Giáo trình Truyền động thủy lực và khí nén

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.98 MB, 232 trang )

(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PGS.TS. LÊ VĂN THÁI (Chủ biên) TS. PHẠM VĂN TỈNH - ThS. NGUYỄN HOÀNG TÂN. Giáo trình. TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN (Giáo trình Đại học Lâm nghiệp). NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 1.

(2) 2.

(3) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................................7. Phần thứ nhất. TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC. 9. Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC ..............................11 1.1. Khái niệm chung về truyền động thủy lực 1.1.1. Phân loại 1.1.2. Các đại lượng cơ bản của truyền động thủy lực. 11 11 11. 1.2. Ưu, nhược điểm của truyền động thủy lực 1.2.1. Ưu điểm 1.2.2. Nhược điểm. 14 14 15. 1.3. Nguyên lý làm việc của truyền động thủy lực. 15. 1.4. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 1.4.1. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến 1.4.2. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay. 15 15 16. 1.5. Các định luật chất lỏng 1.5.1. Định luật áp suất thủy tĩnh 1.5.2. Phương trình dòng chảy liên tục 1.5.3. Phương trình Bernulli. 17 17 18 18. 1.6. Tổn thất trong hệ thống truyền động thủy lực 1.6.1. Tổn thất thể tích 1.6.2. Tổn thất cơ khí 1.6.3. Tổn thất áp suất 1.6.4. Ảnh hưởng của các thông số hình học đến tổn thất áp suất. 19 19 20 20 21. 1.7. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 1.7.1. Độ nhớt 1.7.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực. 25 25 25. Chương 2. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ DẦU .............................................................................................................................27 2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng 2.1.1. Nguyên lý biến đổi năng lượng 2.1.2. Bơm và động cơ thủy lực 2.1.3. Xi lanh thủy lực. 27 27 27 43 3.

(4) 2.2. Hệ thống xử lý dầu 2.2.1. Thùng dầu thủy lực 2.2.2. Bộ lọc dầu 2.2.3. Bình trích chứa (tích áp) 2.2.4. Ống dẫn, ống nối 2.2.5. Vòng chắn. 45 45 47 50 53 55. Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỆN THỦY LỰC ...............57 3.1. Khái niệm. 57. 3.2. Các phần tử của hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực 3.2.1. Van áp suất 3.2.2. Van đảo chiều 3.2.3. Van tiết lưu 3.2.4. Bộ ổn tốc 3.2.5. Bộ phân dòng 3.2.6. Van chặn 3.2.7. Các loại van điện - thủy lực. 57 57 63 68 72 75 76 79. Chương 4. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC ...............................................................................................................87 4.1. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng thủy lực 4.1.1. Máy dập thủy lực 4.1.2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình công nghệ đúc 4.1.3. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy 4.1.4. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 4.1.5. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ 4.1.6. Máy khoan bàn. 87 87 87 88 90 91 92. 4.2. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng điện - thủy lực 4.2.1. Thiết bị uốn tôn 4.2.2. Thiết bị ép lắp chi tiết 4.2.3. Máy dập ép 4.2.4. Điều khiển đóng mở cửa 4.2.5. Máy ép 4.2.6. Thiết bị lắp ráp với hai cơ cấu chấp hành 4.2.7. Thiết bị nâng gói hàng. 93 93 94 96 97 99 101 103. 4.3. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển tự động thủy lực 4.3.1. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van servo 4.3.2. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ 4.3.3. Hệ thống truyền động và điều khiển tốc độ sử dụng van servo. 105 105 108 109. 4.

(5) 4.4. Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 4.4.1. Tính toán một số đại lượng của bơm và động cơ thủy lực 4.4.2. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến 4.4.3. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động quay 4.4.4. Tính toán ống dẫn thủy lực 4.4.5. Tính toán một số mạch thủy lực điển hình. 110 110 111 114 115 117. Phần thứ hai. TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN. 125. Chương 5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN.................................127 5.1. Khả năng ứng dụng của khí nén 5.1.1. Trong lĩnh vực điều khiển 5.1.2. Trong các hệ thống truyền động. 127 127 127. 5.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 5.2.1. Ưu điểm 5.2.2. Nhược điểm. 128 128 128. 5.3. Một số đặc điểm của hệ thống truyền động khí nén. 129. 5.4. Cơ sở lý thuyết tính toán truyền động khí nén 5.4.1. Thành phần hóa học và các đại lượng vật lý cơ bản của không khí 5.4.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học 5.4.3. Phương trình dòng chảy 5.4.4. Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp 5.4.5. Tổn thất áp suất trong truyền động khí nén. 130 130 131 136 137 140. Chương 6. SẢN XUẤT, PHÂN PHỐI VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN...........................................148 6.1. Sản xuất khí nén 6.1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí 6.1.2. Máy nén khí kiểu píttông 6.1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt 6.1.4. Máy nén khí kiểu trục vít 6.1.5. Máy nén khí kiểu Root. 148 148 148 149 150 152. 6.2. Phân phối khí nén 6.2.1. Yêu cầu 6.2.2. Bình trích chứa khí nén 6.2.3. Mạng đường ống dẫn khí nén. 152 152 153 154. 6.3. Xử lý khí nén 6.3.1. Yêu cầu về khí nén 6.3.2. Các phương pháp xử lý khí nén. 157 157 158 5.

(6) Chương 7. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN ......................166 7.1. Khái niệm. 166. 7.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén và điện khí nén 7.2.1. Van đảo chiều 7.2.2. Van chặn 7.2.3. Van tiết lưu 7.2.4. Van áp suất 7.2.5. Van điều chỉnh thời gian 7.2.6. Van chân không 7.2.7. Cơ cấu chấp hành. 167 167 175 178 179 181 181 182. Chương 8. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN ...........................................................................................................................187 8.1. Ứng dụng hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén 8.1.1. Thiết bị chuyển hướng 8.1.2. Điều khiển phễu 8.1.3. Ổ nạp đứng 8.1.4. Ổ nạp đứng có nhiều khoang 8.1.5. Điều khiển dây đai băng chuyền 8.1.6. Bàn quay chỉ vị trí 8.1.7. Hệ thống ép vật liệu rời thành khối 8.1.8. Cơ cấu ép khi hàn nhiệt điện 8.1.9. Máy thở tích cực trong y tế. 187 187 188 190 191 192 194 195 196 197. 8.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 8.2.1. Biểu đồ trạng thái 8.2.2. Các phương pháp điều khiển bằng khí nén. 198 198 199. 8.3. Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén 8.3.1. Nguyên tắc thiết kế 8.3.2. Mạch điều khiển điện - khí nén với một xilanh 8.3.3. Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp có 2 xilanh khí nén 8.3.4. Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầng. 211 212 212 214 216. PHỤ LỤC .....................................................................................................................................218 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................230. 6.

(7) LỜI NÓI ĐẦU. Để đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên và yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, giáo trình “Truyền động thủy lực và khí nén” được biên soạn để làm tài liệu giảng dạy và học tập cho giảng viên, sinh viên các ngành Kỹ thuật cơ khí, Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử và Công nghệ kỹ thuật ô tô tại Khoa Cơ điện và Công trình - Trường Đại học Lâm nghiệp, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành kỹ thuật khác, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật khi vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa và tính toán thiết kế hệ thống thủy lực - khí nén trên các máy và thiết bị công nghiệp. Nội dung của giáo trình gồm hai phần chính: Phần thứ nhất. Truyền động thủy lực, bao gồm các nội dung: Chương 1 - Cơ sở lý thuyết về truyền động thủy lực; Chương 2 - Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu; Chương 3 - Hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực; Chương 4 - Ứng dụng và thiết kế hệ thống truyền động thủy lực; Phần thứ hai. Truyền động và điều khiển khí nén, bao gồm các nội dung: Chương 5 - Cơ sở lý thuyết về truyền động khí nén; Chương 6 - Sản xuất, phân phối và xử lý khí nén; Chương 7 - Hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén; Chương 8 - Ứng dụng và thiết kế hệ thống điều khiển khí nén; Tập thể tác giả chân thành cảm ơn bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa Cơ điện và Công trình, trường Đại học lâm nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu nhằm nâng cao chất lượng của giáo trình. Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng trình bày những vấn đề cơ bản nhất, cập nhật những kiến thức mới, hiện đại và một số ứng dụng từ thực tế sản xuất để đáp ứng yêu cầu đào tạo và phù hợp với thực tiễn ở Việt Nam. Tuy nhiên, do điều kiện thời gian có hạn, trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong sự góp ý của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau. Thư góp ý xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp - Hà Nội. Các tác giả. 7.

(8) 8.

(9) Phần thứ nhất. TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC. 9.

(10) 10.

(11) Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC. 1.1. Khái niệm chung về truyền động thủy lực 1.1.1. Phân loại. Truyền động thủy lực (TĐTL) được chia làm hai loại: Thủy động học và thủy tĩnh học: - Thủy động học: Năng lượng được truyền đi bao gồm: Động năng. v2 và áp năng 2g. p (hình 1.1a), năng lượng được truyền đi nhờ sự tác động va đập của chất lỏng vào các  cánh quạt tua bin (dùng động năng của chất lỏng chuyển biến thành cơ năng).. - Thủy tĩnh học (truyền động thể tích): Năng lượng được truyền đi chủ yếu nhờ áp năng (hình 1.1b), năng lượng được truyền đi bằng cách tác dụng một lực đẩy làm cho lưu chất tạo ra áp suất cân bằng với tải ngoài. Hầu hết truyền động thủy lực trên các máy công nghiệp ngày nay đều hoạt động theo nguyên lý thủy tĩnh.. a). b). Hình 1.1. Phân loại truyền động thủy lực a) Thiết bị thủy động; b) Thiết bị thủy tĩnh. 1.1.2. Các đại lượng cơ bản của truyền động thủy lực. 1.1.2.1. Áp suất a) Áp suất khí quyển Bao xung quanh trái đất một lớp không khí dày 80,5km (khoảng 50 dặm). Không khí rất nhẹ nhưng có khối lượng nên tạo nên lực trọng lượng tác dụng lên bề mặt trái đất 11.

(12) tạo ra áp suất. Như vậy, áp suất được tạo ra bởi khí quyển trái đất gọi là áp suất khí quyển. Lực tạo ra bởi một cột không khí có chiều cao 80,5km so với mặt nước biển và diện tích đáy 1in2 là 14,7 pounds. Do đó ở điều kiện bình thường, mọi nơi trên mặt đất có độ cao như nhau so với mặt nước biển đều chịu áp suất khí quyển có giá trị là: p0 . 14,7 pounds =14,7 psi = 101300 N/m2 = 1 at 2 1in. Pound (0,4536 kg) per square inch (6,4521 cm2); Ký hiệu lbs/in2 (psi). Ở những vùng núi cao thì áp suất khí quyển sẽ thấp hơn vì chiều cao cột không khí giảm. b) Áp suất tuyệt đối Áp suất tuyệt đối là áp suất tính cả áp suất khí quyển; Đơn vị đo áp suất tuyệt đối là psia (pounds per square inches absolute). c) Áp suất đo Áp suất đo là áp suất không tính đến áp suất khí quyển. Vì vậy: Áp suất tuyệt đối = áp suất đo + 14,7 (psi) Áp suất đo = áp suất tuyệt đối - 14,7 (psi) Chú ý: Đơn vị đo: Theo hệ đơn vị SI đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa): 1 Pa = 105N/m2. Đơn vị khá nhỏ nên thường dùng MPa = 106 Pa = 10at hoặc N/m2; N/cm2, bỏ đơn vị cũ kG/cm2; Ngoài ra còn dùng: 1bar = 105N/m2 và 1 at = 9,81.104 N/m2. Ở Đức theo tiêu chuẩn DIN dùng Kp/cm2 1Kp/cm2 = 1KG/cm2 hay 1bar = 1,02 KG/cm2 1.1.2.2. Vận tốc Vận tốc của lưu chất là tốc độ trung bình của các hạt đi qua một điểm cho trước; Đơn vị vận tốc tính là: (m/s) hoặc Feet/giây (ft/s), (1ft = 0,3048 m). 1.1.2.3. Lưu lượng Lưu lượng là lượng chất lỏng đi qua trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính lưu 3 lượng là (lít/phút); (dm /phút); (ml/ phút); (cm3/phút) hoặc gallon/phút (gpm); 3. 3. 1 gallon = 231 in = 3788,4 (ml); 1 in = 16,4 (ml). 12.

