CHUYÊN ĐỀ THỦY KHÍ TRÊN Ô TÔ XE NÂNG FORKLIFT

KHOA: CÔNG NGHỆ Ô TÔ


BÀI TẬP LỚN

CHUYÊN ĐỀ VỀ HỆ THỐNG THỦY KHÍ
TRÊN Ô TÔ

Hà Nội, /2018


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

Hà Nội, ngày ….. tháng …... năm 2018
Giáo Viên Hướng Dẫn

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN........................6
1.1. Điều khiển ổn định vận tốc.........................................................................................6
1.1.1. Điều khiển bằng tiết lưu...........................................................................................6
1.1.1.1. Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường cấp...................................................7
1.1.1.2. Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi...................................................8
1.1.2. Điều khiển bằng thể tích.........................................................................................10
1.1.3. Ổn định vận tốc......................................................................................................11
1.1.3.1. Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường vào của cơ cấu chấp hành...............................11
1.1.3.2. Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường ra của cơ cấu chấp hành.................................12
1.1.3.3. Ổn định tốc độ khi điều khiển bằng thể tích kết hợp với tiết lưu.........................13
1.2. Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực............................................................14
1.2.1. Khái quát về hệ thống dẫn động và điều khiến bằng thủy lực................................14
1.2.2. Các sơ đồ hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực thông dụng..........................15
1.2.2.1. Máy dập khung vỏ thủy lực điều khiển bằng tay.................................................15
1.2.2.2. Cơ cấu điều khiển gầu xúc trong máy công trình................................................16
1.2.2.3. Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực...............................................17
1.2.3. Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực.........................................................18
1.2.3.1. Quy trình tính toán hệ thống điều khiển thủy lực................................................18
1.2.3.2. Tính toán hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực...........................................19
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FLUIDSIM KHẢO SÁT HỆ THỐNG THỦY
KHÍ.................................................................................................................................. 24
2.1. Khái quát về phần mềm FluidSIM............................................................................24
2.2. Giới thiệu về phần mềm FluidSIM............................................................................24
2.2.1. Ưu điểm và nhược điểm:........................................................................................24

2.2.2. Giao diện chính của FIuidSIM...............................................................................24
2.2.2.1. Giao diện thư viện...............................................................................................25
2.2.2.2. Giao diện tra cứu ý nghĩa, thông số định mức các ký hiệu trong thư viện...........26
2.2.2.3. Giao diện thiết kế mạch.......................................................................................26
2.2.2.4. Gao diện điều khiển thông số cho phần tử có trong phần mềm...........................27
2.2.2.5. Thanh công cụ mô phỏng chương trình...............................................................28


2.2.3. Các nhóm phần từ thiết kế và mô phỏng có trong FluidSIM..................................28
2.2.3.1. Nhóm các bộ phận cơ bản trong hệ thống...........................................................28
2.2.3.2. Nhóm điều khiển điện, điện - thuỷ lực................................................................31
2.2.3.3. Nhóm cung nấp và xử lý dầu...............................................................................32
2.2.4. Quá trình điều khiển ứng dụng trong phần mềm FluidSIM....................................32
2.3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm FluidSIM.................................................................34
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG FLUIDSIM H MÔ PHỎNG HỆ THỐNG............................39
CHƯƠNG 4: THỦY LỰC TRÊN XE NÂNG FORKLIFT..............................................39
4.1. Giới thiệu sơ đồ mạch thủy lực trên xe nâng Forklift................................................39
4.2. Mô phỏng trạng thái làm việc của hệ thống thủy lực điều khiển góc nghiêng giá nâng
......................................................................................................................................... 48


DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu...............................................................................6
Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vận tốc bằng tiết lưu đường vào.................8
Hình 1. 3 Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tiết lưu ở đường ra................................10
Hình 1. 4: Sơ đồ thủy lực điều khiển bằng thể tích..........................................................11
Hình 1. 5: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độc trên đường vào......................13
Hình 1. 6: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độ trên đường ra..........................14
Hình 1. 7: Ổn định tốc độ khi điều khiển kết hợp............................................................15
Hình 1. 8: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tay máy dập khung vỏ..........................17

