Nghiên cứu hệ thống thuỷ lực và khí nén cho máy điền khiển số CNC

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Lưu Vũ Hải
Sinh ngày 21 tháng 6 năm 1981
H

vi n

oh

l p 11

Hà N i hi n

ng

ng tá t i Khoa c kh

T i xin

T huy n nghành
ih

i n Tử

ih

á h Kho

ng Nghi p Hà N i

m o n á kết quả và á số li u n u trong luận văn là do bản thân t i

thự hi n dư i sự hư ng dẫn ủ TS. Nguyễn Tiến Lƣỡng Trường

ih

á h

Kho Hà N i Những số li u và kết quả nghi n ứu trong luận văn này là trung thự
và hư hề ượ sử dụng ể bảo v m t h
T i xin

vị nào.

m o n rằng m i sự giúp ỡ ho vi

th ng tin tr h dẫn trong luận văn ều ượ

thự hi n luận văn này và á

hỉ rõ nguồn gố
Tá giả
Lưu Vũ Hải

1


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

l h tâm

α- Góc nghiêng
k- H số kh ng ều
ε- Khe hở hư ng tâm
σ- Khe hở hư ng tâm tư ng ối
ρd- hiều dài dị h huyển on trượt
kx- H số

ng lự h

lưu hất hảy qu v n phân phối

Fp- Di n t h tiết di n ng ng ủ v n phân phối
Ax- Di n t h tiết di n dòng hảy qu v n
Δf- Hi u di n t h biến ổi ủ

on trượt

Δρ- Hi u áp tá dụng l n on trượt v n phân phối
LHN- Li n h ngượ
H K- hấp hành iều khiển
K TK- Khuế h
K - Khuế h

i thuỷ khí

i

C- Tỷ nhi t trung bình (J/kg K)
V- Thể t h hất lỏng (m3)

Q- Lưu lượng (m3/s)
N-

ng suất (KW)

ΔT- Nhi t

t nh theo K

q- Lưu lượng ri ng
p- Áp suất (N/m2)
ρ- Khối lượng ri ng hất lỏng (kg/m3)
m- Khối lượng (kg)
E0-

nh t Engler

η- Hi u suất

2


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: H truyền dẫn

ng

huyển

ng qu y……………………… 18

Hình 1.2: H truyền dẫn

ng

tịnh tiến………………………………… 18

Hình 1.3: H truyền dẫn

ng

tịnh tiến………………………………… 19

Hình 1.4: H truyền dẫn

ng

qu y lắ ...................................................... 19

Hình 1 5: S

ồ tổng quát truyền dẫn thủy kh ............................................... 20

Hình 1 6: S

ồ khối m h iều khiển thủy kh ............................................. 21

Hình 2 1: K hi u b m dầu .............................................................................. 25
Hình 2 2:

m bánh răng ................................................................................ 27

Hình 2 3:

m bánh răng ăn kh p ngoài ........................................................ 28

Hình 2 4:

m bánh răng ăn kh p trong ........................................................ 28

Hình 2 5:

m ánh g t .................................................................................. 29

Hình 2.6: B m ánh g t

n ........................................................................... 29

Hình 2 7:

m ánh g t kép............................................................................ 30

Hình 2 8:

m pitt ng hư ng k nh ................................................................. 30

Hình 2 9:

m pitt ng hư ng trụ .................................................................. 31

Hình 2 10:

ng

bánh răng ăn kh p ngoài ................................................ 33

Hình 2 11:

ng

bánh răng ăn kh p trong ................................................ 33

Hình 2 12:

ng

ánh g t .......................................................................... 34

Hình 2 13:

ng

pitt ng hư ng k nh ......................................................... 34

Hình 2 14:

ng

pitt ng hư ng trụ .......................................................... 35

Hình 2.15: Máy nén khí pittông ...................................................................... 36
Hình 2.16: Máy nén khí kiểu ánh g t ............................................................ 37
Hình 2 17: Máy nén kh kiểu trụ v t .............................................................. 38
Hình 2 18:

ng

kh nén ............................................................................ 38

Hình 2 19:

ng

bánh răng ........................................................................ 39

3


Hình 2 20:

ng

ánh g t .......................................................................... 40

Hình 2 21:

ng

pitt ng hư ng k nh ......................................................... 40

Hình 2 22:

ng

pitt ng hư ng trụ .......................................................... 41

Hình 2 23:

ng

trụ v t ............................................................................ 41

Hình 2 24: Xi l nh truyền lự ......................................................................... 42
Hình 2 25: M t số lo i xil nh ......................................................................... 42
Hình 2 26: Phư ng pháp dẫn dầu .................................................................... 43
Hình 2 27: Xil nh nhiều bậ ........................................................................... 44
Hình 2 28 Xi l nh truyền lự

ánh qu t ......................................................... 44

Hình 2.29: Van an toàn .................................................................................. 45
Hình 2 30: K hi u v n tràn ............................................................................. 45
Hình 2.31: Van phân áp .................................................................................. 46
Hình 2 32: V n ản ......................................................................................... 46
Hình 2 33: Ký hi u v n tiết lưu ....................................................................... 47
Hình 2 34: V n tiết lưu iều hỉnh d
Hình 2 35: S

trụ .................................................... 48

ồ t nh toán tiết di n hảy ủ v n tiết lưu .............................. 48

Hình 2 36: V n tiết lưu iều hỉnh qu nh trụ ................................................ 49
Hình 2 37: V n m t hiều ............................................................................... 50
Hình 2 38 : V n m t hiều iều khiển ượ hư ng hặn ............................... 51
Hình 2 39: S

ồ nâng h tải khi dùng v n m t hiều iều khển ượ hư ng

hặn ................................................................................................................. 51
Hình 2 40: S

ồ ủ v n ảo hiều ............................................................... 52