(13) Trong hệ thống thủy lực thì lưu lượng là lượng chất lỏng do bơm tạo ra trong một đơn vị thời gian, thường dùng đơn vị (lít/phút). Lưu lượng riêng của bơm, động cơ (dung lượng) q là lượng chất lỏng do bơm cung cấp trong 1 vòng quay (bơm rotor) hoặc trong một chu kỳ hoạt động (bơm píttông). Đơn 3 vị: (ml/vòng), (cm3/vòng) hoặc (in /rev) Ta có mối quan hệ giữa lưu lượng và lưu lượng riêng theo công thức: Q. q.n (lít/phút) 1000. (1.1). Trong đó: q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng); n - Số vòng quay của trục bơm, (vòng/phút); Q - Lưu lượng, (lít/phút). 3. Ví dụ: Một bơm có vận tốc 1200 (rpm), có lưu lượng riêng là q = 2(in /rev). Tính lưu lượng của bơm ra lít/phút (lpm) và gallons/phút (gpm). Ta có: 1in3 = 16,387 cm3 nên 2in3 = 32,8 cm3. Vậy q = 32,8 (cm3/rev). Q. q.n 32,8.1200 =39,3 (l/p)  1000 1000. in3 / rev.rpm 2.1200 = 10,4(gpm)  231 231 - Lưu lượng danh định: Lưu lượng được xác định ở tốc độ danh định với áp suất ở cửa ra và cửa vào của bơm theo tiêu chuẩn (bảng 1.1).. Và 1 galolls = 231 in3 nên Q . Bảng 1.1. Tốc độ và áp suất cửa vào, cửa ra của bơm theo tiêu chuẩn Thông số Tốc độ Áp suất cửa ra Áp suất cửa vào. Bơm cánh gạt. Bơm piston. 1200 rpm. 1800 rpm. 100 psi (6,9 bar). 100 psi (6,9 bar). 0 psi. 0 psi. Ví dụ: Bơm cánh gạt có lưu lượng 15 (gpm) là bơm cung cấp 15 gallons trong 1 phút với các điều kiện tốc độ danh định là 1200 rpm và áp suất ở cửa vào, ra theo tiêu chuẩn ở bảng 1.1. - Khi vận hành ở tốc độ bất kỳ, lưu lượng thực tế của bơm sẽ là: gpm = (gpm (danh định)  rpm)/rpm (danh định) Ví dụ: Bơm cánh gạt có lưu lượng danh định là 15 (gpm) thì khi vận hành ở tốc độ 600 (rpm) sẽ là: Gpm(600) = 15.600/1200 = 7,5 13.

(14) Vậy hiệu suất thể tích sẽ là:. v . Qtt 100% Qdđ. (1.2). Ví dụ: Bơm cánh gạt cung cấp lưu lượng 15 gpm ở 100 psi, nhưng chỉ cung cấp 12 gpm ở 200 psi. Vậy hiệu suất thể tích của bơm này là:  v . 12 .100% =80% 15. 1.1.2.4. Công suất - Công suất danh định ở cửa ra của bơm được tính theo công thức: kW = 0,00167  Q (lít/phút)  p (bar); (1.3) Hoặc: HP = 0,000583  Q(gpm)  p (psi); (1.4) HP (horse power) - Sức ngựa (mã lực) do James Watt phát minh; - Công suất đầu vào: Do có sự tổn thất do ma sát và sự rò rỉ trong hệ thống nên công suất đầu vào luôn lớn hơn công suất đầu ra. Đánh giá sự mất mát công suất giữa đầu vào và đầu ra thông qua hệ số hiệu suất (  ): . Công suất đầu vào:. Qra Qvào Qvao . (1.5) Qra . 1.2. Ưu, nhược điểm của truyền động thủy lực 1.2.1. Ưu điểm - Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít phải chăm sóc, bảo dưỡng. - Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn. - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không phụ thuộc vào nhau, các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ. - Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. - Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không bị va đập mạnh như trong trường hợp truyền động cơ khí hay truyền động điện. - Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. - Bảo vệ quá tải an toàn và thuận lợi nhờ van an toàn. - Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.. - Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa. 14.

(15) 1.2.2. Nhược điểm. - Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. - Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. - Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 1.3. Nguyên lý làm việc của truyền động thủy lực Trong hệ thống thủy lực, trước tiên cơ năng được chuyển thành năng lượng thủy lực, sau đó được truyền đi và điều khiển theo quy luật, cuối cùng được truyền trở lại thành cơ năng. Dựa vào đó người ta chia hệ thống truyền động thủy lực bao gồm các nhóm phần tử có chức năng khác nhau, một hệ thống bao gồm: - Quá trình chuyển đổi năng lượng (tạo ra năng lượng): Phần tử tạo ra năng lượng đóng vai trò chủ yếu trong hệ thống thủy lực là bơm thủy lực còn thứ yếu là xi lanh và động cơ thủy lực. Ngoài ra bình tích áp cũng có vai trò tạo năng lượng. - Điều khiển năng lượng: Năng lượng thủy lực dưới dạng áp suất và lưu lượng được điều khiển nhờ các van cũng như các khối điều áp của các bơm thủy lực có lưu lượng thay đổi; - Truyền năng lượng: Thực hiện nhờ dầu thủy lực chảy qua ống cứng, ống mềm, lỗ.. - Các thành phần khác: Để lưu giữ và chuẩn bị cho sự hoạt động của chất lỏng thủy lực người ta cần một số thiết bị như: Bộ lọc dầu, thùng chứa dầu, bộ làm mát dầu, bộ tản nhiệt, bộ phát nhiệt... 1.4. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 1.4.1. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến ở hình 1.2. Bơm thủy lực (1) hút dầu từ thùng chứa để cung cấp dầu cho hệ thống với lưu lượng Qb. Dầu thủy lực được đưa đến van tiết lưu (3) để điều khiển lưu lượng cung cấp cho cơ cấu chấp hành nhằm mục đích thay đổi vận tốc của cần píttông. Tùy vào vị trí làm việc của van đảo chiều (4) để dầu thủy lực có áp được đưa vào khoang phải hoặc khoang trái của xi lanh thủy lực (5). Giả sử dầu thủy lực đưa vào khoang bên trái của xi lanh (5), thì dưới tác dụng của áp suất dầu thủy lực tác dụng vào mặt của píttông sẽ tạo nên lực đẩy cần píttông sang phải. Khi đó, dầu ở khoang bên phải xi lanh bị dồn qua van đảo chiều rồi đến van một chiều để về thùng chứa. Muốn đổi chiều chuyển động của píttông, ta điều khiển van đảo chiều cho dầu cung cấp vào khoang phải của xi lanh. Dưới tác dụng của áp suất dầu lên mặt píttông tạo nên lực đẩy píttông sang bên trái. Dầu ở khoang bên trái bị dồn qua van đảo chiều và van tiết lưu để về thùng chứa. Van an toàn (2) lắp song song với bơm thủy lực (1) có công dụng bảo vệ hệ thống khi áp suất làm việc vượt quá áp suất quy định, khi đó van sẽ mở cho dầu qua van về thùng chứa đảm bảo an toàn cho hệ thống. 15.

(16) Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến 1. Bơm thủy lực; 2. Van an toàn; 3. Van tiết lưu; 4. Van đảo chiều; 5. Xi lanh thủy lực; 6. Van một chiều. 1.4.2. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay ở hình 1.3. Bơm thủy lực (1) hút dầu từ thùng chứa để cung cấp dầu cho hệ thống với lưu lượng Qb. Dầu thủy lực được đưa đến van tiết lưu (3) để điều khiển lưu lượng cung cấp cho cơ cấu chấp hành nhằm mục đích thay đổi tốc độ của trục động cơ thủy lực (5). Tùy vào vị trí làm việc của van đảo chiều (4), dầu thủy lực có áp được đưa vào khoang phải hoặc khoang trái của động cơ thủy lực (5). Giả sử dầu thủy lực đưa vào khoang bên trái của động cơ thủy Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống truyền động lực (5), thì dưới tác dụng của áp thủy lực chuyển động quay suất dầu thủy lực sẽ tạo nên mô 1. Bơm thủy lực; 2. Van an toàn; 3. Van tiết lưu; men quay trên trục động cơ làm nó 4. Van đảo chiều; 5. Động cơ thủy lực; 6. Van một chiều quay theo chiều kim đồng hồ. Khi đó, dầu ở khoang bên phải của động cơ bị dồn qua van đảo chiều rồi đến van một chiều để về thùng chứa. Muốn đổi chiều chuyển động của động cơ, ta điều khiển van đảo 16.

(17) chiều để cho dầu cung cấp vào khoang phải của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất dầu tạo nên mô men quay trên trục động cơ và trục sẽ quay theo chiều ngược kim đồng hồ. Van an toàn (2) lắp song song với bơm thủy lực (1) để phòng khi áp suất làm việc trong hệ thống vượt quá áp suất quy định, khi đó van sẽ mở cho dầu qua van để về thùng chứa đảm bảo an toàn cho hệ thống. 1.5. Các định luật chất lỏng 1.5.1. Định luật áp suất thủy tĩnh. l1. Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lượng và ngoại lực) tác dụng lên mỗi phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa (hình 1.4).. l2. h. a). b). c). Hình 1.4. Áp suất thủy tĩnh. Ở hình 1.4a ta có: p s  h.g .  p L Ở hình 1.4b ta có: p F . F A. Và ở hình 1.4c ta có: p F . (1.6) (1.7). F1 F2 l A F  và 1  2  1 A1 A2 l 2 A1 F2. (1.8). Trong đó:  - Khối lượng riêng của chất lỏng;. h - Chiều cao của cột nước; g - Gia tốc trọng trường; pS- Áp suất do lực trọng trường; pL- Áp suất khí quyển; pF- Áp suất của tải trọng ngoài; A, A1, A2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc; F - Tải trọng ngoài.. 17.

(18) 1.5.2. Phương trình dòng chảy liên tục. Lưu lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi. Lưu lượng (Q) của chất lỏng qua mặt cắt của ống có tiết diện A bằng nhau trong toàn ống (điều kiện liên tục). Ta có phương trình dòng chảy như sau: Q  A.v  const (hằng số). (1.9). Với v là vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tiết diện A; Nếu tiết diện dòng chảy là hình tròn có tiết diện tương ứng tại vị trí mặt cắt 1 và 2 là A1 và A2, ta có:. Q1  Q2 hay A1 .v1  A2 .v 2 Từ công thức (1.10) suy ra: v1 .. d12 d 2  v2 . 2 4 4. (1.10) (1.11). Từ công thức (1.11) suy ra vận tốc dòng chảy tại vị trí mặt cắt 2 là: d12 v 2  v1 . 2 d2. (1.12). Hình 1.5. Dòng chảy liên tục. Trong đó: Q1(m3/s), v1(m/s), A1(m2), d1 (m) lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí mặt cắt 1; Q2(m3/s), v2(m/s), A2(m2), d2(m) lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí mặt cắt 2. 1.5.3. Phương trình Bernulli. Theo hình 1.6 ta có áp suất tại một điểm của chất lỏng đang chảy được xác định theo phương trình:. 18.