Hình 1. 9: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển gầu múc trong máy công trình......................18
Hình 1. 10: Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực.........................................19
Hình 1. 11: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến.............................................21
Hình 1. 12: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động quay..................................................23
Y
Hình 2. 1: Giao diện chính của FluidSIM........................................................................26
Hình 2. 2: Giao diện của thư viện phần tử........................................................................26
Hình 2. 3: Giao diện tra cứu có ý nghĩa, thông số định mức ký hiệu bơm thủy lực.........27
Hình 2. 4: Giao diện thiết kế mạch...................................................................................28
Hình 2. 5: Giao diện điều khiển thông số cho phần tử có trong phần mềm......................28
Hình 2. 6: Thanh công cụ mô phỏng................................................................................29
Hình 2. 7: Van áp suất......................................................................................................30
Hình 2. 8: Nhóm van đảo chiều........................................................................................30
Hình 2. 9: Nhóm van tiết lưu............................................................................................31
Hình 2. 10: Nhóm van chặn.............................................................................................31
Hình 2. 11: Nhóm xylanh.................................................................................................32
Hình 2. 12: Nhóm động cơ thủy lực được mô phỏng trong FluidSIM.............................32
Hình 2. 13: Sơ đồ tóm tắt quá trình điều khiển trong FluidSIM.......................................34
Hình 2. 14: Giao diện của phần mềm FluidSIM...............................................................35
Hình 2. 15: Giao diện của menu mở một file mới............................................................36
Hình 2. 16: Giao diện của menu lưu file..........................................................................36
Hình 2. 17: Giao diện điều khiển các thông số.................................................................37
Hình 2. 18: Menu lấy đồ thị biểu diễn..............................................................................37
Hình 2. 19: Giao diện quá trình mô phỏng.......................................................................38


Hình 2. 20: Giao diện kiểm tra lỗi....................................................................................38
Hình 2. 21: Giao diện thực hiện quá trình mô phỏng.......................................................39
Hình 3. 1 Các bộ phận của hệ thống thủy lực..........................................................39
Hình 3. 2 Mạch thủy lực tổng quát..........................................................................40

Hình 3. 3 Mạch thủy lực nâng hạ.............................................................................41
Hình 3. 4 Mạch thủy lực nâng hạ.............................................................................42
Hình 3. 5 Mạch thủy lực điều khiển giá nâng..........................................................43
Hình 3. 6 Mạch thủy lực điều khiển góc nghiêng giá nâng......................................44
Hình 3. 7 Mạch thủy lực di chuyển giá nâng...........................................................45
Hình 3. 8 Mạch thủy lực điều khiển chân thăng bằng..............................................46
Hình 3. 9 Sơ đồ mạch thủy lực tổng quát................................................................47
Hình 3. 10 Mạch thủy lực ở trạng thái chưa làm việc..............................................48
Hình 3. 11 Mạch thủy lực ở trạng thái tăng góc nghiêng giá nâng..........................49
Hình 3. 12 Mạch thủy lực ở trạng thái giảm góc nghiêng giá nâng.........................50
Hình 3. 13 Mạch thủy lực ở trạng thái hãm khi đạt điểm dừng...............................51


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, quá trình xây dựng, hoạt động thương mại buôn bán ở các khu công
nghiệp, cảng và các ngành công nghiệp vận tải xếp dỡ. Việc sử dụng các thiết bị như máy
nâng hạ, máy xếp dỡ là một điều tất yếu để có thể vận chuyển hay xếp dỡ những kiện
hàng có trọng tải lớn cũng như làm gia tăng hiệu quả lao động. Hệ thống thủy lực trong
máy nâng hạ là hệ thống quan trọng nhất, nó đảm nhiệm công tác làm việc chính.
Nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn và nắm rõ được cách thức điều khiển cũng như
cách thức hoạt động của hệ thống thủy lực trên xe nâng. Từ đó, có thể dễ dàng nắm và
hiểu được cách thức vận hành các thiết bị thủy lực tương tự. Chúng em đã thực hiện đề
tài “Ứng dụng phần mềm FluidSIM mô phỏng hệ thống thủy lực trên xe nâng Forklift”.
Được sự giúp đỡ của thầy …………………., các thầy cô trong khoa công nghệ ô tô,
chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu. Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế còn
hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong quý thầy cô đóng
góp thêm ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nhóm Trưởng