Hình 2 41: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 2/2 ........................................... 53
Hình 2 42: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 3/2 ........................................... 53
Hình 2 43: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 4/2 ........................................... 54
Hình 2 44: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 5/2 ........................................... 54
Hình 2 45: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 4/3 ........................................... 55

4


Hình 2 46: Ký hi u và kết ấu v n ảo hiều 5/3 ........................................... 55
Hình 2 47: Ký hi u m t số lo i v n 4/2 .......................................................... 55
Hình 2 48: Ký hi u m t số lo i v n 4/3 .......................................................... 56
Hình 2 49: ấu t o và k hi u v n ảo hiều iều khiển trự tiếp ................. 56
Hình 2.50: ấu t o và ký hi u v n ảo hiều iều khiển gián tiếp ................ 57
Hình 2 51: Nắp iều hỉnh v n bằng

kh .................................................... 57

Hình 2 52: Nắp iều khiển bằng i n từ ......................................................... 59
Hình 2 53: Nắp iều khiển bằng dầu ép .......................................................... 60
Hình 2 54: V n tỉ l ......................................................................................... 63
Hình 2 55: u n ảm servo lỉ l ..................................................................... 63
Hình 2 56: V n tỉ l lưu lượng ( os h Rexroth) ............................................ 64
Hình 2.57: V n tỉ l lưu lượng 2 tầng: ............................................................ 65
Hình 2.58: V n tỉ l tăng áp ( bos h Rexroth ) ............................................... 65
Hình 2 59: S

ồ nguy n lý ủ b phận iều khiển on trượt v n servo ..... 66

Hình 2 60: S

ồ nguy n lý ho t

Hình 2 61: Vòi phun

ng

ng ủ v n servo .................................... 67

servo nozzle - flappers ( Moog) ...................... 68

Hình 2 62: S

ồ v n servo d ng ống phun jet - pipe..................................... 69

HÌnh 2 63: S

ồ khối ủ v n servo d ng ống phun jet - -pipe .................... 70

Hình 3 1: S

ồ ấu t o v n trượt bốn mép iều khiển ................................. 74

Hình: 3.2: S

ồ ấu t o v n trượt h i mép iều khiển .................................. 77

Hình 3 3: Gi i h n áp suất làm vi

trong h thống ....................................... 78

Hình 3 4: Gi i h n nhi t sinh r trong h thống ............................................. 79
Hình 3 5: Duy trì áp suất và th y ổi lưu lượng trong h ............................... 80
Hình 3 6: H p truyền

ng bằng thủy lự ...................................................... 80

Hình 3 7:

ấu kẹp hặt hi tiết gi

ng .................................................... 81

Hình 3 8: S

ồ m h thủy lự

Hình 3 9: S

ồ và biểu ồ tr ng thái m h kh nén iều khiển bằng t y ...... 82

ấu kẹp hặt hi tiết gi

5

ng................... 81


Hình 3 10: S

ồ và biểu ồ tr ng thái m h kh nén iều khiển theo thời gi n

......................................................................................................................... 83
Hình 3 11: S

ồ và biểu ồ tr ng thái m h kh nén iều khiển theo hành

trình ................................................................................................................. 84
Hình 3 12: S

ồ m h thủy lự máy kho n bàn ............................................ 85

Hình 3.13: S

ồ h thống thủy lự máy ph y N GV -503 ....................... 86

Hình 3.14: S

ồ m h thủy lự kẹp d o mâm d o mâm d o ủ máy ph y

CNC GV -503.................................................................................................. 87
Hình 3.15: S

ồ m h thuỷ lự l n xuống ủ p llet .................................... 89

Hình 3.16: S

ồ thủy lự b i tr n trụ ổ bi tr n máy ph y N GV -503 .. 91

Hình 3.17: S

ồ m h iều khiển thủy lự máy ép song

ng thuỷ lự

100T/30T huyển dập vuốt iều khiển bằng PL .......................................... 92
Hình 3.18: iểu ồ tr ng thái ủ h thống ép ............................................... 93
Hình 3.19: S

ồ phân bố

ấu kẹp và dập ph i ......................................... 94

Hình 3.20: S

ồ h thống thuỷ lự trong máy ti n N SL-153 ................. 95

Hình 3.21: S

ồ h thống kh nén trong máy phay CNC DECKEL MAHO 96

Hình 3 22 S

ồ m phỏng ho t

ng ủ h thống thuỷ lự

ho máy ph y

CNC GV – 503 ................................................................................................ 97

6


DANH MỤC BẢNG

ảng 2 1 K hi u ủ

ử nối v n .................................................................. 52

ảng 2 2 Ký hi u phư ng ti n iều khiển v n............................................... 52
ảng 2 3 Những iểm khá nh u h nh giữ

á v n servo và v n tỉ l ....... 62

Bảng 2 4. Trình bày ụ thể á nguy n nhân và hi n tượng hư hỏng xảy r

ó

li n qu n t i v n iều khiển và iều hỉnh .................................................... 70

7


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời gi n nghi n ứu thự hi n và hoàn thành luận văn tốt nghi p ngoài
sự nỗ lự

ủ bản thân t i ã nhận ượ rất nhiều sự giúp ỡ ủ nhiều á nhân tập

thể trong và ngoài trường
T i xin hân thành ám n TS. Nguyễn Tiến Lưỡng Vi n
h

kh Trường

i

á h Kho Hà N i là người ã hư ng dẫn và giúp ỡ tận tình từ ịnh hư ng
ến quá trình thự hi n hoàn hỉnh luận văn này
T i xin trân tr ng ảm n á thầy giáo

h

á h Kho Hà N i

á thầy giáo

giáo ã giảng d y trong Trường
giáo Vi n

kh

i

ã hư ng dẫn và t o

m i iều ki n ho t i làm tốt luận văn này
Mặ dù ã ố gắng rất nhiều song do kinh nghi m và kiến thứ

