suất
bằng đồng hồ đo 11.
Trong hệ truyền dẫn không thể tránh khỏi rò rỉ. Đối với hệ truyền dẫn mạch kín
để đảm bảo vận hành cần bộ phận bù rò rỉ - hệ máy bơm 1a ( hình 1.1)
1.2.3. Mạch động lực và mạch điều khiển trong truyền dẫn thủy lực.
Mỗi bộ phận hay phần tử cấu thành hệ thống truyền dẫn đều phải thể hiện nhiệm
vụ nhất định. Trong đó luôn tồn tại hai dòng năng lƣợng cho mạch động lực và mạch
điều khiển. Hình 1.5 giới thiệu tổng quát sơ đồ truyền dẫn thủy lực.

Hình 1.5: Sơ đồ tổng quát truyền dẫn thủy lực
1. Trung tâm xử lý điều khiển

2. Động cơ điện

3. Bơm dầu hoặc động cơ dầu

4. Cơ cấu điều khiển điều chỉnh

5. Động cơ dầu chuyển động quay

6. Động cơ dầu chuyển động thẳng

7. Cơ cấu chấp hành trong trƣờng hợp

8. Cảm biến

chuyển động quay hoặc thẳng

9. Liên hệ ngƣợc

1.2.3.1. Mạch động lực
Xuất phát từ động cơ điện 2 quay (cơ năng), bơm dầu (hoặc động cơ dầu) 3 tạo ra

23


năng lƣợng của chất lỏng dƣới dạng áp suất (thế năng) truyền qua đƣờng ống thông
qua cơ cấu điều khiển, điều chỉnh 4 tới động cơ chuyển động quay 5 (cơ năng), rồi tới
cơ cấu chấp hành 7 nhƣ quay trục chính, quay bàn máy, quay đầu vặn vít … ; hoặc tới
động cơ chuyển động thẳng (piston, xilanh) mang cơ cấu chấp hành 7 nhƣ bàn dao,
bàn máy…; hoặc cơ cấu chấp hành nhận đồng thời cả hai chuyển động thẳng và
chuyển động quay bằng năng lƣợng chất lỏng…
Đặc trƣng về kỹ thuật cho các cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền dẫn phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
- Về động học: Tốc độ nmin  nmax (đối với chuyển động quay) hoặc vmin  vmax
(đối với chuyển động thẳng).
- Về động lực học: Tải trọng lớn nhất Pmax cho chuyển động thẳng. Mômen
truyền Mx cho chuyển động quay hoặc công suất truyền động N.
- Về mức độ tự động hóa: chủ yếu do hệ thống điều khiển quyết định.
1.2.3.2. Mạch điều khiển
Mạch điều khiển phải đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của các cơ cấu
chấp hành về động học, động lực học cũng nhƣ chế độ làm việc kể đến mức độ tự
động của toàn hệ thống.
Tín hiệu X đầu vào qua trung tâm xử lý điều khiển 1 đến các cơ cấu hoặc bộ
phận chấp hành điều khiển (đơn lẻ hoặc kết hợp điều khiển) động cơ điện 2 bơm 3 cơ

cấu điều khiển điều chỉnh 4 qua động cơ 5 hoặc 6 đến cơ cấu chấp hành 7. Cơ cấu
chấp hành 7 coi đại lƣợng ra là Y. Đại lƣợng đầu ra Y có thể là: tốc độ, thời gian, vị
trí, lực, công suất truyền… Sơ đồ khối của mạch điều khiển kín cho hệ thống thủy lực
đƣợc nêu ra nhƣ hình dƣới đây:

Hình 1.6: Sơ đồ khối mạch điều khiển thủy lực

X là tín hiệu vào, thƣờng là các đại lƣợng vật lý nhƣ hành trình dịch chuyển hoặc
tốc độ, thời gian, lực hoặc áp suất tác dụng, điện từ kể cả ánh sáng… đƣợc chuyển đến
24


vật mang tin (dƣỡng, đĩa từ, bìa đục lỗ…), qua bộ phận xử lý tín hiệu đến khuếch đại
(KĐ), sau đó đến bộ phận chấp hành điều khiển (CHĐK) nhƣ các van, rơle, … và cuối
cùng đến cơ cấu chấp hành Y. Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp hành với
điều khiển mạch kín cần phải dùng các cảm biến 8 (cảm biến hành trình, tốc độ, thời
gian, lực hoặc áp suất…) chuyển qua bộ phận liên hệ ngƣợc (LHN) xử lý và gửi về bộ
phận nhận tín hiệu để đảm bảo cho tƣơng thích với yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp
hành.
Hình 1.6 mô tả mô hình toán học chung cho hệ điều khiển với nhiều tín hiệu vào
và ra đƣợc sử dụng tham số thời gian t. Phƣơng trình để giải quyết có thể dƣới dạng
hàm tƣờng Y(t) = F(Xt) hoặc ẩn F(X,Y)=0.
Truyền dẫn bằng chất lỏng về bản chất là dùng năng lƣợng áp suất (thế năng)
biến thành cơ năng để quay hoặc tịnh tiến cho cơ cấu chấp hành. Về hình thức, kết cấu
và chức năng của các phần tử trong hệ truyền dẫn thủy lực đều đảm nhận những nhiệm
vụ khác nhau với những công dụng, ƣu nhƣợc điểm khác nhau.
1.2.4. Cơ sở về truyền dẫn thủy lực.
Ở trong những máy công cụ đơn giản, để truyền chuyển động đến cơ cấu chấp
hành thƣờng sử dụng các hệ dẫn động cơ khí nhƣ: bộ truyền đai, xích, bánh răng, bánh
ma sát, trục, khớp nối… Còn trong một số máy, thiết bị phức tạp hơn ngƣời ta hay

dùng truyền dẫn bằng chất lỏng, chất khí. Trong đó chất lỏng đƣợc sử dụng phổ biến
cho những trƣờng hợp có công suất lớn và độ ổn định cao.
Truyền dẫn năng lƣợng bằng chất lỏng có thể đƣợc thực hiện dƣới các dạng sau đây:
1.2.4.1. Thế năng
Trong truyền dẫn thủy lực, ngƣời ta sử dụng thế năng dƣới dạng áp suất p. Nếu
thể tích chất lỏng là V[m3] với áp suất là p [N/m2] thì sẽ tích trữ năng lƣợng là E1:
E1 = p.V [Nm]
Công suất của năng lƣợng này là:
N

dE1 dp
dV
 Vp
dt
dt
dt

Ở chế độ ổn định
p  const hay

dp
 0 thì
dt

25

dV
 Q m3 / s 
dt