MỞ ĐẦU
Truyền động thủy lực thủy tĩnh được sử dụng phổ biến hiện nay và ngày càng phát
triển mạnh mẽ, bời vì chúng có đặc tính điều khiển và điều khiển đặc biệt phù hợp cho tất
cả các dạng phụ tải. sự phù hợp của truyền động thủy lực thủy tĩnh xuất phát từ các tính
chất cơ bản sau:
 Quá trình điều khiển và điều khiển vô cấp được tiến hành đều đặn;
 Vùng làm việc thay đổi trong khoảng rộng;
 Tính thích tứng rất nhanh do mô men quán tính riêng rất nhỏ.
Ví dụ, xét thời gian khi động cơ không tải tăng tốc độ quay từ 0 đến 2/3 tốc độ danh
nghĩa thì:
 Động cơ thủy lực piston trục công suất 50 kW, hết khoảng 0,2 – 0,3s;
 Động cơ điện một chiều cùng công suất, hết khoảng 2 – 3s.
Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thủy tĩnh là truyền các thông số đặc trưng của
động cơ truyền lực (mô men quay M 1 và tần số quay n1) thích ứng với các thông số đặc
trưng của phụ tải (mô men tải M2 và tần số quay phụ tải n2 của một động cơ hoặc lực tải
F2 và vận tốc v2 của xylanh).
Trên hình 1.1 là sơ đồ dòng tín hiệu điều khiển và dòng công suất thủy lực khi
chuyển đổi năng lượng theo yêu cầu của máy phụ tải.
Người ta nhận thấy rằng, động cơ truyền lực cung cấp năng lượng cơ học P 1ch, và
chuyển đổi trong bơm thành năng lượng thủy lực P hyd, sau đó nhờ các phần tử điều khiển
và điều khiển tiếp tục dẫn đến động cơ hoặc xylanh thủy lực. Tại đây năng lượng thủy lực
lại bị chuyển đồi thành công suất cơ học P2mech.
Dòng tín hiệu
Năng lượng
điều kiển
Năng lượng
làm việc

P2 ch =M2

Phần tử tín hiệu

Động cơ
thủy lực
Động cơ

Bơm

truyền lực

thủy lực t

P1 ch = M1

Pd = pQ

Các phần từ
điều khiển
Xylanh
thủy lực
P2 ch=F2V2

Dòng công suất
Sơ đồ khối hiệu điều khiển và dòng công suất trong hệ thống thủy lực


Ngoài dòng công suất đã mô tả còn có một dòng tín hiệu để điều khiển và điều

khiển dòng công suất trên, ví dụ tại một bộ điều khiển thủy lực điện, tín hiệu ra vào là
một dòng điện và nhờ thiết bị điều khiển tác động tiếp tục sao cho động cơ thủy lực hoặc
xylanh thủy lực có thể thực hiện các hoạt động mong muốn của phụ tải theo sự tăng tải
trọng hoặc theo trật tự thời gian,…
Tải trọng của một máy được truyền động thủy tĩnh thường là rất ít khi không thay
đổi, nó phụ thuộc rất nhiều vào công việc cần thực hiện và thường biến động mạnh, dẫn
đến làm biến dộng áp suất trong thiết bị thủy lực.
Mặt khác, trong nhiều trường hợp người ta mong muốn có công suất P 1 ch của động
cơ truyền lực là không đổi và tận dụng hết công suất. Nếu muốn đạt được yêu cầu đó với
một áp suất cho trước thì chỉ có khả năng là thay đổi lưu lượng dầu thủy lực Q. Các
phương pháp điều khiển và điều khiển dưới đây đều dựa trên cơ sở thay đổi lưu lượng.
Điều khiển vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay của cơ cấu chấp
hành trong hệ thống thủy lực bằng cách thay đổi lưu lượng dầu thủy lực thường sử dụng
2 phương pháp cơ bản sau:
 Phương pháp thứ nhất: Sử dụng biện pháp thay đổi sức cản trên đường dẫn bằng
van tiết lưu. Phương pháp này gọi là “điều khiển bằng tiết lưu”.
 Phương pháp thứ hai: Sử dụng biện pháp thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu,
tức là thay đổi lưu lượng của bơm cung cấp cho hệ thống thủy lực. Phương pháp
này gọi là “điều khiển bằng thể tích”.
Lựa chọn phương pháp điều khiển bằng vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
công suất truyền động, áp suất cần thiết, đặc điểm thay đổi tải trọng, kiểu và đặc tính của
bơm dầu…
Để giảm nhiệt độ của dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống thúy lực, người ta
dùng phương pháp điều khiển vận tốc bằng thể tích. Loại điều khiển này được thực hiện
bằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực lưu lượng dầu cần thiết đảm bảo một vận tốc
nhất định. Do đó nếu như không tính đến tổn thất về thể tích và cơ khí thì toàn bộ năng
lượng do bơm dầu tạo nên đều niến thành công có ích.