ó h n n n luận

văn khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn T i rất mong á thầy
b n bè hỉ bảo th m ể luận văn ượ hoàn thi n h n
T i xin hân thành ảm n!
Ngƣời thực hiện

Lƣu Vũ Hải

8

ùng


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: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN THỦY KHÍ ................. 16
1.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ÔNG Ụ .................................................. 16
1.1 1 S lượ về sự phát triển. ..................................................................... 16
1 1 2 Phân lo i máy. .................................................................................... 17
1.2. Ơ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY KHÍ ............................................ 17
1.2.1. Khái quát hung về truyền dẫn thủy kh . ........................................... 17
1 2 2 Nguy n lý ho t
123 M h
1231 M h

ng ......................................................................... 18

ng lự và m h iều khiển trong truyền dẫn thủy kh . ........ 20
ng lự ................................................................................ 20

1 2 3 2 M h iều khiển .............................................................................. 21
1.2.4. á d ng truyền năng lượng ủ

hất lỏng ....................................... 22

1.2.4.1. Thế năng ......................................................................................... 22
1242

ng năng ....................................................................................... 23

1.2.4.3. Dư i d ng nhi t............................................................................... 23
1 2 5 Kết luận .............................................................................................. 23
CHƢƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ CHỨC
NĂNG ............................................................................................................. 25
2.1
211

Ơ ẤU IẾN ỔI NĂNG LƯỢNG . ............................................... 25
m dầu ............................................................................................ 25

9


2 1 1 1 Nguy n lý ho t ủ b m ................................................................. 26
2112

á lo i b m thủy lự ..................................................................... 26

212

ng

dầu ....................................................................................... 32

2121

ng

bánh răng .......................................................................... 32

2122

ng ánh g t ................................................................................. 33

2123

ng

pitt ng ............................................................................. 34

2.1.3. Máy nén khí ....................................................................................... 35
2.1.3.1. Nguy n lý ho t

ng ...................................................................... 35

2.1.3.2. á lo i máy nén kh ....................................................................... 35
214

ng

kh nén ................................................................................ 38

2141

ng

bánh răng. ......................................................................... 38

2142

ng

ánh g t ........................................................................... 39

2.1.4.3.

ng

pitt ng .............................................................................. 40

2144

ng

trụ v t ............................................................................. 41

2.1.5. Xilanh. ................................................................................................ 42
2 1 5 1 Xil nh truyền lự ........................................................................... 42
2 1 5 2 Xil nh truyền lự vi s i ................................................................... 43
2 1 5 3 Xil nh truyền lự

ánh g t .............................................................. 44

2.2. CƠ ẤU IỀU KHIỂN
221

IỀU HỈNH . ............................................ 44

ấu hỉnh áp.................................................................................. 44

2.2.1.1. Van an toàn ..................................................................................... 45
2.2.1.2. Van tràn ........................................................................................... 45
2.2.1.3. Van phân áp .................................................................................... 46
2 2 1 4 V n ản ........................................................................................... 46
222

ấu hỉnh lưu ............................................................................... 47

2 2 2 1 V n tiết lưu iều hỉnh d

trụ ...................................................... 48

2 2 2 2 V n tiết lưu iều hỉnh qu nh trụ .................................................. 49

10


223

ấu hỉnh hư ng .......................................................................... 50

2 2 3 1 V n m t hiều ................................................................................. 50
2 2 3 2 V n ảo hiều.................................................................................. 51
2 2 4 V n tỉ l và v n servo......................................................................... 60
2 2 4 1 V n tỉ l ........................................................................................... 62
2.2.4.2. Van servo ........................................................................................ 66
2 2 5 Hi n tượng hư hỏng và á nguy n nhân xảy r .............................. 70
226

2261

á thiết bị phụ dùng trong h thống thủy lự . ................................. 71
ể hứ ........................................................................................... 71

2.2.6.2. Thiết bị làm ngu i ........................................................................... 71
2.2.6.3.

l

.............................................................................................. 71

2.2.6.4. ồng hồ o áp ................................................................................. 72
2.2.6.5. Ống dẫn ống nối tấm nối............................................................... 72
2.2.6.6. Vòng hắn ....................................................................................... 72
2.2.6.7. R le áp suất .................................................................................... 73
2 2 6 Kết luận .............................................................................................. 73
CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA CÁC PHẦN TỬ THỦY KHÍ TRONG
MÁY CÔNG CỤ ........................................................................................... 74
3 1 PHƯƠNG TRÌNH HUYỂN

NG

KHUẾ H

I THỦY KHÍ

V I LI N H NGƯỢ THEO DỊ H HUYỂN VAN PH N PHỐI ..... 74
3 1 1 V i on trượt bốn mép iều khiển . ................................................... 74
3 1 2 V i on trượt h i mép iều khiển . .................................................... 77

3 2 M T SỐ M

H THỦY LỰ

3 2 1 M h gi i h n áp suất làm vi

Ơ ẢN ............................................. 78
trong h thống ................................. 78

3 2 2 M h gi i h n sinh nhi t sinh r trong h thống ............................... 79
3 2 3 M h duy trì áp suất và th y ổi lưu lượng ....................................... 79
3 2 4 Kẹp hặt hi tiết gi

ng................................................................... 81

11


3 3 M T SỐ M

H KHÍ NÉN Ơ ẢN ................................................. 82

3 3 1 M h kh nén iều khiển bằng t y .................................................... 82
3 3 2 M h kh nén iều khiển tuỳ

ng theo thời gi n ............................ 83

3 3 3 M h kh nén iều khiển tuỳ

ng theo hành trình .......................... 83

3 3 ỨNG DỤNG Á PHẦN TỬ THỦY KHÍ TRONG MÁY ÔNG Ụ
...................................................................................................................... 84
3 3 1 M h thủy lự dùng trong máy kho n bàn ....................................... 84
3 3 2 M h thủy lự trong máy ph y N GV- 503.................................. 86
3 3 3: S