(19) p1   .g .h1 .  .v12  .v 22  p 2   .g .h2   const 2 2. (1.13). Trong đó:. p1   .g .h1   : Áp suất thủy tĩnh; p 2   .g .h2   .v12  .v 22 : Áp suất thủy động; ; 2 2    .g : Trọng lượng riêng; Hình 1.6. Phương trình Bernulli. 1.6. Tổn thất trong hệ thống truyền động thủy lực Trong hệ thống truyền động thủy lực có các loại tổn thất sau: 1.6.1. Tổn thất thể tích Loại tổn thất này do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ thống gây nên. Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất càng lớn.. Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm, động cơ và xi lanh thủy lực); Đối với bơm thủy lực, tổn thất thể tích được thể hiện bằng hiệu suất sau:.  tb . Qtt Q0. (1.14). Trong đó: Qtt - Lưu lượng thực tế của bơm thủy lực; Q0 - Lưu lượng danh nghĩa của bơm thủy lực;. Nếu lưu lượng chảy qua động cơ thủy lực là Q0 đ và lưu lượng thực tế là Qđ thì tổn thất thể tích của động cơ sẽ là:.  tđ . Q0 đ Qđ. (1.15). Nếu không kể đến lượng dầu rò rỉ ở các mối nối và ở các van thì tổn thất trong hệ thống thủy lực có bơm dầu và động cơ sẽ là:  t   tb . tđ. (1.16) 19.

(20) 1.6.2. Tổn thất cơ khí. Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở trong bơm dầu và động cơ dầu gây nên. Tổn thất cơ khí của bơm (động cơ) được thể hiện bằng hiệu suất cơ khí: c . N0 N. (1.17). N0 - Công suất cần thiết để quay bơm (động cơ) thủy lực (công suất danh nghĩa), tức là công suất cần thiết để đảm bảo lưu lượng Q và áp suất p của dầu. N - Công suất thực tế đo được trên trục bơm (do mô men xoắn trên trục). * Đối với bơm thủy lực:  cb . N 0b N. (1.18). Trong đó: N 0b . p.Q (kW) 6.10 4. (1.19). * Đối với động cơ thủy lực:.  cđ . Nđ N 0đ. N 0đ. . (1.20). Trong đó: p.Qđ (kW) 6.10 4. (1.21). Tổn thất cơ khí của hệ thống thủy lực là: c  cb .cd. (1.22). 1.6.3. Tổn thất áp suất. Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ dầu, xi lanh truyền lực). Tổn thất này phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Chiều dài ống dẫn; - Độ nhẵn thành ống; - Độ lớn tiết diện ống dẫn; - Tốc độ dòng chảy; - Sự thay đổi tiết diện; - Sự thay đổi hướng chuyển động 20.

(21) - Trọng lượng riêng, độ nhớt. Nếu p0 là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ở cửa ra, thì tổn thất áp suất được biểu thị bằng hệ số hiệu suất:. a . p 0  p1 p  p0 p0. (1.23). Hiệu áp p là trị số tổn thất áp suất; Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ gây nên được tính theo công thức sau: p  10. ..  2 l  l .v . (N/m2) = 10  4. . .v 2 . (bar) 2g d 2g d. (1.24). Trong đó:  - Khối lượng riêng của dầu, (914 kg/m3); g - Gia tốc trọng trường, (9,81 m/s2); v - Vận tốc trung bình của dầu, (m/s);  - Hệ số tổn thất cục bộ; l - Chiều dài ống dẫn, (m); d - Đường kính ống, (m). 1.6.4. Ảnh hưởng của các thông số hình học đến tổn thất áp suất. a) Tiết diện dạng tròn (hình 1.7) Nếu ta gọi: p - Tổn thất áp suất;. l - Chiều dài ống dẫn;  - Khối lượng riêng của chất lỏng; Q - Lưu lượng chất lỏng chảy qua; D- Đường kính đường ống;. Hình 1.7. Dạng tiết diện tròn.  - Độ nhớt động học;  - Hệ số ma sát của ống..  LAM - Hệ số ma sát đối với chảy tầng; TURB - Hệ số ma sát đối với chảy rối;. Tổn thất áp suất được tính theo công thức: p . 8 l. .Q 2 .  . 2 D5. Với    LAM . 256 D.v .  Q. (1.25) (1.26). 21.

(22) 0,316. Và   TURB . 4. Số Reynold:. (1.27). 4 Q .  D.v. 4 Q .  3000  D.v. Hình 1.8. Chảy tầng, chảy rối. b). Tiết diện thay đổi lớn đột ngột (hình 1.9) 2.  D12  8  .Q 2 Tổn thất áp suất: p  1  2  . . 4  D2   D1. (1.28). Trong đó: D1 - Đường kính ống dẫn vào; D2 - Đường kính ống dẫn ra. Hình 1.9. Tiết diện thay đổi lớn đột ngột. c) Tiết diện thay đổi nhỏ đột ngột (hình 1.10). Tổn thất: p  0,5.(1 . D22 8  .Q 2 (1.29) ). . D12  2 D14. Hình 1.10. Tiết diện thay đổi nhỏ đột ngột. Trong đó: D1 - Đường kính ống dẫn vào; D2 - Đường kính ống dẫn ra.. 22.

(23) d) Tiết diện thay đổi lớn từ từ (hình 1.11).  D 4 8  .Q 2  Tổn thất áp suất: p  0,12  0,2.(1  24 ). 2 . 4  D1  D1  . (1.30). Hình 1.11. Tiết diện thay đổi lớn từ từ. e). Tiết diện thay đổi nhỏ từ từ (hình 1.12) Tổn thất áp suất: p  0. (1.31). Hình 1.12. Tiết diện thay đổi nhỏ từ từ. f). Khi vào ống dẫn (hình 1.13) Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:. p   E .. 8  .Q 2 .  2 D4. (1.32). Trong đó:  E là hệ số thất thoát, được chia thành hai trường hợp như bảng 1.2 Bảng 1.2. Hệ số thất thoát (  E ) (hình 1.13) Cạnh. a. b. Hệ số thất thoát (  E ). Sắc. 0,5. Gẫy khúc. 0,25. Tròn. 0,06. Có trước. <3. 23.

(24) a). b). Hình 1.13. Đầu vào ống dẫn. g). Khi ra khỏi ống dẫn (hình 1.14) Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau: p   U .. 8  .Q 2 .  2 D4. (1.33). Bảng 1.3. Hệ số thất thoát (  U ) Hệ số thất thoát (  U ). 4 Q .  3000  D.v. 2,0. 4 Q .  3000  D.v. 1,0. Hình 1.14. Đầu ra ống dẫn. h). Ống dẫn gẫy khúc (hình 1.15) và (hình 1.16) Khi. R 4 D. Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:. p   U .. 8  .Q 2 .  2 D4. (1.34). Hình 1.15. Ống dẫn gẫy khúc góc . Hệ số thất thoát  U được tra theo bảng 1.4 Bảng 1.4. Hệ số thất thoát  U. 24. Góc . Hệ số thất thoát (  U ). 20o. 0,06. 40o. 0,2. 60o. 0,47. Hình 1.16. Ống dẫn gẫy khúc góc .

(25) 1.7. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 1.7.1. Độ nhớt. Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng. Độ nhớt xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng. Có hai loại độ nhớt: a) Độ nhớt động lực Độ nhớt động lực  là lực ma sát tính bằng 1 N tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt 1 m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m và có vận tốc 1 (m/s). Độ nhớt động lực  được tính bằng (Pa.s). Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị Poazơ (Poiseuille), ký hiệu là P: 1P = 0,1 N.s/m2 = 0,010193 kG.s/m2 Trong tính toán kỹ thuật, thường dùng gần đúng: 1P = 0,0102 kG.s/m2 và 1P = 100 cP (centipoiseuille) b) Độ nhớt động Độ nhớt động là tỷ số giữa độ nhớt động lực với khối lượng riêng  của chất lỏng, ký hiệu là  và được tính theo công thức:  .  . (1.35). Đơn vị của độ nhớt động lực là (m2/s), ngoài ra còn dùng đơn vị stốc (stoke), ký hiệu là St hoặc centistoke, ký hiệu là cSt. 1St = 1cm2/s = 10-4 m2/s 1cSt = 10-2 St = 1mm2/s c) Độ nhớt Engler Độ nhớt Engler (E0) là một tỷ số quy ước dùng để so sánh thời gian chảy 200cm3 dầu qua ống dẫn có đường kính 2,8mm với thời gian chảy của 200cm3 nước cất ở nhiệt t độ 20oC qua ống dẫn có cùng đường kính, ký hiệu E 0  tn Độ nhớt Engler thường được đo khi dầu ở nhiệt độ 20, 50, 100o và ký hiệu tương o ứng E20o , E50o , E100 . 1.7.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực. Những chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc. 25.

(26) Dầu thủy lực làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất; - Độ nhớt của dầu ít phụ thuộc vào nhiệt độ; - Có tính trung hòa (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí nhưng dễ dàng tách khí ra; - Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt nhằm đảm bảo độ rò rỉ dầu bé nhất cũng như tổn thất ma sát ít nhất; - Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong nước và không khí, dẫn nhiệt tốt, có mô đun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ. Trong các yêu cầu trên thì dầu khoáng chất thỏa mãn đầy đủ nhất.. 26.

(27) Chương 2. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ DẦU. 2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng 2.1.1. Nguyên lý biến đổi năng lượng. Bơm, động cơ là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực - khí nén, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu - khí nén và ngược lại. Trong hệ thống thủy lực - khí nén thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu - khí, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng làm việc giảm, bơm đẩy dầu - khí ra thực hiện chu kỳ nén. Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích: + Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định. + Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất. Lưu lượng của bơm về lý thuyết không phụ thuộc vào áp suất (trừ bơm ly tâm), mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Nhưng trong thực tế do sự rò rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy, giữa khoang đẩy với bên ngoài nên lưu lượng thực tế của bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết và giảm dần khi áp suất tăng. 2.1.2. Bơm và động cơ thủy lực. Bơm, động cơ là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu và ngược lại. Bơm và động cơ thủy lực là hai phần tử có chức năng khác nhau: Bơm dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng) còn động cơ thủy lực thì ngược lại. Trong hệ thống truyền động thủy lực thường dùng bơm, động cơ làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích, tức là loại bơm, động cơ thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Mặc dù chức năng khác nhau nhưng kết cấu và phương pháp tính toán bơm và động cơ cùng loại giống nhau.. 27.

(28) 2.1.2.1. Phân loại và phạm vi sử dụng a) Phân loại bơm và động cơ thủy lực * Phân loại bơm thủy lực - Căn cứ vào khả năng điều chỉnh lưu lượng: + Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định. + Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. - Căn cứ theo cấu tạo và nguyên lý làm việc có các loại ghi ở bảng 2.1: Bảng 2.1. Các loại bơm thủy lực Bơm tay Bơm píttông chuyển động tịnh tiến. Bơm píttông hướng tâm Bơm píttông hướng trục. Bơm thủy lực. Cấu tạo Với píttông 1 cấp. 1. Với píttông 2 cấp. 2. Piston nén trong. 3. Piston nén ngoài. 4. Trục thẳng. 5. Trục nghiêng. 6. Bơm nhiều píttông Bơm bánh răng Bơm píttông chuyển động quay. Ký hiệu. 7 Ăn khớp ngoài. 8. Ăn khớp trong. 9. Bơm cánh gạt. 10. Bơm tấm nén. 11. Bơm Gerater. 12. Bơm vít. 13. * Phân loại động cơ thủy lực Theo cấu tạo và nguyên lý làm việc, động cơ thủy lực gồm các loại được ghi ở bảng 2.2: Bảng 2.2. Các loại động cơ thủy lực Động cơ thủy lực. Động cơ píttông chuyển động. Động cơ thủy lực píttông hướng trục. quay. 28. Ký hiệu. Trục thẳng. 1. Trục cong (nghiêng). 2. Động cơ thủy lực píttông hướng tâm. Nén trong. 3. Nén ngoài. 4. Động cơ thủy lực bánh răng. Ăn khớp ngoài. 5. tịnh tiến. Động cơ píttông chuyển động. Cấu tạo. Động cơ thủy lực cánh gạt. 6. Động cơ thủy lực Gerator. 7.