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN

1.1. Điều khiển ổn định vận tốc
1.1.1. Điều khiển bằng tiết lưu
Nếu muốn thay đổi vô cấp lưu lượng của một bơm có thể tích làm việc không đổi
thích ứng với yêu cầu của phụ tải, người ta có thể sử dụng các van phân phối tiết lưu hoặc
các van dòng.
Các van tiết lưu chuyển lưu lượng cực đại cung cấp thừ bơm thành một lưu lượng
hoạt động của phụ tải Q2 và một lượng dầu thừa (Q1 – Q2) được hồi về thùng qua van giới
hạn áp suất (tiết lưu machjd ầu chính) hoặc qua van dòng (tiết lưu mạch dầu phụ).
Việc thay đổi lưu lượng cung cấp từ bơm có thể tích làm việc không đổi nhờ van
tiết lưu thường được ứng dụng trên các hệ thống thủy lực của các máy công tác tự hành.
Điều khiển van tiết lưu có kết cấu đơn giản nên loại điều khiển này được dùng phổ
biến trong các hệ thống thủy lực của các máy công cụ đề điều khiển vận tốc của chuyển
động thẳngcũng như chuyển động quay.
Từ sơ đồ nghuyên lý của van tiết lưu như hình 1.2
p1

p2
Q

Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu
Ta có phương trình lưu lượng Q qua van là:
(1.1)
Trong đó:
-

Hệ số lưu lượng
Tiết diện khe hở van tiết lưu
Gia tốc trọng trường
Khối lượng riêng dầu thủy lực
Chênh lệch áp suất trong van tiết lưu

Từ công thức (1.1) ta thấy, khi tiết diện van thay đổi làm thay đổi chênh lệch áp
suất qua van làm cho thay đổi lưu lượng dầu Q tới cơ cấu chấp hành dẫn tới vận tốc của
cơ cấu chấp hành thay đổi.
Ở phương pháp điều khiển này bơm dầu có lưu lượng không đối và với việc thay
đổi tiết diện chảy của van tiết lưu, làm thay đổi hiệu áp của đầu, do đó thay đối lưu lượng


Q dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định. Lượng dầu thừa không
thực hiện công có ích được hồi về bình chứa dầu.
Tuỳ thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta có hai phương pháp điều
khiển lưu lượng bằng tiết lưu như sau:



Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường dầu cấp vào cơ cấu chấp hành;
Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi dầu về thùng chứa.
1.1.1.1. Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường cấp

Hình 1.3 là sơ đồ điều khiển vận tốc bằng tiết lưu ở đường vào. Van tiết lưu (3) đặt
ở đường vào của xylanh (5). Đường ra của xylanh được dẫn về bình chứa dầu qua van
cản (6). Nhờ van tiết lưu (3), ta có thể điều khiển hiệu áp suất giữa hai đầu van tiết lưu,
tức là điều khiển được lưu lương chảy qua van tiết lưu vào xylanh (bằng cách thay đổi
tiết diện chảy ), do đó làm thay đổi vận tốc của piston . Lương đầu thừa (Q T) chảy qua
van tràn (2) về bình chứa dầu.
Van cản (6) dùng để tạo nên một áp nhất định (khoảng 3 đến 8 bar) trong buồng
bên phải của xylanh (S), đảm bảo piston chuyển động êm, ngoài ra van cần (6) còn
làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trong thay đột ngột.
5

4

3

6

2

1
Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vận tốc bằng tiết lưu đường vào
Trong đó:

1 – Bơm thủy lực

2 – Van tràn

3 – Van tiết lưu

4 – Van đảo chiều

5 – Xylanh lực

6 – Van cản

Nếu như tải trọng tác dụng lên piston là F và lực ma sát giữa piston và xylanh là F ms
thì phương trình cân bằng lực tác dụng lên piston là:


(1.2)
(1.3)

Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu:
(1.4)
Trong đó: là áp suất do bơm dầu tạo nên, được điều khiển bằng van tràn.
Phương trình lưu lượng: Q1 qua van tiết lưu (bỏ qua sự rò dầu)
Khi tiết diện van thay đổi làm chênh lệch áp suất thay đổi dẫn tới lưu lượng cung
cấp cho mạch thủy lực thay đổi, từ đó làm vận tốc thay đổi.
Ta thấy: khi tải trọng ngoài FL thay đổi thì áp suất thay đổi làm chênh lệch áp suất
thay đổi dẫn đến lưu lượng cung cấp cho mạch thủy lực thay đổi làm cho vận tốc của tải
không ổn định.
1.1.1.2. Điều khiển bằng van tiết lưu lắp trên đường hồi
Hình 1.4 là sơ đồ điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu ở đường ra. Van tiết lưu
đảm nhiệm luôn chức năng của van cản là tạo nên một áp suất nhất định ở đường ra của
xylanh. Trong trường hợp này, áp suất ở buồng trái xylanh bằng áp suất của bơm, tức là .
Phương trình cân bằng lực tác dụng lên piston là:
(1.6)
Vì cửa van của tiết lưu nối liền với bình chứa dầu (áp suất p 3 khá nhỏ so với áp suất
p2), nên hiệu áp của van tiết lưu:
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Khi tải ngoài FL thay đổi làm áp suất trên đường ra p 2 thay đổi dẫn đến lưu lượng ra
thay đổi làm cho vận tốc thay đổi.
Nhận xét:
Cả hai phương pháp điều khiển bằng tiết lưu trên đều có ưu điểm là kết cấu đơn
giản, nhưng cả hai đều có nhược điểm là không đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành ở
một giá trị ổn định, khi tải trong thay đổi.
Do đó người ta chỉ dùng phương pháp điều khiển bằng tiết lưu cho những hệ thống
thủy lực làm việc với tải trong thay đổi nhỏ, hoặc trong hệ thống không yêu cầu cao về
ổn định vận tốc.
Nhược điểm khác của hệ thống điều khiển bằng tiết lưu là do ma sát và độ nhớt của