ồ m h iều khiển thủy lự máy ép song

ng thuỷ lự

100T/30T huyển dập vuốt iều khiển bằng PL ....................................... 92
334 S

ồ h thống thủy lự trong máy ti n N SL-153 ...................... 95

335 S

ồ h thống thủy lự trong máy ph y N DE KEL MAHO ... 96

336 S

ồ m phỏng ho t

ng ủ h thống thuỷ lự

ho máy ph y N

GV – 503 ...................................................................................................... 97
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .......................... 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 100

12


PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong xu thế h i nhập hó toàn ầu dư i sự phát triển ủ kho h
thuật và

ng ngh mứ

tự

ng hó quá trình xản xuất ũng như á máy mó

thiết bị ã ngày àng phát triển và óng v i trò qu n tr ng trong m i ho t
sống Sự kết hợp giữ
lự

kĩ

i n tử

kh thủy

khí nén ngày àng ó hi u quả và ã ượ ứng dụng phổ biến

ặ bi t là

truyền

á phư ng ti n truyền

ng thủy khí trong lĩnh vự máy

b kho h

ng như i n

ng ời

ng ụ Truyền

ng thủy khí là m t tiến

kĩ thuật ượ áp dụng r ng rãi trong khoảng 30 năm trở l i ây trong

nhiều ngành hế t o máy nhất là trong hế t o máy
phát triển vượt bậ

ng ụ Máy

ng ụ ó sự

ả về hủng lo i số lượng t nh năng và hi u quả sử dụng ủ

nó.
Nhờ những t nh năng ưu vi t ri ng ủ mình h thống thủy khí ã góp phần
áng kể trong tự

ng hó và ó mặt trong hầu hết trong á máy

iều này ượ thể hi n rõ trong truyền dẫn v

ấp về tố

ng ụ hi n n y

v

ấp về tải tr ng

iều khiển quá trình…
Hầu hết tất ả á máy
m i trường n toàn

ng ụ nói hung ều ảm bảo á y u ầu ần thiết về

tin ậy tuổi th và á thiết bị xung qu nh giảm giá thành

hế t o bảo trì và nâng
h thống truyền dẫn

o năng suất Vì lẽ ó mỗi phần tử h y phần tử ấu thành

iều khiển ều phải thể hi n nhi m vụ nhất ịnh Dù

h y phứ t p trong nó lu n tồn t i h i dòng năng lượng ho m h
iều khiển

ể iều khiển ho t

n giản

ng lự và m h

ng ủ h thống thủy khí theo mụ

h thì ó rất

nhiều phư ng án phư ng án ượ sử dụng r ng rãi nhất là sử dụng á phần tử
th m gi

iều khiển iều hỉnh:

lượng và
nhượ

ấu iều hỉnh áp suất

ấu iều hỉnh hư ng

iểm ủ

h nh vi

ấu iều hỉnh lưu

hiểu rõ t nh năng

ng dụng ưu

ấu iều hỉnh này giúp ho người thiết kế vận hành sử

á máy mó tr ng thiết bị sẽ ho t

hữ

ng h nh xá h n tin ậy h n và năng suất

h n
Qu

á th ng số xá

ượ thời gi n làm vi

ịnh ượ trong quá trình nghi n ứu t
ịnh r

ó thể xá

ịnh

á nguy n tắ kh i thá kĩ thuật hợp lý h y ánh

13


giá hất lượng hung ho á

khí nói chung.

n

ụm máy nói ri ng ũng như toàn b h thống thủy

nh ó

hết sứ qu n tr ng và hỉ r

ng tá nghi n ứu òn ung ấp số li u rất thự tiễn
á bi n pháp

ng ngh hợp lý trong

ng tá

hế t o

m i
M h iều khiển nói hung h y m h iều khiển thủy khí nói ri ng b o giờ ũng
ó những th ng số tá

ng ể t o n n sự iều khiển ó là á th ng số ầu vào và

á

ng iều ó là ầu r

ối tượng hịu tá

Từ ó nghi n ứu á phần tử thủy

khí m t á h tổng thể ể ó thể mi u tả h thống dư i d ng toán h

Nhằm xây

dựng phư ng án tối ưu ho h thống iều khiển thủy khí kh ng những hỉ ho máy
ng ụ mà òn áp dụng trong lĩnh vự tự

ng hó khá

Xuất phát từ những nhu ầu thiết thự tr n t i ã h n và thự hi n ề tài luận
văn:”Nghiên cứu hệ thống thủy lực và khí nén cho máy điều khiển số CNC”
làm ề tài luận văn tốt nghi p

oh

ho mình

Mục đích nghiên cứu:
- Tầm qu n tr ng ủ h thống iều khiển thủy khí trong máy
- Tìm hiểu

ng ụ.

sở truyền dẫn thủy khí, ấu trú tổng quát về m h

ng lự và

m h iều khiển dùng thủy khí.
- Nghi n ứu ánh giá ặ t nh
thống iều khiển thủy khí:

bản ủ

á phần tử hứ năng trong h

ấu biến ổi năng lượng

ấu iều khiển

iều hỉnh
- Nghi n ứu về t nh năng ứng dụng ủ
ụ, thông qua phân tích á s

á phần tử thủy khí trong máy công

ồ thủy lự và khí nén từ ó hỉ r ưu nhượ

iểm ủ h truyền dẫn thủy khí.
Đối tượng nghiên cứu:
-

ấu biến ổi năng lượng trong h thống thủy khí.

- á phần tử hứ năng iều khiển trong h thống iều khiển thủy khí.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghi n ứu á phần tử thủy lự và kh nén
khiển trong h thống thủy khí.

14

ấu hấp hành và

ấu iều


- Khảo sát á

ặ t nh

bản ủ

á phần tử hứ năng v i

ấu iều khiển

iều hỉnh
- Xây dựng h thống ứng dụng và t nh ưu vi t ủ
máy

ng ụ th ng qu

á s

á phần tử thủy khí trong

ồ thủy lự và khí nén.