(29) b) Phạm vi sử dụng Phạm vi sử dụng một số loại bơm thủy lực theo áp suất làm việc được ghi ở bảng 2.3 và động cơ thủy lực ghi ở bảng 2.4 và bảng 2.5: Bảng 2.3. Phạm vi sử dụng các loại bơm thủy lực Loại. Áp suất làm việc p (Mpa) 0. 10. 20. 30. 40. 1. xxxxxxxx. xxxxxxx. Bơm píttông chuyển động. 2. xxxxxxxx. xxxxxxxxxx. 3. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 4. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. tịnh tiến. 5. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 6. xxxxxxxxxxxxxxxxxx. 7. xxxxxxxxx. xx. 8. xxxxxxxx. xxxxx. 9. xxxxxxxx. xxxxxxxxx. 10. xxxxxxxx. xx. 11. xxxxxxxx. xxxx. 12. xxxxxxxx. xx. 13. xxxxxxxx. xx. Bơm píttông chuyển động quay. 50. 60. xxxxxxxx xx xx xxxxxx. xx. xxxxxx. xxxxx. Bảng 2.4. Phạm vi sử dụng theo số vòng quay các loại động cơ thủy lực Loại. Số vòng quay (vòng/phút) 0. 10. 50. 100. 500. 1000. 2000. 3000. 4000. 1. Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 2. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 3. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 4. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 5. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 6 7. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxx. Phạm vi sử dụng các loại động cơ thủy lực theo mô men quay được ghi ở bảng 2.5.. 29.

(30) Bảng 2.5. Phạm vi sử dụng theo mô men quay các loại động cơ thủy lực Loại. Mô men làm việc (Nmm) 100 500. 1. 1000. 5000. 10000. 4. 30000. 40000. xxxxxxxxxxxxxxxx. 2 3. 20000. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 5. xxxxxxxxxxxxxxx. 6. xxxxxxxxxxxxxxxxx. 7. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 2.1.2.2. Thông số đặc trưng của bơm và động cơ thủy lực Những thông số đặc trưng cơ bản của bơm và động cơ thủy lực, bao gồm: a) Lưu lượng Như ta đã biết, về lý thuyết thì lưu lượng của bơm không phụ thuộc vào áp suất mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Trong thực tế do có sự rò rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy cũng như giữa khoang đẩy và bên ngoài nên lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết. Mặt khác do ống hút quá nhỏ hoặc chất lỏng có độ nhớt quá cao và vận tốc quay quá lớn sẽ tạo ra hiện tượng “hổng”. Do vậy, trong thực tế hiện nay, số vòng quay của bơm thủy lực thường bị hạn chế với n < 4000 (v/p). Khi bộ lọc đặt trên đường hút bị bẩn, cùng với sự tăng sức cản của dòng chảy, lưu lượng của bơm giảm dần, bơm làm việc ngày một ồn và cuối cùng tắc hẳn. Bởi vậy cần phải lưu ý trong lúc thiết kế, lắp ráp làm sao để ống hút to, ngắn và thẳng. Lưu lượng của bơm được xác định theo công thức 2.1. Qlt . q.nb 1000. (2.1). Trong đó: Qlt - Lưu lượng lý thuyết (lít/phút); q - Lưu lượng riêng (thể tích dầu do bơm cung cấp ứng với một vòng quay hay một hành trình (cm3/vòng); nb - số vòng quay trong một phút của trục bơm (vòng/ phút). b) Lưu lượng riêng Lưu lượng riêng là thể tích dầu tải đi (cung cấp) tương ứng với một vòng quay hay một hành trình làm việc. Nếu ta gọi: q – Lưu lượng riêng; A - Diện tích làm việc mặt cắt ngang của bơm; 30.

(31) h - Hành trình làm việc của píttông; VZL- Thể tích khoảng hở giữa hai răng; Z - Số răng của bánh răng. Ta có thể tích dầu tải đi (lưu lượng riêng) tương ứng với một vòng quay hay một hành trình làm việc của bơm được xác định theo công thức 2.2 và 2.3, (hình 2.1): Đối với bơm và động cơ píttông: q  A.h (2.2) Đối với bơm và động cơ bánh răng: q  VZL .Z .2. (2.3). Hình 2.1. Bơm thể tích. Mối quan hệ giữa lưu lượng (Q) và lưu lượng riêng (q) theo công thức 2.4: q.n 1000 Trong đó: Q - Lưu lượng (lít/phút). q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng); n - Số vòng quay (vòng/phút) Q. (2.4). q.n (2.5) 231 Nếu q (in3/vòng); n (vòng/phút) và Q (galon/phút) thì lưu lượng được tính:. Hay Q . cc in3 .rpm .rpm rev rev gpm  hoặc lpm  1000 231. c) Áp suất làm việc Sự thay đổi áp suất làm việc của bơm được biểu diễn trên hình 2.2. Trong đó: +/ Áp suất ổn định p1; +/ Áp suất cao p2; +/ Áp suất đỉnh p3 (áp suất qua van an toàn). Hình 2.2. Sự thay đổi áp suất của bơm thủy lực. 31.

(32) Theo định luật Pascal, ta có quan hệ giữa áp suất, lưu lượng riêng với mô men xoắn theo công thức : p. Mx q. (2.6). Từ đó ta suy ra công thức tính áp suất của bơm thủy lực: p. M x . tl .10 q. (2.7). Trong đó: p - Áp suất, (bar); Mx - Mô men xoắn, (N.m); q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng);  tl - Hiệu suất thủy lực của bơm. d) Hiệu suất Hiệu suất toàn phần của bơm dầu được xác định theo công thức 2.8: ηtb = ηv. ηck. ηtl. (2.8). Trong đó: ηv - Hiệu suất thể tích; ηck - Hiệu suất cơ khí; ηtl - Hiệu suất thủy lực; e) Công suất - Công suất động cơ điện: NE = ME. ΩE. (2.9). Qb . p (kw) 60. tb. (2.10). - Công suất của bơm: N . Trong đó: Qb - Lưu lượng của bơm (l/p); p - Áp suất làm việc (MPa); tb - Hiệu suất của bơm, tb  tl .v .ck Như vậy ta có công thức tính công suất của động cơ điện theo công suất của bơm:. NE . p.Qb N   t . 60. t . tb. (2.11). Trong đó: NE, ME, ΩE- Công suất, mômen và vận tốc góc trên trục động cơ điện dẫn động bơm; N, p, Qb - Công suất, áp suất và lưu lượng của bơm; ηtb- Hiệu suất toàn phần của bơm;  t - Hiệu suất của hệ thống truyền lực từ động cơ đến bơm.. 32.

(33) Công suất ở cửa ra của bơm tính theo công thức: N 2  0,00167.Qb . p (kw). (2.12). Trong đó: Q - Lưu lượng của bơm (lít/phút); p - Áp suất dầu do bơm cung cấp (bar). Công suất ở cửa vào của bơm tính theo công thức:. N1 . N2  tb. tb - Hiệu suất của bơm, tb  tl .v .ck. (2.13) (2.14). Một số công thức tính toán đơn giản có thể lấy: tb = 80%. f) Mối quan hệ giữa lưu lượng và tốc độ động cơ - Lưu lượng cần thiết (Q) để tạo ra tốc độ yêu cầu (n) trên trục động cơ được xác định theo công thức: Q. n.q (l/p) 1000. (2.15). - Tốc độ động cơ: Nếu biết lưu lượng và lưu lượng riêng thì tốc độ động cơ được xác định: n. 1000.Q q. (2.16). Trong đó: Q (l/p), q (ml/vòng); n (vòng/phút) g) Mô men quay của động cơ Mô men quay danh định của động cơ là mô men quay được xác định tại áp suất tiêu chuẩn 100 psi đơn vị của mô men quay là Nm hoặc lbs.in hoặc ft.lbs. Ví dụ: Một động cơ 25 lbs.in/100 psi, nghĩa là cần: Áp suất 100 psi để vận hành tải 25 lbs.in. Áp suất 200 psi để vận hành tải 50 lbs.in. Áp suất 300 psi để vận hành tải 75 lbs.in. Tổng quát, áp suất làm việc của động cơ được xác định theo công thức:. plv . M tai .100 M dđ. (2.17). Trong đó: Mtải - Mô men tải trọng trên trục động cơ; Mdđ - Mô men danh định của động cơ; - Mô men quay cực đại của động cơ phụ thuộc vào áp suất cực đại động cơ chịu được và mô men quay danh định: 33.

(34) M max . M dđ . p max 100. (2.18). Từ định luật Pascal ta còn suy ra công thức tổng quát tính mô men quay của động cơ thủy lực là: Mq . p. q 20. (2.19). Trong đó: p - Áp suất (bar); q - Lưu lượng riêng (ml/vòng); Mq – Mô men quay, (N.m). Khi p - áp suất (psi), Q - lưu lượng riêng (in3/vòng) thì Mq (lbs.in) Từ công thức trên nhận thấy: Khi tăng áp suất hoặc tăng lượng dầu tương ứng mỗi vòng quay sẽ làm tăng mô men quay của động cơ. Liên hệ giữa mô men quay và công suất của thiết bị chuyển động quay: M  9550.. N n. (2.20). Trong đó: N - Công suất (kw); n - Số vòng quay (v/ph); M - Mô men xoắn (Nm). Hoặc. M  63025.. N n. Trong đó: N - Công suất (HP); n - Số vòng quay (v/ph); M - Mô men xoắn (lbs.in). Từ đó suy ra công thức xác định công suất theo mô men và số vòng quay: N. M.n 9550. (2.21). Nếu số vòng quay n (v/ph); Mô men xoắn M (lbs.in) thì công suất N (HP); còn khi mô men xoắn M (Nm); số vòng quay n (v/ph) thì công suất N (kw). Khi biết áp suất và lưu lượng có thể tính được công suất thủy lực như sau: N  0,00167.Q. p. (2.22). Trong đó: Q - Lưu lượng (lít/phút); p - áp suất (bar) Hoặc: N  0,000583.Q. p Trong đó: Q - Lưu lượng (gallon/phút); p - Áp suất (psi).. 34. (2.23).

(35) 2.1.2.3. Cấu tạo bơm, động cơ thủy lực a) Bơm, động cơ bánh răng Bơm, động cơ thủy lực bánh răng là loại bơm, động cơ được dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm, động cơ thủy lực bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ hoặc trung bình trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm, động cơ bánh răng hiện nay trong khoảng: (10  200) bar. Bơm, động cơ bánh răng gồm có: Bơm, động cơ bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, loại răng có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V. Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn, nhẹ hơn. * Cấu tạo chung Kết cấu bơm, động cơ bánh răng (hình 2.3).. Hình 2.3. Kết cấu bơm, động cơ bánh răng 1. Cặp bánh răng; 2. Vành chắn; 3. Thân bơm; 4.1 và 4.2. Các mặt bích; 5. Vòng chắn dầu ở trục quay; 6. Ổ đỡ; 7. Vòng chắn để điều chỉnh độ hở mặt hông của cặp bánh răng và vành chắn. * Nguyên lý làm việc (hình 2.4). Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích làm việc, khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. Nguyên lý làm việc của động cơ bánh răng thì ngược lại nguyên lý làm việc của bơm, nghĩa là động cơ biến áp năng của dầu thành cơ năng trên trục của động cơ.. 35.