dầu thủy lực nên khi đầu đi qua van tiết lưu sẽ gia tăng nhiệt độ, nhiệt lượng ấy làm giảm
độ nhớt của đầu, có khả năng làm tăng lượng dầu rò, ảnh hưởng đến sự ổn định vận tốc
của cơ cấu chấp hành, dẫn đến hiệu suất của hệ thống giảm.


Vì những lý do đó, điều khiển bằng tiết lưu thường dùng trong những hệ thống thủy
lực có công suất nhỏ, thường không quá 3 - 3,5 kW. Hiệu suất của hệ thống điều khiển
này khoảng 0,65 ~ 0,67.
5

4

2

3

1
Hình 1. 3 Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tiết lưu ở đường ra
Trong đó:

1- Bơm thủy lực

2 – Van tràn

4 – Van đảo chiều

5 – Xylanh lực

3 – Van tiết lưu

1.1.2. Điều khiển bằng thể tích
Để giảm sự gia tăng nhiệt độ dầu trong hệ thống khi làm việc, đồng thời tăng hiệu
suất của hệ thống thủy lực, người ta thường dùng phương pháp điều khiển vận tốc bằng
cách thay đổi thể tích đầu thủy lực cấp vào hệ thống. Loại điều khiển này được thưc hiện
bằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực lưu lượng đầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc
nhất định tùy theo yêu cầu của tải mạch ngoài.
Lưu lượng dầu có thể thay đổi bằng cách dùng bơm dầu piston hoặc cánh gạt có khả
năng điều chỉnh lưu lượng khi làm việc.
Đặc điểm của hệ thống điều khiển vận tốc bằng thể tích là khi tải trong không đổi,
công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ thuận với lưu lượng của bơm. Vì thế, loại điều khiển
này được dùng rộng rãi trong các máy yêu cầu công suất lớn khi khởi động, tức là cần
thiết lực kéo hoặc mômen xoắn lớn. Ngoài ra, nó cũng được dùng rộng rãi trong những
hệ thống thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay với đặc tính làm việc là
vận tốc giảm thì công suất cần thiết cũng phải giảm.
Tóm lại: Ưu điểm của phương pháp điều khiển bằng thể tích là đảm báo hiệu suất
tmyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nhưng bơm dầu điều khiển được lưu lượng có kết
cấu phức tap, giá thành chế tao đắt hơn là loại bơm dầu có lưu lượng không đổi.

Hình 1. 4: Sơ đồ thủy lực điều khiển bằng thể tích
Ta có:

Từ sơ đồ nguyên lý trên hình 1.5 ta nhận thấy: Khi thay đổi độ lệch tâm e =› sẽ
thay đổi => = thay đổi =› thay đổi.


Nhận xét: Toàn bộ lưu lượng của bơm đến cung cấp cho xylanh (không có dầu thừa)
nên hiệu suất của hệ thống đạt được là cao hơn so với phương pháp điều khiển bằng tiết
lưu.
1.1.3. Ổn định vận tốc

Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệ
thống điều khiển đơn giản như đã trình bày ở trên không thể đảm bảo được, vì nó không
khắc phục được những nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyển động, như tải trọng
không thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng như sự thay đổi nhiệt độ của dầu.
Ngoài những nguyên nhân trên, hệ thống thủy lực làm việc không ổn định còn do
những thiếu sót về kết cấu (như các cơ cấu điều khiển chế tao không chính xác, lắp ráp
không thích hợp. . .). Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì được trí số đã điều
khiển thì trong các hệ thống điều khiến vận tốc kế trên cần lắp thêm một bộ phận, thiết bị
để loại trừ ảnh hưởng của các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc.
Ta xét một số phương pháp thường dùng để ổn định vận tốc của cơ cấu chấp hành.
Để giảm ảnh hướng thay đổi tải trọng, phương pháp đơn giản và phổ biến nhất là dùng bộ
ổn định vận tốc (gọi tắt là bộ ổn tốc). Bộ ổn định tốc độ có thể dùng trong hệ thống điều
khiển vân tốc bằng tiết lưu, hay ở hệ thống điều khiển bằng thể tích và nó có thể ở đường
vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành. (Bộ ổn tốc lắp ở đường ra được ứng dụng rộng
rãi hơn).
1.1.3.1. Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường vào của cơ cấu chấp hành
Giả sử khi FL = 0 ta có:
(1.10)
(1.11)
Trong đó:
Tại van giảm áp ta có:
(1.12)
(1.13)
Hiệu áp qua van tiết lưu là hằng số
(1.14)