Phương pháp nghiên cứu: Nghi n ứu lý thuyết kết hợp v i xây dựng khảo sát
tr n m hình thự nghi m. Nghi n ứu lý thuyết bắt ầu từ qu n sát hi n tượng và
m tả bằng m hình

h

vật lý và toán h

Nghi n ứu bằng thự nghi m dùng

ể kiểm tr l i á kết quả lý thuyết bổ sung và làm

sở ho lý thuyết trong vi

nghi n ứu kết quả tr n m hình toán Nghi n ứu bằng toán h
l i á kết quả từ lý thuyết bổ xung và làm

dùng dể kiểm tr

sở ho lý thuyết trong vi

nghi n

ứu kết quả tr n m hình toán h
V i ề tài: “ Nghiên cứu hệ thống thủy lực và khí nén cho máy điều khiển số
CNC”. Tá giả ã hoàn thành ượ
-

ư r

m h

ề tài và

t ượ kết quả s u:

á h nhìn tổng qu n về h dẫn

ng thủy khí th ng qu vi

khái quát

ng lự và m h iều khiển

- hỉ r

á

ặ t nh

bản ủ

lượng vấn ề tự iều hỉnh b m và
- hỉ r

á

ặ t nh

bản ủ

á phần tử hứ năng: á
ng

s

ấu biến ổi năng

ồ iều hỉnh hung

á phần tử hứ năng:

ấu iều khiển

iều

hỉnh á lo i v n hỉnh áp hỉnh lưu và hỉnh hư ng
- Xá

ịnh rõ v i trò ứng dụng ũng như t nh ưu vi t ủ

th ng qu vi
máy

á phần tử thủy khí

khảo sát phân t h á m h thủy lự và khí nén

ng ụ phổ biến như máy ắt kim lo i ( máy v n năng

bản ũng như

iều khiển số ), máy

t dập
Tuy nhi n do òn nhiều h n hế về năng lự

ũng như thời gi n thự hi n n n

ề tài kh ng tránh khỏi những s i sót Rất mong sự óng góp ý kiến ủ thầy
giáo á nhà kho h

b n bè ề luận văn ượ hoàn thi n h n

15


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN THỦY KHÍ
1.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ.
1.1.1. Sơ lƣợc về sự phát triển [10].
Máy

ng ụ ắt g t kim lo i là tr ng thiết bị hủ yếu dùng trong á nhà máy

phân xưởng

kh

ể hế t o r

á

hi tiết máy mó kh

phẩm dùng trong sản xuất và ời sống Máy
gắn liền v i sự phát triển ủ ho h
người t

ụ á dụng ụ á sản

ng ụ ó lị h sử phát triển lâu dài

kỹ tuật Vào khoảng 1200 kỷ nguy n trư

ã kh i quật ượ m t hậu ây ượ

ho rằng ã gi

ng bằng máy ti n

Kỹ thuật ủ máy ti n vào thời gi n ó ũng ã ượ mở r ng t i hâu u và vùng
ận

ng Nói h nh xá h n về sự phát triển ủ máy

sự ần thiết phải gi
kỷ 14 Tuy nhi n

ng ụ là từ thế kỷ 14 do

ng h nh xá bằng phát minh về ồng hồ máy ầu ti n ở thế
ồng hồ máy là ối tượng nhỏ sự xuất hi n ủ

ng ụ tư ng ối l n là phát minh r máy h y bằng h i nư
thời

i gi

h nr

ng

h nh xá

ối tượng máy

vào thế kỷ 18 mở r

o bằng pittông và xil nh Khi nhiều máy h nh xá

ời h thống sản xuất hàng lo t nh nh hóng ượ nền

nhận và ư vào sản xuất m t số lượng l n á
thế kỷ 19 m t lượng l n á máy

ng ụ r

ng nghi p hấp

hi tiết giống h t nh u Ở nử s u

ời dùng trong ho t

lo i như máy ắt máy kho n máy án máy mài

ng gi

ùng v i nó á

khiển bằng thủy lự , kh nén bằng i n ũng ượ phát triển

ng kim

ng ngh

iều khiển

iều
huyển

ng òi hỏi h nh xá trở n n dễ dàng h n Năm 1947 Jonh Prsons Parsons
orpor tion ở thành phố Tr verse b ng Mi hig n ã bắt ầu nghi n ứu về m t
hiế máy

ng ụ ó thể th o tá ở m i gó

sử dụng dữ li u số ể iều khiển

huyển

ng ủ máy và t i năm 1952 h

huyển

ng 3 hiều Rất nh nh s u ó hầu hết á nhà sản xuất máy

ho r máy N

Từ ây N

phát triển á sản phẩm m i
và rẻ h n Sự phát triển ủ
dụng nhiều h n

ượ

ã thành

ng v i hiế máy ó ầu ắt

ải tiến nh nh hóng trong

á b
á máy

ng nghi p i n tử ể

iều khiển trở n n nhỏ h n
ng ụ á b

ho t i năm 1976 những máy N

áng tin ậy h n

iều khiển ho húng ượ sử
iều khiển hoàn toàn tự

theo hư ng trình mà á th ng tin viết d ng số ã ượ sử dụng r ng rãi

16

ng ụ ều

ng

ũng vào


năm ó người t

ã ư m t máy t nh nhỏ vào h thống iều khiển máy N nhằm

mở r ng ặ t nh iều khiển và mở r ng b nh
omputer Nummeri l

máy CNC (

ầu thế kỷ 20 vi

iều khiển tự

ủ máy á máy này ượ g i là

ontrol ) V i phát minh r máy t nh vào nử
ng hó máy

Ngày n y số lượng hủng lo i và mứ

hi n

ng ụ ó th m bư

i hó

tiến m i

ủ máy ngày àng gi tăng

do ượ ứng dụng những thành tựu ti n tiến nhất ủ tin h

vì vậy năng suất l o

ng ngày àng tăng góp phần áng kể vào sự phát triển ủ nền kinh tế ất nư
áp ứng nhu ầu ủ xã h i
1.1.2. Phân loại máy [10].
ó nhiều á h phân lo i máy
- Theo mứ