(36) a). c). b). Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm bánh răng a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b) Bơm bánh răng ăn khớp trong; c) Ký hiệu bơm. * Tính toán lưu lượng. Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích thước như nhau. Nếu ta gọi: m - Modul của bánh răng (cm). d - Đường kính vòng chia bánh răng (cm). b - Bề rộng bánh răng (cm). n - Số vòng quay trong một phút (vg/ph). Lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng (lưu lượng riêng): q = 2..d.m.b (cm3/vòng). (2.24). Nếu gọi Z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích t của bơm và số vòng quay n, thì lưu lượng của bơm bánh răng sẽ là: Q = 2. .Z.m2.b.n. t (cm3/phút). (2.25). b) Bơm, động cơ cánh gạt Bơm, động cơ gạt cánh cũng là loại được dùng rộng rãi sau bơm, động cơ bánh răng, và cũng chủ yếu dùng ở hệ thống có áp suất thấp và trung bình. So với bơm bánh răng thì bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Kết cấu của bơm, động cơ cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính: - Bơm, động cơ cánh gạt tác dụng đơn. - Bơm, động cơ cánh gạt tác dụng kép. Bơm cánh gạt tác dụng đơn là khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ làm việc bao gồm một lần hút và một lần nén. Bơm cánh gạt tác dụng kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc, bao gồm hai lần hút và hai lần nén (hình 2.5). 36.

(37) * Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt kép trên hình 2.5. Hình 2.5. Cấu tạo bơm cánh gạt kép. * Tính toán lưu lượng Nếu các kích thước hình học có đơn vị là (cm), số vòng quay n (vg/ph), thì lưu lượng qua bơm sẽ là: Q = 2.10-3.e.n. (B.D + 4.b.d) (lít/phút) (2.26) Trong đó: D - Đường kính stato, (cm); B - Chiều rộng cánh gạt, (cm); b - Chiều sâu của rãnh, (cm); e - Độ lệch tâm, (cm); d - Đường kính con lăn, (cm). * Bơm cánh gạt tác dụng đơn điều chỉnh được lưu lượng Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng trượt) (hình 2.6).. Hình 2.6. Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn a) Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh; b) Điều chỉnh lưu lượng bằng lò xo- vít; c) Điều chỉnh lưu lượng bằng thủy lực; d) Ký hiệu. 37.

(38) c) Bơm, động cơ píttông * Phân loại và phạm vi sử dụng Bơm, động cơ píttông là loại cũng làm việc dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu píttông - xi lanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p = 700 bar). Bơm píttông thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn, thường gặp trên các máy truốt, máy xúc, máy nén.... Dựa trên cách bố trí píttông, bơm, động cơ có thể phân thành hai loại: - Bơm, động cơ píttông hướng tâm. - Bơm, động cơ píttông hướng trục. Bơm, động cơ píttông có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh được. * Bơm, động cơ pittông hướng tâm (hình 2.7) Kết cấu của bơm, động cơ píttông hướng tâm được thể hiện ở hình 2.7.. Hình 2.7. Kết cấu bơm piston hướng tâm. * Tính toán lưu lượng Lưu lượng bơm được tính toán bằng việc xác định thể tích của xi lanh. Nếu ta gọi d là đường kính của xi lanh bơm (cm), thì thể tích của một xilanh khi rôto quay một vòng sẽ là: q=.  .d 2 .h (cm3/vòng) 4. (2.27). Trong đó: h - Hành trình làm việc của píttông (cm). Vì hành trình của píttông h = 2e (e là độ lệch tâm của rôto và stato), nên nếu bơm có z píttông và làm việc với số vòng quay là n (vg/ph), thì lưu lượng của bơm sẽ là: 38.

(39) Q = q. z. n. 10-3 (lít/phút). (2.28). Hành trình của píttông thông thường là h = (1,3  1,4).d và số vòng quay nmax = 1500 vg/ph. Một số kết cấu của bơm píttông hướng tâm giới thiệu ở hình 2.8.. Hình 2.8. Một số kết cấu của bơm píttông hướng tâm a) Bơm píttông hướng tâm đơn; b) Bơm píttông hướng tâm kép; c) Bơm píttông hướng tâm 3 píttông; d) Bơm píttông hướng tâm 5 píttông. * Bơm píttông hướng tâm điều chỉnh được lưu lượng Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng trượt) (hình 2.9).. Hình 2.9. Kết cấu và nguyên lý điều chỉnh lưu lượng của bơm píttông hướng tâm 1. Mặt đầu của píttông là mặt cầu; 2. Đĩa vành khăn; 3. Píttông; 4. Trục; 5. Ly hợp; 6. Rôto; 7. Trục phân phối; 8. Vít điều chỉnh. 39.

(40) Píttông (3) bố trí trong các lỗ hướng tâm rôto (6), quay xung quanh trục (4). Nhờ các rãnh và lỗ bố trí thích hợp trên trục phân phối (7), có thể nối lần lượt các xi lanh trong một nửa vòng quay của rôto với khoang hút và nửa kia với khoang đẩy. Sau một vòng quay của rôto, mỗi píttông thực hiện một khoảng chạy kép có độ lớn bằng 2 lần độ lệch tâm e. Trong các kết cấu mới, truyền động píttông bằng lực ly tâm. Píttông (3) tựa trực tiếp trên đĩa vành khăn (2). Mặt đầu của píttông là mặt cầu (1) đặt hơi nghiêng và tựa trên mặt côn của đĩa dẫn. Rôto (6) quay được nối với trục (4) qua ly hợp (5). Để điều khiển độ lệch tâm e, ta sử dụng vít điều chỉnh (8). * Bơm, động cơ píttông hướng trục Bơm, động cơ píttông hướng trục là loại có píttông đặt song song với trục của rôto và được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng (hình 2.10).. Hình 2.10. Bơm píttông hướng trục 1) Píttông; 2) Xilanh; 3) Đĩa dẫn dầu; 4) Độ nghiêng; 5) Píttông; 6) Trục truyền động. Ngoài những ưu điểm như của bơm píttông hướng tâm, bơm píttông hướng trục còn có ưu điểm nữa là kích thước của nó nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ lưu lượng, áp suất so với bơm hướng tâm. Nếu các ký hiệu lấy giống như ở bơm píttông hướng tâm và đường kính trên đó phân bố các xilanh là D (cm), thì lưu lượng của bơm sẽ là: Q = 10-3..  .d 2  .d 2 . h. z. n = 10-3. . z. n. D. tg (lít/phút) 4 4. (2.29). Bơm píttông hướng trục hầu hết là điều chỉnh được lưu lượng (hình 2.11). Trong công nghiệp người ta sử dụng loại bơm này, khi lưu lượng yêu cầu ít nhất là 500 (lít/phút). Ở áp suất lớn, lưu lượng nhỏ, bơm chỉ làm việc ở chế độ không liên tục, do khả năng làm nguội kém và chóng mòn. 40.

(41) Trong các loại bơm píttông, độ không đồng đều của lưu lượng không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm của píttông, mà còn phụ thuộc vào số lượng píttông. Độ không đồng đều được xác định như sau: k=. Qmax  Qmin Qmax. (2.30). Từ thực nghiệm, người ta xác định rằng, bơm có số lượng píttông lẻ có độ không đồng đều k nhỏ hơn so với bơm có số lượng píttông chẵn.. Hình 2.11. Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng của bơm píttông hướng trục 1. Thân bơm; 2. Píttông; 3. Đĩa nghiêng; 4. Lò xo; 5,6. Tay quay điều chỉnh góc nghiêng . c) Bơm, động cơ trục vít * Phân loại và phạm vi sử dụng Bơm, động cơ trục vít là sự biến dạng của bơm, động cơ bánh răng. Nếu bánh răng nghiêng có số răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ thành trục vít. Bơm, động cơ trục vít thường có hai trục vít ăn khớp với nhau (hình 2.12).. Hình 2.12. Bơm trục vít. 41.

(42) Bơm, động cơ trục vít thường được phân thành 3 loại: - Loại áp suất thấp: p = 10  15 bar. - Loại áp suất trung bình: p = 30  60 bar. - Loại áp suất cao: p = 60  200 bar. Bơm, động cơ trục vít có đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo chiều trục, và không có hiện tượng chèn dầu ở chân ren. Nhược điểm của bơm, động cơ trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp. Ưu điểm là chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng nhỏ. 2.1.2.4. Tiêu chuẩn chọn bơm, động cơ thủy lực Những đại lượng đặc trưng cho bơm và động cơ thủy lực gồm có: a) Lưu lượng riêng (dung lượng bơm, thể tích nén, lưu lượng vòng): là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất, ký hiệu q (cm3/vòng). Ở bơm píttông, đại lượng này tương ứng với chiều dài hành trình làm việc của píttông. Đối với bơm: Lưu lượng Q  n.q (lít/phút); và động cơ dầu: Áp suất p  M/q (bar). b) Số vòng quay (vòng/phút) c) Áp suất làm việc p (bar) d) Hiệu suất (%) e) Tiếng ồn Khi chọn bơm, động cơ thủy lực cần phải xem xét đến các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế sau (hình 2.13): - Giá cả; Tuổi thọ; Áp suất. - Phạm vi số vòng quay. - Khả năng chịu các hợp chất hoá học. - Sự dao động của lưu lượng. - Thể tích nén cố định hoặc thay đổi. - Công suất; Hiệu suất. - Khả năng bơm các loại tạp chất.. 42. Hình 2.13. Sự phụ thuộc lẫn nhau của các yếu tố khi chọn bơm, động cơ thủy lực.

(43) 2.1.3. Xi lanh thủy lực. 2.1.3.1. Nhiệm vụ Xi lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành của truyền dẫn thủy lực để thực hiện chuyển động thẳng. 2.1.3.2. Phân loại Xi lanh thủy lực được chia làm hai loại: Xi lanh lực và xi lanh quay (hay còn gọi là xi lanh mômen). Trong xi lanh lực, chuyển động tương đối giữa píttông với xi lanh là chuyển động tịnh tiến. Trong xi lanh quay chuyển động tương đối giữa píttông với xilanh là chuyển động quay, góc quay thường nhỏ hơn 3600. Píttông bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nó (lực áp suất, lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo...). Ngoài ra, xi lanh truyền lực còn được phân loại theo: a) Theo cấu tạo * Xi lanh đơn + Lùi về nhờ ngoại lực + Lùi về nhờ lò xo * Xi lanh kép + Lùi về bằng thủy lực + Lùi về bằng thủy lực có giảm chấn + Tác dụng cả hai phía + Tác dụng quay * Xi lanh vi sai + Tác dụng đơn + Tác dụng kép b) Theo kiểu lắp ráp + Lắp chặt thân; + Lắp chặt mặt bích; + Lắp xoay được; + Lắp giá ở một đầu xi lanh;. Hình 2.14. Các loại xi lanh thủy lực. 43.