Hình 1. 5: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độc trên đường vào
Giải thích: giả sử ngoại lực FL tăng lên làm áp suất tăng nên piston van giảm áp
dịch chuyển sang trái làm cửa ra của van giảm áp mở rộng dẫn đến áp suất tăng lên để

giảm sự chênh lệch áp suất làm cho
Trên đồ thị:
+/ Khi  =>  =>
+/ Khi , tức là cửa ra của van mở hết cỡ (tại A trên đồ thị), nếu tiếp tục FL =>  mà
không tăng nữa =>  =>  và đến khi => => .
1.1.3.2. Bộ ổn định tốc độ lắp trên đường ra của cơ cấu chấp hành
Tại van giảm áp ta có:
(1.15)
(1.16)
Hiệu áp qua van tiết lưu là hằng số
(1.17)
+/ Giả sử: FL  =>  =>  => pitong van giảm áp sang phải => cửa ra mở rộng =>
 để


Hình 1. 6: Sơ đồ mạch thủy lực có lắp bộ ổn định tốc độ trên đường ra
Trên đồ thị:
Khi FL = 0 => =>
Khi FL  =>  => van giảm áp duy trì để => .
Nếu tiếp tục  FL => (tại A trên đồ thị), nếu tăng nữa =>  = 0 tại B.
1.1.3.3. Ổn định tốc độ khi điều khiển bằng thể tích kết hợp với tiết lưu
Lưu lượng của bơm được điều khiển bằng cách thay đổi độ lệch tâm e. Khi làm
việc, stato của bơm có xu hướng di động sang trái do tác dụng của áp suất dầu ở bường
nén gây nên.
Ta có phương trình cân bằng lực của stato (bỏ qua ma sát):
(1.18)
Trong đó: k: hệ số điều khiển bơm
Nếu ta lấy hiệu tiết diện
thay vào biểu thức (1.18) ta được:

=>

(1.19)


Hình 1. 7: Ổn định tốc độ khi điều khiển kết hợp
Ta có lưu lượng qua van tiết lưu:
(1.20)
(1.21)
Từ công thức (1.20) ta thấy:
Lưu lượng Q không phụ thuộc vào tải trọng (đặc trưng bằng )
Giả sử: FL => => piston điều khiển sẽ đẩy stato của bơm sang phải =>  => 
=> .

1.2. Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực
1.2.1. Khái quát về hệ thống dẫn động và điều khiến bằng thủy lực
Tương tự như khi thiết kế máy nói chung, khi thiết kế các hệ thống dẫn động và
điều khiển bằng thuỷ lực cũng phải xuất phát từ các chức năng mà máy cần thực hiện. Để
biểu diễn hệ thống thường sử dụng sơ đồ mạch với các ký hiệu mạch thuỷ lực.
Việc tổng hợp một thiết bị thuỷ lực, có nghĩa là kết nối các phụ tải thuỷ lực thành
một thiết bị thuỷ lực đầy đủ và biểu diễn nó có thể được thực hiện đơn giản nhất nhờ các
sơ đồ mạch thủy lực.
Các Sơ đồ mạch thường gồm nguồn thủy lực và các nhóm phụ tải mà nhờ đó người
ta có thể hiểu được tổng quát về cấu tạo của thiết bị. Các phụ tải thường được chia làm 5
nhóm cơ bản sau:


Nhóm 1: Các phụ tải để tạo ra lưu lượng (chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng
lượng thuỷ lực);
Nhóm 2: Các phụ tải để giới hạn áp suất dầu (bảo vẻ quá tải);