ng ụ:

ph m vi sử dụng : ó máy v n năng máy huy n m n hóa, máy

huy n dùng máy tổ hợp Mứ v n năng ở ây hỉ ó gi i h n trong ph m vi
ngh

ối tượng gi

ng V dụ ti n ren v t v n năng ph y v n năng

năng r ng làm nhiều vi

như ti n, kho n mài

ng

ó thể v n

như máy 1A95 ó thể ti n kho n

phay.
- Theo mứ

tự

ng hó : ó máy bán tự

ng máy tự

- Theo ấp h nh xá : ó ấp h nh xá thường

ng

o và ặ bi t

o

- Theo tr ng lượng: lo i nhẹ ó tr ng lượng 1 tấn lo i trung bình t i 10 tấn lo i
nặng từ 10 ến 30 tấn máy h ng nặng từ 30 ến 100 tấn lo i ự nặng h n 100 tấn
( máy ti n ự nặng ó tr ng lượng t i 1600 tấn ).
Ngày nay á máy

ng ụ ã ượ

ải tiến áng kể ả về kiểu dáng và hứ

năng nhằm thự hi n á vấn ề về sản xuất hàng lo t nâng

o năng suất và hất

lượng sản phẩm Vì vậy vấn ề về tự

ũng phải lu n ượ

nghi n ứu và ải tiến kịp thời
trong máy

ng hó và

kh hó

ặ bi t là vấn ề về truyền dẫn thủy lự và khí nén

ng ụ

1.2. CƠ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY KHÍ.
1.2.1. Khái quát chung về truyền dẫn thủy khí [7].
Truyền dẫn thủy khí là tổ hợp á
lưu hất làm trung gi n ể truyền á

ấu thủy lự và khí nén dùng m i trường
năng từ b phận dẫn

17

ng ến b phận


ng tá
luật ủ
d ng

trong ó ó thể biến ổi vận tố
huyển

lự

m men và biến ổi d ng theo quy

ng H truyền dẫn thủy khí ượ phân làm h truyền dẫn thủy khí

ng lự và h truyền dẫn thủy khí d ng thể t h

- H truyền dẫn thủy khí d ng

ng lự : làm vi

dự tr n iều khiển

ng năng

ủ lưu hất.
- H truyền dẫn thủy khí d ng thể t h: làm vi

dự tr n iều khiển thế năng ủ

dòng lưu hất Vì vậy ượ g i là h truyền dẫn thủy khí d ng thể t h
H truyền dẫn thủy khí d ng thể t h b o gồm: thiết bị truyền

ng thiết bị iều

khiển thiết bị phụ trợ và ường ống dẫn
Thiết bị truyền

ng: Máy b m, máy nén khí d ng thể t h

ng

thủy khí

d ng thể t h bình t h thủy khí.

Thiết bị iều khiển: V n phân phối v n iều áp v n iều t h b khuyế h
Thiết bị phụ trợ gồm: ình hứ r le thủy khí thiết bị l

i

thiết bị b t k n

ường ống dẫn: dùng ể dẫn lưu hất trong quá trình vận hành h truyền dẫn
thủy khí d ng thể t h

á d ng ống ( ống ứng ống mềm ống nổi

ng dụng và vị tr lắp ống ượ
thoát ường ống xả

ặt t n: ường ống hút

ường ống nén

) dự tr n
ường ống

ường ống t n hi u

1.2.2. Nguyên lý hoạt động.

Hình1.1: H truyền dẫn

ng

huyển

ng qu y Hình 1.2: H truyền dẫn

18

ng

tịnh tiến


Hình 1.3: H truyền dẫn

ng

Trong ó: 1- máy b m; 2 –

tịnh tiến

ng

Hình 1.4: H truyền dẫn

ng

qu y lắ

; 3 -ống dẫn; 4 - van an toàn; 4b- van tràn;

5- v n phân phối; 6- v n tiết lưu; 7- v n m t hiều; 8 – b l

dầu; 9- thùng hứ ;

10- b làm mát dầu; 11- ồng hồ o áp suất
H truyền dẫn ho t

ng dự tr n ịnh luật P s l: sự th y ổi áp suất t i m t

iểm tĩnh bất kỳ trong h

hất lỏng mà kh ng làm th y ổi tr ng thái ân bằng ủ

nó ượ truyền i nguy n vẹn t i tất ả á

iểm òn l i trong h

ó

Máy b m 1 b m hất lỏng theo ường ống 3 qu v n phân phối 5 t i
thủy lự

V n phân phối 5 ó 2 vị tr tư ng ứng v i quá trình làm vi

kh ng tải ủ

ng

v i m h hở ) hoặ
hứ

ng

hất lỏng thoát r từ b m ượ

ổ vào thùng hứ 9 ( ối

ổ vào ử hút ủ máy b m ( ối v i m h k n ). Trong thùng

hất lỏng ảm bảo
iều khiển vận tố

ó tải và

tin ậy làm vi
ấu làm vi

ủ

ủ h
ng

: sử dụng m h d ng v n tiết lưu

hoặ m h thể t h Khi iều khiển bằng v n tiết lưu trong m h lắp ặt b m ố ịnh (
máy b m kh ng iều hỉnh ) iều hỉnh vận tố
lưu lượng v n 6 Khi iều khiển thể t h vận tố

ấu làm vi

th ng qu

ấu hấp hành ủ

iều hỉnh
ng

iều

hỉnh th ng qu lưu lượng ủ máy b m hoặ lưu lượng ủ motor thủy lự
ảo v h truyền dẫn th ng qu v n n toàn 4 và v n tràn 4b Kiểm tr áp suất
bằng ồng hồ o 11
Trong h truyền dẫn kh ng thể tránh khỏi rò rỉ

ối v i h truyền dẫn m h k n

ể ảm bảo vận hành ần b phận bù rò rỉ - h máy b m 1 ( hình 1 1)

19


1.2.3. Mạch động lực và mạch điều khiển trong truyền dẫn thủy khí [2].
Mỗi b phận h y phần tử ấu thành h thống truyền dẫn ều phải thể hi n nhi m
vụ nhất ịnh Trong ó lu n tồn t i 2 dòng năng lượng ho m h

ng lự và m h

iều khiển Hình 1 5 gi i thi u tổng quát m hình truyền dẫn thủy khí.