(44) 2.1.3.3. Cấu tạo xilanh Xilanh gồm có các bộ phận chính là thân (gọi là xi lanh), píttông, cần píttông và một số vòng làm kín. Hình 2.15 là ví dụ xi lanh tác dụng kép có cần píttông một phía.. Hình 2.15. Cấu tạo xi lanh tác dụng kép có cần píttông một phía 1. Thân; 2. Mặt bích hông; 3. Mặt bích hông; 4. Cần píttông; 5. Píttông; 6. Ổ trượt; 7. Vòng chắn dầu; 8. Vòng đệm; 9. Tấm nối; 10. Vòng chắn hình O; 11. Vòng chắn pittông; 12. Ống nối; 13. Tấm dẫn hướng; 14. Vòng chắn O;15. Đai ốc; 16. Vít vặn; 17. Ống nối.. 2.1.3.4. Một số xi lanh thông dụng a) Xi lanh tác dụng đơn (hình 2.16) Chất lỏng làm việc chỉ tác động một phía của píttông và tạo nên chuyển động một chiều. Chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lực lò xo.. a). b). Hình 2.16. Xi lanh tác dụng đơn a) Xi lanh tác dụng đơn (chiều ngược lại bằng lò xo); b) Ký hiệu.. b) Xi lanh tác dụng kép (hình 2.17) Chất lỏng làm việc sẽ tác động hai phía của píttông và tạo nên chuyển động hai chiều. 44.

(45) Hình 2.17. Xi lanh tác dụng kép a) Xi lanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình và ký hiệu; b) Xi lanh tác dụng kép có giảm chấn cuối hành trình và ký hiệu.. Ở giai đoạn cuối khoảng chạy, khi píttông chạm lên mặt đầu xi lanh, có thể xảy ra va đập nếu vận tốc chuyển động của píttông hoặc xi lanh lớn, đặc biệt là đối với các píttông, xi lanh có khối lượng lớn. Để giảm khả năng va đập này trong xilanh thường có các bộ phận giảm chấn. Phần lớn các bộ phận giảm chấn làm việc theo nguyên lý tăng áp suất khoang đối áp ở cuối khoảng chạy, áp suất khoang đối áp tăng, làm giảm vận tốc chuyển động (hình 2.18).. Hình 2.18. Kết cấu xi lanh có giảm chấn ở cuối hành trình. 2.2. Hệ thống xử lý dầu 2.2.1. Thùng dầu thủy lực. a) Nhiệm vụ Thùng dầu thủy lực có nhiệm vụ chính như sau: - Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về). 45.

(46) - Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình hệ thống thủy lực làm việc. - Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc. - Tách nước. b) Tính toán kích thước thùng dầu Độ lớn của các kích thước của thùng dầu phải đủ lớn để chứa đựng chất lỏng cho hệ thống thủy lực làm việc. Kích thước của thùng chứa dầu thủy lực được tính toán theo công thức: B VT  K .Qmax. (2.31). B Trong đó: Qmax - Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm, (dm3/phút).. K - Hệ số tỷ lệ, được lấy từ (1,5 - 5) tùy thuộc vào điều kiện làm việc của bơm và hệ thống thủy lực. Đối với các loại thùng dầu di chuyển, ví dụ thùng dầu trên các xe vận chuyển thì K = 1,5; Đối với các loại thùng dầu cố định, thì K = (3,0  5,0). c) Kết cấu của thùng dầu (hình 2.19). Hình 2.19. Kết cấu thùng dầu thủy lực 1. Động cơ điện;2. Ống hút; 3. Bộ lọc; 4. Khoang hút; 5. Vách ngăn; 6. Khoang xả; 7. Mắt dầu; 8. Cửa đổ dầu; 9. Ống xả. Thùng dầu được ngăn làm hai khoang bởi một màng lọc (5). Khi bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào khoang khác của thùng để tránh hút trực tiếp vào bơm. Dầu thường bổ sung vào thùng dầu qua một cửa (8) bố trí trên nắp thùng. Còn ống hút với bộ lọc (3) được đặt vào gần sát đáy thùng chứa. Có thể kiểm tra mức dầu trong thùng nhờ mắt dầu (7). 46.

(47) Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch. Sau một thời gian làm việc định kỳ (tùy theo mức độ cụ thể ở từng máy cũng như các chế độ làm việc ở từng nhà máy cụ thể) bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới. Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta thường gắn vào một van tràn để điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu. Kết cấu và ký hiệu của thùng dầu được thể hiện ở hình 2.20.. Hình 2.20. Kết cấu và ký hiệu của thùng dầu thủy lực. 2.2.2. Bộ lọc dầu. a) Nhiệm vụ Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện nhỏ trong các phàn tử thủy lực, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của hệ thống. Do đó trong các hệ thống thủy lực đều dùng bộ lọc để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong cơ cấu, phần tử trong hệ thống thủy lực. Bộ lọc thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm bộ lọc nữa ở cửa ra của bơm, và một ở ống xả về thùng dầu của hệ thống thủy lực. Ký hiệu bộ lọc dầu trong sơ đồ mạch thủy lực ở hình 2.21: Hình 2.21. Ký hiệu lọc dầu. b) Phân loại * Theo kích thước lọc Tùy theo kích thước chất bẩn có thể lọc được, bộ lọc dầu có thể phân thành các loại sau: - Bộ lọc thô: có thể lọc những chất bẩn đến 0,1mm. - Bộ lọc trung bình: có thể lọc những chất bẩn đến 0,01mm. - Bộ lọc tinh: có thể lọc những chất bẩn đến 0,005mm. 47.

(48) - Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc những chất bẩn đến 0,001mm. Các hệ thống thủy lực trong máy công nghiệp thường dùng bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh còn bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng ở các phòng thí nghiệm. * Phân loại theo kết cấu Dựa vào kết cấu, vật liệu lọc ta có thể phân biệt được các loại bộ lọc dầu như sau: bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm v.v... Ta lần lượt xét một số bộ lọc dầu thường dùng nhất. + Bộ lọc lưới Bộ lọc lưới là loại bộ lọc dầu đơn giản nhất. Nó gồm có khung cứng và lưới bằng đồng bao xung quanh. Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ để vào ống hút. Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tùy thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc. Do sức cản của lưới, nên áp suất dầu khi qua bộ lọc bị giảm, tổn thất áp suất ấy có thể tính toán như ở chương 1. Khi tính toán tổn thất áp suất thường lấy p = 0,3-0,5 bar, trường hợp đặc biệt có thể lấy p = 1  2 bar. Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào các mặt lưới và khó tẩy ra. Do đó thường dùng nó để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm. Trường hợp này phải dùng thêm bộ lọc tinh ở đường ống dầu ra khỏi bơm. + Bộ lọc lá, sợi thủy tinh. Bộ lọc lá, sợi thủy tinh dùng những lá thép mỏng để lọc dầu. Đây là loại dùng rộng rãi nhất trong hệ thống dầu thủy lực trên các máy công cụ. Kết cấu của nó bao gồm các lá thép hình tròn và những lá thép hình sao. Những lá thép này được lắp đồng tâm trên trục, tấm nọ trên tấm kia. Giữa các cặp lắp chèn mảnh thép trên trục có tiết diện vuông. Chất lượng lọc dầu phụ thuộc vào bề dày của lá thép. Bề dày này thông thường là: 0,08; 0,12; 0,20; và 0,3mm. Số lượng lá thép cần thiết phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc, nhiều nhất là 1000 1200 lá. Tổn thất áp suất lớn nhất của bộ lọc loại này lên tới 4 bar. Lưu lượng lọc có thể từ 8  100 (lít/ phút). Bộ lọc lá chủ yếu cũng dùng để lọc thô. Ưu điểm lớn nhất của nó là khi tẩy chất bẩn, khỏi phải dùng máy và tháo bộ lọc ra ngoài. Hiện nay phần lớn người ta thay vật liệu các lá thép bằng vật liệu sợi thủy tinh. Độ bền của các bộ lọc này cao và có khả năng chế tạo dễ dàng, các đặc tính không thay đổi nhiều trong quá trình làm việc do ảnh hưởng về cơ và hoá của dầu. 48.

(49) a). b). Hình 2.22. Các loại màng lọc a) Màng lọc lưới; b) Màng lọc bằng sợi thủy tinh. c) Tính toán bộ lọc dầu Để tính toán lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lượng chảy qua lưới lọc: Q=. A.p (lít/phút) . (2.32). Trong đó: A - Diện tích toàn bộ bề mặt lọc, (cm2) p = p1 - p2 là hiệu áp của bộ lọc, (bar)  - Độ nhớt động lực của dầu, (P)  - Hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tích và thời gian.Tùy thuộc vào đặc điểm của bộ lọc, ta có thể lấy trị số như sau:  = 0,006  0,009 (. lit ). cm . phut 2. d) Cách lắp bộ lọc trong hệ thống Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển thủy lực, mà có thể lắp bộ lọc dầu theo các vị trí khác nhau như sau (hình 2.23):. Hình 2.23. Cách lắp bộ lọc dầu trong hệ thống thủy lực a) Bộ lọc lắp ở đường hút; b) Bộ lọc lắp ở đường nén; c) Bộ lọc lắp ở đường xả. 49.

(50) 2.2.3. Bình trích chứa (tích áp). a) Nhiệm vụ Bình trích chứa (tích áp) là cơ cấu dùng trong các hệ truyền dẫn thủy lực để điều hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc. Bình trích chứa làm việc theo hai quá trình: Tích năng lượng vào và cấp năng lượng ra. Bình tích áp được sử dụng rộng rãi trong các loại máy rèn, máy ép, trong các cơ cấu tay máy và đường dây tự động v.v... nhằm làm giảm công suất của bơm, tăng độ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thống thủy lực. b) Phân loại Theo nguyên lý tạo ra tải, bình trích chứa thủy lực (tích áp) được chia thành ba loại: Bình trích chứa trọng vật, bình trích chứa lò xo và bình trích chứa thủy khí (hình 2.24);. Hình 2.24. Các loại bình trích chứa thủy lực a) Bình trích chứa trọng vật; b) Bình trích chứa lò xo; c) Bình trích chứa thủy khí; d) Ký hiệu. * Bình tích áp trọng vật Bình tích áp trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua lực ma sát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và píttông và không tính đến lực quán tính của píttông chuyển dịch khi thể tích bình tích áp thay đổi trong quá trình làm việc. Bình tích áp loại này yêu cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng so với píttông, nếu không sẽ gây ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kín. Lực tác dụng ngang này sẽ làm hỏng cơ cấu làm kín và ảnh hưởng xấu đến sự làm việc ổn định của bình tích áp. Bình tích áp trọng vật là một cơ cấu đơn giản, nhưng cồng kềnh, vì vậy trong thực tế thường được bố trí ở ngoài xưởng. Vì những lý do nêu trên đã hạn chế sử dụng loại bình này. * Bình tích áp lò xo Quá trình năng lượng ở bình tích áp lò xo là quá trình biến dạng của lò xo. Bình tích áp lò xo có quán tính nhỏ hơn so với bình tích áp trọng vật, vì vậy nó được sử dụng để 50.