Nhóm 3: Các phụ tải để xác định chiều dòng chuyển động (chiều chuyển động của
phụ tải);
Nhóm 4: Các phụ tải để xác định cường độ dòng dầu (vận tốc chuyển động của phụ
tải);
Nhóm 5: Các phụ tải chấp hành để tạo ra di chuyển của máy (chuyển đổi năng
lượng thuỷ lực thành năng lượng cơ học).
Khi xây dựng một sơ đồ mạch thủy lực mới, hoặc khi đọc các sơ đồ mạch thủy lực
có sẵn, chúng ta nên lấy các phụ tải cơ bản này làm cơ sở để lập sơ đồ hoặc để phân tích
và đọc sơ đồ mạch.
Ví dụ: trong mạch thủy lực hệ thống phanh đơn giản của ô tô sẽ không có các nhóm
2; 3; 4 vì để phanh chỉ cần có một xylanh lực (tổng phanh) nhận lực truyền từ bàn đạp
phanh để tạo công suất thuỷ lực (nhóm 1) và 4 xylanh phanh tại các bánh xe (xylanh con)
để tạo ra lực ép khi phanh tại cơ cấu phanh bánh xe (nhóm 5).
1.2.2. Các sơ đồ hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực thông dụng
1.2.2.1. Máy dập khung vỏ thủy lực điều khiển bằng tay
Nguyên lý làm việc: Xylanh lực 4 có cầu nối với khuôn dập. Ở trạng thái ban đầu
khi chưa có tác động điều khiển thì van 3 ở vị trí 1 khi đó xylzmh được cấp đầu thủy lực
và nâng khuôn dập lên. Khi có tín hiệu tác động bằng tay, van đảo chiều chuyển từ vị trí 1
sang vị trí 2 làm cho dầu từ xylanh hồi nhanh về thùng, dầu dập đi xuống. Khi thả tay ra
do tác động của lò xo hồi vị, van đảo chiều sẽ trở về vị trí 1 và xylanh lại nâng khuôn dập
lên vị trí ban đầu.


Hình 1. 8: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển bằng tay máy dập khung vỏ
Trong sơ đồ:
1- Bơm

2- Van tràn

3- Van đảo chiều

4- Xylanh lực

5- Áp kế

6- Van một chiều

1.2.2.2. Cơ cấu điều khiển gầu xúc trong máy công trình
Nguyên lý làm việc: Xylanh lực 4 điều khiển tay gầu máy xúc. Ở trạng thái ban đầu
khi chưa có tác động điều khiển thì van 3 ở vị trí B khi đó xylanh được cấp dầu thủy lực
và đẩy tay gầu về vị trí ban đầu. Khi có tín hiệu tác động bằng tay, van đảo chiều chuyển
từ vị trí B sang vị trí A làm cho dầu thủy lực đi theo chiều ngược lại dẫn động gầu xúc
thực hiện nhiệm vụ. Để chuyển động của xylanh, gầu xúc đi xuống được êm, ta lắp thêm
một van cản 5 vào đường xả dầu về. Khi thả tay ra do tác động của lò xo hổi vị, van đảo
chiều sẽ trở về vị trí B và xylanh lại đẩy tay gầu về vị trí ban đầu.


Hình 1. 9: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển gầu múc trong máy công trình
Trong đó:

1- Bơm;

2- Van tràn;

3- Van đảo chiều 4/2,

4- Xylanh;

5- Van cản.

6- Van một chiều;

1.2.2.3. Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực
Van phân phối trợ lực lái được bố trí trên trục lái trong cơ cấu lái. Piston van được
đỡ trong vỏ qua lò xo van. Tại vì trí trung gian của van trợ lái tất cả các đầu nối được
thông với nhau. Bơm thuỷ lực cung cấp dầu không áp suất về thùng. Xylanh trợ lái được
lắp ở vị trí trung gian, do đó các lực ngoài có thể tạo nên tác động ngược vào bánh xe.
Khi đó vô lăng có thể xoay về theo chuyển động của bánh hướng dẫn qua trục lái.
Nếu tác động vào vô lăng thì piston van trợ lái dịch chuyển ngược chiều lò xo.
Xylanh trợ lái được cung cấp dầu có áp suất đến một khoang để xoay bánh xe hướng dẫn
theo chiều xoay của vô lăng. Nếu vô lăng được giữ chặt thì con trượt van lại dịch chuyển
trở về vị trí trung gian. Để cải thiện tốt hơn tính chất lái thì dòng dầu đi qua van điều
khiển dòng cần được giữ không đổi. Nếu hệ thống thuỷ lực bị hỏng thì lực lái sẽ được
truyền từ truyền động lái qua piston van lái đến trục lái thuần tuý cơ học. Piston có thể
cuốn dầu qua van chặn dòng.