Hình 1 5: S

ồ tổng quát truyền dẫn thủy khí

1 Trung tâm xử lý iều khiển

2

3

m dầu hoặ máy nén khí

4

5

ng

dầu hoặ kh huyển

ng qu y

8

6

ng

dầu hoặ khí huyển

ng thẳng

9 Li n h ngượ

7

ng

i n

ấu iều khiển iều hỉnh
ảm biến

ấu hấp hành trong trường hợp

huyển

ng qu y hoặ thẳng

1.2.3.1. Mạch động lực
Xuất phát từ

ng

i n 2 qu y (

năng ) b m dầu hoặ máy nén kh 3 t o

r năng lượng ủ lưu hất dư i d ng áp suất ( thế năng ) truyền qu
thông qu

ấu iều khiển

năng ) rồi t i

iều hỉnh 4 t i

ng

huyển

ấu hấp hành 7 như bàn d o bàn máy …; hoặ

nhận ả h i huyển

ường ống

ng qu y 5 (
ấu hấp hành

ng thẳng và qu y bằng năng lượng lưu hất…

ặ trưng về kỹ thuật ho á

ấu hấp hành trong h thống truyền dẫn phải

ảm bảo á y u ầu s u:
- Về

ng h : tố

ối v i huyển

nmin ÷ nmax ( ối v i huyển

ng thẳng ).

20

ng qu y ) hoặ vmin ÷ vmax (


- Về

ng lự h : tải tr ng l n nhất Pmax ho huyển

Mx ho huyển
- Về mứ

ng qu y hoặ
tự

ng suất truyền

ng thẳng Mômen truyền

ng N

ng hó : hủ yếu do h thống iều khiển quyết ịnh

1.2.3.2. Mạch điều khiển
M h iều khiển phải ảm bảo thỏ mãn á y u ầu kỹ thuật ủ

hấp hành về

ng h

ng lự h

ũng như hế

làm vi

á

kể ến mứ

ấu
tự

ng ủ toàn h thống
T n hi u X ầu vào qu trung tâm xử lý iều khiển 1 ến á
phận hấp hành iều khiển (

n lẻ hoặ kết hợp iều khiển )

ấu iều khiển, iều hỉnh 4 qu
hấp hành 7 oi
tr lự

ng

i lượng r là Y

ng suất truyền… S

5 hoặ

ến

ng

ấu hoặ b
i n2b m3

ấu hấp hành 7

i lượng ầu r Y ó thể là: tố

ấu

thời gi n vị

ồ khối ủ m h iều khiển k n ho h thống thủy

khí ượ n u r như hình dư i ây:

Hình 1.6: S
X là t n hi u vào thường là á

ồ khối m h iều khiển thủy khí
i lượng vật lý như trình dị h huyển hoặ tố

thời gi n lự hoặ áp suất tá dụng
vật m ng tin ( dưỡng

ĩ từ bì

i n từ kể ả ánh sáng … ượ

huyển ến

ụ lỗ… ) qu b phận xử lý t n hi u ến khuế h

i (K ) s u ó ến b phận hấp hành iều khiển ( H K) như á v n r le …
và uối ùng ến

ấu hấp hành Y Kiểm tr

á y u ầu kỹ thuật ủ

ấu

hấp hành v i iều khiển m h k n ần phải dùng ảm biến 8 ( ảm biến hành trình
tố

thời gi n lự hoặ áp suất…) huyển qu b phận li n h ngượ (LHN) xử

lý và gửi về b phận nhận t n hi u ể ảm bảo ho tư ng th h v i y u ầu kỹ thuật
ủ

ấu hấp hành

21


Hình 1 6 m tả m hình toán h
và r

hung ho h

iều khiển v i nhiều t n hi u vào

ượ sử dụng th m số thời gi n t Phư ng trình ể giải quyết ó thể dư i d ng

hàm tường Y(t) = F(Xt) hoặ ẩn F(X Y)=0
Truyền dẫn bằng hất lỏng ( dầu ) hoặ kh về bản hất là dùng năng lượng áp
suất ( thế năng ) biến thành
Về hình thứ
hoặ kh

năng ể qu y hoặ tịnh tiến ho

kết ấu và hứ năng ủ

ấu hấp hành

á phần tử trong h truyền dẫn bằng dầu

ều ảm nhận những nhi m vụ khá nh u v i những

ng dụng ưu nhượ

iểm khá nh u
1.2.4. Các dạng truyền năng lƣợng của chất lỏng [2].
Ở trong những máy

ng ụ

n giản

ể truyền huyển

ng

kh như: b truyền

hành thường sử dụng á h dẫn

ng ến

ấu hấp

i x h bánh răng

bánh m sát trụ kh p nối… òn trong á số máy thiết bị phứ t p h n người t
h y dùng truyền dẫn bằng hất lỏng hất kh Trong ó hất lỏng ượ sử dụng phổ
biến ho những trường hợp ó

ng suất l n và

ổn ịnh

o

Truyền dẫn năng lượng bằng hất lỏng ó thể ượ thự hi n dư i á d ng s u
ây:
1.2.4.1. Thế năng.
Trong truyền dẫn thủy lự người t sử dụng thế năng dư i d ng áp suất p Nếu
thể t h hất lỏng là V(m3) v i áp suất là p [N/m2] thì sẽ t h trữ năng lượng là E1:
E1 = p.V [Nm]