(51) làm tắt những va đập thủy lực trong các hệ thống thủy lực và giữ áp suất cố định trong các cơ cấu kẹp. * Bình tích áp thủy khí Bình tích áp thủy khí lợi dụng tính chất nén được của không khí, để tạo ra áp suất chất lỏng. Tính chất này làm cho bình tích áp có khả năng giảm chấn. Trong bình chứa trọng vật áp suất hầu như cố định không phụ thuộc vào vị trí của píttông. Trong bình tích áp lò xo, áp suất thay đổi tỷ lệ tuyến tính, còn trong bình tích áp thủy khí, áp suất chất lỏng thay đổi theo những định luật thay đổi áp suất của chất khí. Theo kết cấu bình tích áp thủy khí được chia thành hai loại chính: - Loại không có ngăn. - Loại có ngăn.. 1. Ống cho khí vào 2. Thân bình chứa 3. Màng ngăn 4. Đế van 5. Ống cho dầu vào. Hình 2.25. Cấu tạo bình tích áp thủy khí loại có ngăn. + Loại không có ngăn Những bình tích áp loại không có ngăn ít gặp trong thực tế. Sở dĩ chúng không được ứng dụng rộng rãi vì có một nhược điểm rất cơ bản là không khí tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Trong quá trình làm việc không khí sẽ xâm nhập vào chất lỏng và gây ra sự làm việc không ổn định cho toàn hệ thống. Muốn khắc phục nhược điểm này, bình tích áp phải có kết cấu hình trụ nhỏ và dài để giảm bớt diện tích tiếp xúc giữa không khí và chất lỏng. + Loại có ngăn Bình tích áp thủy khí loại có ngăn phân cách hai môi trường được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống thủy lực di động. Tùy thuộc vào kết cấu của màng ngăn phân cách, bình tích áp loại này được phân ra nhiều kiểu: Kiểu píttông, kiểu màng v.v... Bình tích áp loại này không yêu cầu những thiết bị đặc biệt để theo dõi mức chất lỏng làm việc như ở loại không có ngăn. 51.

(52) Cấu tạo của bình tích áp có ngăn bằng màng (hình 2.25) như sau: Ở khoang trên của bình tích áp thủy khí, được nạp không khí với áp suất nạp vào pn, khi không có chất lỏng làm việc trong bình tích chứa. Nếu ta gọi pmin là áp suất nhỏ nhất của chất lỏng làm việc của bình tích áp, thì pn  pmin, áp suất pmax của chất lỏng đạt được khi thể tích chất lỏng trong bình có được ứng với giá trị cho phép lớn nhất của áp suất không khí trong khoang trên. Khi sử dụng, trong bình tích áp thường là khí nitơ hoặc không khí, còn chất lỏng làm việc là dầu. Trong bình tích áp thủy khí có ngăn thì việc làm kín giữa hai khoang khí và chất lỏng là vô cùng quan trọng, đặc biệt là đối với loại bình làm việc ở áp suất cao và nhiệt độ thấp. Bình tích áp được làm kín kiểu này có thể làm việc ở áp suất chất lỏng đến 100 (kG/cm2). Bình tích áp thủy khí có ngăn là màng đàn hồi, đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa hai khoang khí và chất lỏng làm việc. Vì ở hai loại bình tích áp này không có chi tiết dịch chuyển như ở bình kiểu píttông nên xuất hiện lực quán tính. Bình tích áp kiểu này không yêu cầu nạp khí ngay cả khi thời gian làm việc bị gián đoạn dài. Đối với bình tích áp thủy khí có ngăn chia đàn hồi, nên sử dụng khí nitơ, vì không khí sẽ làm màng cao su mau hỏng. Nguyên tắc hoạt động của bình tích áp thủy khí có màng ngăn đàn hồi trong quá trình nạp và quá trình xả (hình 2.26).. a). b). Hình 2.26. Quá trình làm việc của bình trích chứa thủy lực loại có ngăn a) Quá trình nạp b) Quá trình xả. * Ví dụ ứng dụng bình trích chứa thủy lực: Giữ áp suất kẹp chi tiết trong quá trình gia công (hình 2.27). Trong quá trình gia công, chi tiết luôn được kẹp chặt bởi áp suất của dầu thủy lực. Trong trường hợp có sự cố của hệ thống thủy lực (ví dụ như bơm mất điện) thì dưới áp suất của dầu trong bình tích chứa chi tiết vẫn nằm ở vị trí cũ. 52.

(53) Hình 2.27. Bình tích áp thủy lực lắp trong mạch điều khiển 1. Bơm dầu; 2. Bộ lọc; 3. Van tràn; 4. Van đảo chiều; 5. Van đảo chiều; 6. Bình trích chứa; 7. Van một chiều. 2.2.4. Ống dẫn, ống nối. Để nối liền các phần tử điều khiển (các loại van) với các cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta dùng các ống dẫn, ống nối hoặc các tấm nối. 2.2.4.1. Ống dẫn a) Yêu cầu Ống dẫn dùng trong hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực phổ biến là ống dẫn cứng (ống đồng và ống thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống mềm bằng kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 135oC). Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất. Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu. b) Ký hiệu Ký hiệu ống dẫn trên các sơ đồ mạch thủy lực (hình 2.28) như sau: - Các đường ống hút. 53.

(54) - Các đường ống nén - Các đường ống xả. Hình 2.28. Các đường ống hút, nén và xả trong hệ thống thủy lực. 2.2.4.2. Các loại ống nối a) Yêu cầu Trong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tương đối cao về độ bền và độ kín. Tùy theo điều kiện sử dụng ống nối có thể cố định (không tháo được) và tháo được. b) Các loại ống nối Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các phần tử của thủy lực, ta dùng ống nối vặn ren và ống nối siết chặt bằng đai ốc được minh họa (hình 2.29a,b). Khi đường ống làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, có thể dùng mối nối ống siết chặt bằng đai ốc có kết cấu như hình 2.29b. Khi siết chặt đai ốc nối, dưới tác dụng mặt côn ống nối, mối nối được làm kín. Sử dụng ống nối để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các phần tử thủy lực có ưu 54. a). b). Hình 2.29. Các loại ống nối a) Ống nối vặn ren; b) Ống nối siết chặt bằng đai ốc.

(55) điểm là do các đầu ren được tiêu chuẩn hóa nên dễ dàng nối liền chúng với nhau. Nhưng cũng có những nhược điểm là nếu dùng nhiều ống dẫn và ống nối sẽ làm tăng tổn thất áp suất, tăng khả năng bị rò rỉ dầu, chiếm nhiều khoảng không gian. Vì thế trong hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực hiện đại, người ta sử dụng rộng rãi kiểu nối liền bằng tấm nối, tức là lắp ráp một số phần tử thành các cụm điều khiển, gọi là block. c) Cách lắp ống nối mềm Khi lắp đường ống mềm với các bộ nối ống, cần đảm bảo độ uốn cong của ống mềm sau mối nối để tiết diện của ống mềm không bị biến dạng (hình 2.30).. a. b. Hình 2.30. Cách lắp ống nối mềm a) Lắp đúng; b) Lắp không đúng. 2.2.5. Vòng chắn. a) Nhiệm vụ Chắn dầu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bình thường của các phần tử thủy lực. Chắn dầu không tốt, sẽ bị rò dầu ở các mối nối, bị hao phí dầu, không đảm bảo được áp suất cao, không khí dễ thâm nhập vào hệ thống, dẫn đến hệ thống hoạt động không ổn định. b) Phân loại Để ngăn chặn rò dầu, người ta dùng các loại vòng chắn có kết cấu khác nhau với những vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ dầu. Tùy thuộc vào bề mặt cần chắn khít, người ta phân thành hai loại: - Loại chắn khít phần tử cố định. - Loại chắn khít phần tử chuyển động. c) Loại chắn khít phần tử cố định (hình 2.31) Chắn khít những phần tử cố định tương đối đơn giản, dùng các vòng chắn bằng chất dẻo hoặc bằng kim loại mềm như đồng, nhôm. Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, thường sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn, như cao su nền vải, vòng kim loại, cao su lưu hóa cùng lõi kim loại.. 55.

(56) a. b. c. Hình 2.31. Vòng chắn cố định a) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn); b) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn và vòng làm kín); c) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn) lắp mặt đầu.. d) Loại chắn khít phần tử chuyển động tương đối với nhau (hình 2.32) Dùng rộng rãi nhất để chắn khít những phần tử chuyển động, người ta dùng vòng chắn có tiết diện chữ O, tiết diện X, tiết diện V và tiết diện hình phễu. Vật liệu được chế tạo là cao su chịu dầu. Để chắn dầu giữa 2 bề mặt có chuyển động tương đối, ví dụ như giữa píttông và xi lanh, cần phải tạo rãnh đặt vòng chắn có kích thước phụ thuộc vào đường kính của tiết diện vòng chắn. Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, tương tự như loại chắn khít những phần tử cố định, thường sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn như vòng kim loại (hình 2.32a) và (hình 2.32d). Để chắn khít những chi tiết có chuyển động thẳng, như cần píttông, cần tay côn trượt điều khiển với nam châm điện... thường dùng vòng chắn có tiết diện chữ V với vật liệu bằng da hoặc bằng cao su (hình 2.32b). Trong trường hợp áp suất làm việc của dầu lớn, bề dày cũng như số vòng chắn cần thiết càng lớn (hình 2.32c).. a. c. b. d. Hình 2.32. Vòng chắn khít phần tử chuyển động tương đối với nhau. 56.

(57) Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỆN THỦY LỰC. 3.1. Khái niệm Hệ thống điều khiển thủy lực được mô tả qua sơ đồ (hình 3.1), gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau: - Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, bộ lọc dầu, bình tích áp. - Phần tử nhận tín hiệu: Các loại nút ấn, nút nhấn. - Phần tử xử lý tín hiệu: Van áp suất, van chặn, van tác động khóa lẫn... - Phần tử điều khiển, điều chỉnh: Van đảo chiều, van tiết lưu, bộ ổn tốc... - Cơ cấu chấp hành: Xi lanh, động cơ thủy lực. Năng lượng để điều khiển có thể bằng cơ, bằng thủy lực, bằng khí nén hoặc bằng điện.. Phần tử nhận tín hiệu. Phần tử xử lý. Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển. Năng lượng điều khiển. Dòng năng lượng tác động lên quy trình. Cơ cấu tạo năng lượng. Hình 3.1. Hệ thống điều khiển thủy lực. 3.2. Các phần tử của hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực 3.2.1. Van áp suất. 3.2.1.1. Nhiệm vụ Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực. 3.2.1.2. Phân loại Van áp suất gồm các loại sau:. 57.

(58) - Van tràn và van an toàn; - Van giảm áp; - Van cản; - Van đóng, mở cho bình tích áp thủy lực. 3.2.1.3. Van tràn và an toàn Dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quá trị số quy định. Van tràn làm việc thường xuyên, còn van an toàn làm việc khi hệ thống quá tải. Ký hiệu của van tràn và van an toàn (hình 3.2): Phân loại: Theo cấu tạo gồm các loại: + Kiểu van bi (trụ, cầu); + Kiểu con trượt (píttông); + Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp) a) Kiểu van bi - Cấu tạo van tràn kiểu van bi cầu (hình 3.3a), bi trụ (hình 3.3b). a). Hình 3.2. Ký hiệu van tràn và van an toàn. b). Hình 3.3. Cấu tạo van tràn kiểu van bi. - Nguyên lý làm việc: Khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vượt quá mức quy định, nó sẽ thắng lực lò xo, van mở cửa và đưa dầu về thùng chứa. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điều chỉnh độ cứng của lò xo ở phía trên. Ta có phương trình: p1 A  C.( x  x0 ). 58. (3.1).

(59) Trong đó: p1 - Áp suất làm việc của hệ thống; A - Diện tích tác động của bi; x0 - Biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu; x - Biến dạng của lò xo khi có dầu tràn (khi van mở); C - Độ cứng của lò xo. Kiểu van bi có kết cấu đơn giản, nhưng có nhược điểm là không dùng được ở áp suất cao, làm việc ồn ào. Khi lỗ hỏng, dầu lập tức chảy về thùng làm cho áp suất trong hệ thống giảm đột ngột. b) Kiểu con trượt - Cấu tạo được trình bày ở hình 3.4.. Hình 3.4. Kết cấu kiểu van con trượt. - Nguyên lý làm việc: Dầu đưanvào cửa (1), qua lỗ giảm chấn rồi vào buồng (3). Nếu như lực do áp suất của dầu tạo nên là F lớn hơn lực của lò xo Flx và trọng lượng của píttông thì píttông sẽ dịch chuyển lên trên mở cửa (2) và dầu sẽ chảy qua cửa (2) để trở về thùng chứa. Lỗ (4) dùng để tháo dầu rò từ buồng trên ra ngoài. Ta có: p1 A  Flx (bỏ qua ma sát và trọng lượng của píttông) Với Flx  C.x0 Khi áp suất p1 tăng làm cho lực tác dụng lên mặt đáy của píttông F tăng theo. Khi xảy ra điều kiện: F > Flx làm cho píttông sẽ dịch chuyển lên một khoảng là x, khi đó dầu sẽ chảy qua cửa (2) nhiều, kết quả làm cho p1 giảm để ổn định. Vì tiết diện A không đổi, nên áp suất cần điều chỉnh chỉ phụ thuộc vào lực Flx của lò xo.. 59.