Hình 1. 10: Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống trợ lực lái thủy lực
1.2.3. Cơ sở tính toán hệ thống điều khiển thủy lực
1.2.3.1. Quy trình tính toán hệ thống điều khiển thủy lực
Việc tính toán mạch thủy lực nhằm xác định các thông số làm việc cơ bản của hệ
thống thường được thực hiện qua 9 bước như sau:
Bước 1. Xác định dự án thiết kế
Xác định các chức năng công nghệ của máy cần thiết kế và nhiệm vụ cần thực hiện
của hệ thống thuỷ lực trong máy.
Bước 2. Tìm các hàm truyền động (Động học)
Xác định quãng đường, vận tốc, tần số quay, các quá trình hoạt động theo thời gian.
Bước 3. Xác định tải trọng cần khắc phục (Điều kiện đầu)
Xác đính lực, mô men…
Bước 4. Xác định loại và các thông số của nhóm các phụ tải thụ động (Thông số

chọn theo phụ tùng)
Xác định loại truyền lực và áp suất hoạt động trong hệ thống. Xác định loại và các
thông số của xylanh, động cơ, thùng dầu, bộ lọc, tích áp và bộ phân trao đổi nhiệt.
Bước 5. Xác định loại và thông số của nhóm các phụ tải chủ động (Thông số làm
việc) Xác định loại bơm và thể tích làm việc của bơm.
Bước 6. Xác định phương pháp điều khiển và điều khiển Xác định lọai van, các
thông số van và lọai tác động van. Xác định các phần từ kết nối (đường ống, ống mềm,
kết nối chuỗi, khối điều khiển).


Bước 7. Xây dựng sơ đồ mạch
Bước 8. Kiểm tra nhiệt
Bước 9. Đánh giá chi phí đầu tư cũng với chi phí hoạt động. Các bước tiến hành đã
nên chỉ mang tính khái quát. Trong thực tế có thể xử lý các bước riêng biệt, không tuân
theo trật tự này và các bước cũng có thể được thực hiện tích hợp nhiều phần với nhau. Ví
dụ vấn đề nhiệt có thể phân tích ngay trong khi xác định các thông số của nhóm các phần
tự thụ động. Phân tích giá thành, chi phí có thể thực hiện trong mỗi bước hoặc mỗi giai
đoạn riêng lẻ hoặc là khi xác định lọai truyền lực và áp suất hoạt đông thì đã xác định cả
loại bơm và thể tích làm việc của bơm.
1.2.3.2. Tính toán hệ thống dẫn động và điều khiển thủy lực
 Mục tiêu
Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đến có những yêu cầu kỹ thuật nhất định.
Những yêu cầu đó chỉ có thể được thỏa mãn, nếu như các thông số cơ bản của các bộ
phân ấy được lựa chọn thích hơp.
Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều chỉnh, cũng
như phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực đều được tiêu chuẩn hóa.
Do đó, việc thiết kế hệ thống thủy lực thông thường là việc tính toán lựa chọn thích hợp
các cơ cấu trên.
 Trình tự tính toán hệ thống truyền động thủy lực
Trình tự: Số liệu ban đầu và các yêu cầu sau:

- Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v), hành trình (x),…
- Chuyển động quay: mômen xoắn Mx, vận tốc (n, Q);
- Thiết kế sơ đồ thiết bị;
- Tính toán p, Q của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng và vận tốc;
- Tính toán lưu lượng và áp suất của bơm;
- Chọn các phần từ thủy lực (pb, Qb);
- Xác định công suất động cơ điện.
 Sau đây là trình tự tính toán các thông số cơ bản trong hệ thống dẫn động thủy
lực với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của tổn thất áp suất và lưu lượng trong các phần tử và
trong toàn hệ thống.




Tính toán hệ thống dẫn động thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến

Hình 1. 11: Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến
Tính cân bằng lực và kích thước xylanh
Phương trình cân bằng của lực tác dụng lên piston
Đường kính của xylanh:
Đường kính của cần piston:
Ta có:

Khi piston làm việc theo chiều ngược lại:

Lưu lượng dầu vào xy lanh để piston chuyển động với vận tốc cực đại:
cm3/s
1/ph
Lưu lượng dầu ra khỏi hệ thống khi làm việc với là:
cm3/s

1/ph


Lưu lượng qua van tiết lưu và van đảo chiều được xác định theo công thức
Torriceli:
Tính chọn bơm dầu và động cơ dẫn động bơm dầu
Lưu lượng của bơm: chọn dựa vào P và Q  Nđcơ điện
1/ph
Áp suất bơm:
bar
Công suất cơ để chuyển động bơm là:
KW
Công suất càn thiết của động cơ điện Nđ là:
KW
Tính và chọn đường ống dẫn dầu thủy lực (đường hút, đường nén, đường xả)
Chọn vận tốc chảy qua ống:
ở đường hút: đến 1.5 m/s
ở đường nén:
v=5 đến 6m/s
ở đường ống xả:
chọn kích thước đường kính ống: mm