1.1

ng suất ủ năng lượng này là:
N=

dE1 dp
dV
=
V+ p
dt
dt
dt

Ở hế

1.2

ổn ịnh:

p = const hay

dp
dV
= 0 thì
= Q  m3 / s 
dt
dt

Trong ó: Q – g i là lưu lượng [m3/s]
Nếu dòng hất lỏng ó áp suất p [N/m2] huyển
thì

ng suất ượ thự hi n là:

22

ng v i lưu lượng là Q [m3/ph]


N=

p.Q
 KW 
60.1000

Hoặ : N =

1.3

p.Q
 KW 

612

Trong ó: p

1.4

n vị là b r = kp/cm2;

n vị là dm3/ph [l/phút].

1.2.4.2 Động năng
Năng lượng do khối lượng m (kg) huyển

ng v i vận tố là v[m/s] sẽ là:

mv 2 V ..v 2
E2 =

 Nm
2
2

1.5
 - khối lượng ri ng hất lỏng [kg/m3]

Trong ó: V – thể t h [m3];

Trong truyền dẫn ở á máy khối lượng hất lỏng và vận tố
không cao nên khi t nh toán truyền dẫn ho m h

huyển

ng

ng lự t bỏ qu năng lượng

này.
1.2.4.3 Dƣới dạng nhiệt
E3 = m.C.T

[Nm]

1.6

C – tỷ nhi t trung bình [J/kg.K]
T – nhi t

t nh theo K

Trong truyền dẫn bằng hất lỏng kh ng truyền dẫn bằng nhi t và phải giảm nhi t
sinh r trong h thống ống truyền dẫn
Vậy truyền dẫn thủy lự trong máy dùng thế năng dư i d ng áp suất là chính.
1.2.5. Kết luận
Máy

ng ụ dù

lượng ho m h
ể á

n giản h y phứ t p thì trong nó lu n ó tồn t i h i dòng năng
ng lự và m h iều khiển M h

ấu hấp hành ảm bảo ượ

M h iều khiển ảm bảo ho á
ng h

ng lư h

ng lự

á y u ầu về

ung ấp năng lượng
ng h

ng lự h

ấu hấp hành thự hi n úng á y u ầu về

ũng như hế

làm vi

kể ến mứ

tự

ng ủ toàn

h thống Trong h thống thủy khí người t sử dụng năng lượng hủ yếu dư i d ng
thế năng ( áp suất ) ủ dòng lưu hất Tổn thất năng lượng xảy r ở 3 d ng: tổn thất
do m sát giữ

á

hi tiết huyển

thất do dầu hảy qu khe hở giữ

á

ng tư ng ối v i nh u ( tổn thất

kh ) tổn

ấu ( tổn thất thể t h ) tổn thất do sứ
23

ản


tr n ường truyền ( tổn thất áp suất ) N n khi thiết kế m h iều khiển dùng thủy
kh phải kể ến ả 3 d ng tổn thất này vì ảnh hưởng rất l n ến

h nh xá

iều

khiển
Tóm l i do những ưu vi t ủ mình mà h thống thủy lự và khí nén ượ sử
dụng r ng rãi trong á máy

ng ụ Trong m t h thống thủy khí b o gồm rất

nhiều phần tử khá nh u Nhưng nhìn hung người t

hi

húng r làm 2 lo i: á

ấu biến ổi năng lượng và á phần tử hứ năng iều khiển
óng v i trò qu n tr ng trong quá trình ung ấp năng lượng
năng lượng ến
ng h

ấu hấp hành ể thự hi n h nh xá

ng lự h

ở

á phần tử này

iều khiển truyền dẫn
á y u ầu kĩ thuật về

ấu hấp hành Nhằm làm rõ vấn ề này hư ng 2 sẽ

trình bày về ặ t nh á phần tử hứ năng trong ó i sâu vào á
năng lượng và á

ấu iều khiển

iều hỉnh ủ h thống thủy khí.

24

ấu biến ổi


CHƢƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ
CHỨC NĂNG
2.1. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG [2].
ấu biến ổi năng lượng h thống thủy lự và khí nén là những b phận dùng
ể biến ổi năng lượng từ d ng này s ng d ng khá nhằm thự hi n m t
ích Tùy thu

vào d ng năng lượng ần biến ổi

là b m dầu máy nén khí,

ng

ấu biến ổi năng lượng ó thể

thuỷ - khí xi l nh truyền lự

năng lượng ó nhiều kiểu khá nh u song về nguy n tắ làm vi

Về mặt kết ấu b m dầu và

ng

ấu biến ổi
thì giống nh u

dầu là tư ng ối giống nh u và ó thể th y

thế hứ năng ủ nh u Sự khá bi t hủ yếu giữ
thư

ng ó

húng là sự h nh l h về k h

khi húng ó ùng m t y u ầu như nh u Phần ặ

iểm hung ủ

ấu

biến ổi năng lượng sẽ ề ập ến ở phần b m dầu
2.1.1. Bơm dầu.
Là m t

ấu biến ổi năng lượng dùng ể biến

năng thành năng lượng ủ

dầu ( hất lỏng ) Trong h thống dầu ép thường hỉ dùng b m thể t h tứ là lo i
b m thự hi n vi
vi

biến ổi năng lượng bằng á h th y ổi thể t h á buồng làm

khi thể t h làm vi

ủ buồng làm vi

tăng b m hút dầu thự hi n hu kì

hút và khi thể t h ủ buồng làm vi

giảm b m ẩy dầu thự hi n hu kì nén Áp

suất và lưu lượng là những th ng số

bản ủ b m.

.
m ố ịnh;

b

m iều hỉnh

Hình 2 1: K hi u b m dầu

25