(60) Loại van này có độ giảm chấn cao hơn van bi, nên nó làm việc êm hơn. Nhược điểm của nó là trong trường hợp lưu lượng lớn, với áp suất cao, lỗ phải có kích thước lớn, do đó làm tăng kích thước chung của van. c) Van điều chỉnh hai cấp áp suất Trong van này có hai lò xo: Lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh được áp suất cần thiết nhờ thay đổi độ cứng của lò xo. Lò xo 2 tác dụng lên con trượt (bi trụ), là loại lò xo yếu chỉ có nhiệm vụ thắng lực ma sát của bi trụ. Tiết diện chảy là rãnh hình tam giác. Lỗ tiết lưu có đường kính từ 0,8 - 1 mm.. Hình 3.5. Kết cấu của van điều chỉnh hai cấp áp suất. - Nguyên lý làm việc: Dầu vào van qua cửa (1) có áp suất p1, phía dưới và phía trên con trượt van đều có áp suất. Khi áp suất của dầu chưa thắng được lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía dưới và áp suất p2 ở phía trên bằng nhau, do đó con trượt đứng yên. Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua van bi chảy về thùng chứa. Khi dầu chảy do sức cản của lỗ tiết lưu, nên p1 > p2, tức là có một hiệu áp được hình thành giữa phía dưới và phía trên con trượt là p  p1  p2  0 (lúc này cửa 3 vẫn đóng). Khi đó: A2 . p1  C1.x20 và C2 .x30  p1. A3. (3.2). Chỉ khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2, lúc này cả hai van đều hoạt động. Van này làm việc rất êm, không có chấn động. Áp suất có thể điều chỉnh trong phạm vi rất rộng là 5 - 63 bar hoặc có thể cao hơn.. 60.

(61) Ví dụ: Lắp van tràn điều khiển trực tiếp kết hợp với bộ lọc đặt ở đường xả trong hệ thống điều khiển thủy lực (hình 3.6).. Hình 3.6. Mạch thủy lực lắp van tràn điều khiển trực tiếp. 3.2.1.4. Van giảm áp Van giảm áp được sử dụng khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn (bơm) cho một số cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất. Trong trường hợp này, người ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết. Ký hiệu van giảm áp:. Cấu tạo của van giảm áp:. Hình 3.7. Kết cấu của van giảm áp. 61.

(62) Ví dụ: Mạch thủy lực có lắp van giảm áp như hình 3.8:. Hình 3.8. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp. Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau: Trên sơ đồ (hình 3.8), xi lanh 1 làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên áp suất p1>p2 cung cấp cho xi lanh 2. Giá trị của p2 có thể điều chỉnh nhờ vít trên van giảm áp. Ta có lực cân bằng của van giảm áp như sau: p2 A  Flx ( Flx  C.x )  p2 . C .x A. (3.3). Do A = const, nên khi x thay đổi dẫn đến p2 thay đổi. 3.2.1.5. Van cản Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống để cho hệ thống luôn luôn có dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, giúp cho thiết bị làm việc êm và giảm va đập. Ký hiệu:. Trên hình 3.9, van cản lắp vào cửa ra của xi lanh có áp suất p2. Nếu lực lò xo của van là Flx và tiết diện của píttông trong van là A, thì phương trình cân bằng lực tĩnh sẽ là: p2 A  Flx  0  p2 . 62. Flx A. (3.4).

(63) Như vậy, áp suất ở cửa ra có thể điều chỉnh được tùy vào sự điều chỉnh lực của lò xo Flx.. Hình 3.9. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van cản. 3.2.2. Van đảo chiều. 3.2.2.1. Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng hoặc dùng để đảo chiều chuyển động của cơ cấu chấp hành. 3.2.2.2. Các khái niệm - Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường là 2, 3 và 4. Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. - Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có 2 hoặc 3 vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. Mỗi vị trí của van được biểu diễn bằng một hình vuông, các mũi tên và đường kẻ bên trong hình vuông biểu diễn mối quan hệ giữa các cửa. Ký hiệu của van đảo chiều trên sơ đồ thủy lực gồm một số hình vuông xếp thành hàng. Các cửa của van được ký hiệu bằng các ký tự: P, T, A, B và L. P – Cửa áp suất; A, B – Các cửa làm việc; T – Cửa dầu hồi; L – Cửa xả dầu thừa. 3.2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại điển hình a) Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) (hình 3.10) Van có hai cửa là A, P còn cửa L để xả dầu thừa. Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt sẽ tạo nên hai vị trí làm việc của van (vị trí bên trái thì cửa P và cửa A đều bị chặn còn sang vị trí bên phải thì cửa P nối thông với cửa A), con trượt trở lại vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo. 63.

(64) Hình 3.10. Van đảo chiều 2/2. b) Van đảo chiều 3 cửa; 2 vị trí (3/2) (hình 3.11) Van có ba cửa là A, P, T. Cửa P nối với bơm, cửa A thường nối với phần tử điều khiển hoặc cơ cấu chấp hành còn cửa T nối với thùng chứa dầu để xả dầu hồi. Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt để tạo nên hai vị trí làm việc của van (vị trí bên trái thì cửa P bị chặn còn cửa A nối thông với cửa T, còn sang vị trí bên phải thì cửa P nối thông với cửa A còn cửa T bị chặn), con trượt trở lại vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo.. Hình 3.11. Van đảo chiều 3/2. c) Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) (hình 3.12) Van có bốn cửa là A, B, P, T. Cửa P nối với bơm, cửa A, B thường nối với phần tử điều khiển hoặc cơ cấu chấp hành còn cửa T nối với thùng chứa dầu để xả dầu hồi. Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt để tạo nên hai vị trí làm việc của van (vị trí bên trái thì cửa P nối thông với cửa B và cửa A nối thông với cửa T, còn sang vị trí bên phải thì cửa P nối thông với cửa A và của B nối thông với cửa T), con trượt trở lại vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo. 64.

(65) Hình 3.12. Van đảo chiều 4/2. d) Van đảo chiều 4 cửa, 3 vị trí (4/3) - Loại có vị trí trung gian cửa P nối với T (hình 3.13). Khi van làm việc ở vị trí trung gian thì chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua cửa T để về thùng chứa. Loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vị trí xác định lúc dừng lại.. Hình 3.13. Van đảo chiều 4/3, vị trí trung gian hai cửa P và T thông nhau. - Loại có vị trí trung gian cửa P bị chặn (hình 3.14). Khi van làm việc ở vị trí trung gian thì chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua van tràn (hoặc van an toàn) để về thùng chứa. Loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vị trí xác định lúc dừng lại.. Hình 3.14. Van đảo chiều 4/3, vị trí trung gian các cửa bị chặn. 65.

(66) 3.2.2.4. Các loại tín hiệu tác động Loại tín hiệu tác động lên van đảo chiều được biểu diễn hai phía, bên trái và bên phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác động làm van đảo chiều để thay đổi vị trí làm việc của con trượt, cụ thể như sau: a) Loại tín hiệu tác động bằng tay (hình 3.15) Ký hiệu nút ấn tổng quát. Nút bấm. Tay gạt. Bàn đạp. Hình 3.15. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng tay. b) Loại tín hiệu tác động bằng cơ (hình 3.16) Đầu dò. Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều. Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều. Lò xo. Nút nhấn có rãnh định vị.. Hình 3.16. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng cơ. 66.

(67) c) Loại tín hiệu tác động bằng thủy lực, khí nén và điện từ (hình 3.17) Tác động bằng thủy lực Tác động bằng khí nén. Tác động bằng điện từ. Hình 3.17. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng thủy lực, khí nén và điện. 3.2.2.5. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều (hình 3.18) Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, các mép của nó sẽ đóng hoặc mở các cửa trên thân van nối với ống dẫn dầu. Van đảo chiều có mép điều khiển dương (hình 3.18a) được sử dụng trong những kết cấu đảm bảo sự rò dầu rất nhỏ. Trong quá trình chuyển động trung gian (chuyển tiếp) tất cả các cổng được đóng ngay tức khắc. Ưu điểm: không có sự tổn thất áp suất; Nhược điểm: có khả năng bị chấn động do áp suất tăng đột ngột. Van đảo chiều có mép điều khiển bằng không (hình 3.18c), được sử dụng phần lớn trong các hệ thống điều khiển thủy lực có độ chính xác cao, ví dụ ở van thủy lực tuyến tính hay cơ cấu van servo. Công nghệ chế tạo loại van này tương đối khó khăn. Van đảo chiều có mép điều khiển âm (hình 3.18b), đối với loại này có mất mát chất lỏng chảy qua khe thông về thùng chứa, khi nòng van ở vị trí trung gian. Loại van này được sử dụng khi không có yêu cầu cao về sự rò chất lỏng, cũng như độ cứng vững của hệ thống. Trong quá trình chuyển động trung gian (chuyển tiếp) tất cả các cổng được nối với nhau ngay tức khắc. Ưu điểm: kKông bị chấn động khi đóng mở. Nhược điểm: Áp suất bị tổn thất rất nhanh (hạ tải, xả bình tích áp) a. b. c. Hình 3.18. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều. 67.

(68) 3.2.3. Van tiết lưu. 3.2.3.1. Nhiệm vụ Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chảy của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực. Van tiết lưu có thể đặt ở đường dầu vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành. 3.2.3.2. Phân loại: Theo khả năng điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu có hai loại: + Tiết lưu cố định: Ký hiệu: + Tiết lưu thay đổi được lưu lượng: Ký hiệu: Dựa vào phương thức điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu có thể phân thành 2 loại chính: Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục và van tiết lưu điều chỉnh quanh trục (hình 3.19).. Hình 3.19. Nguyên lý điều chỉnh khe hở a) Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục; b) Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục. a) Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục. Hình 3.20. Sơ đồ tính toán tiết lưu điều chỉnh dọc trục. 68.

(69) Từ hình 3.20 ta xác định được tiết diện lưu thông của van: Ax  2 .rt . AB. (3.5). Trong đó: AB  h sin  và rt  r . h.sin  . cos  2. (3.6). Thay (3.6) vào công thức (3.5), ta có: h. sin  h 2 . sin 2  Ax  2 .(r  . cos  ).h. sin   2r.h. sin   . cos  2 2. Vì. (3.7). h 2 . sin 2  . cos  là VCB có thể bỏ qua, nên ta có: 2 Ax  2 .h.r.sin . (3.8). Từ công thức (3.8) cho thấy, để điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi h nên tiết diện lưu thông của van thay đổi.. b) Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục (hình 3.21). Hình 3.21. Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu điều chỉnh quanh trục. 3.2.3.3. Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu Tùy thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh bằng van tiết lưu như sau: - Điều chỉnh bằng van tiết lưu lắp ở đường vào; - Điều chỉnh bằng van tiết lưu lắp ở đường ra. a) Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu ở đường vào Hình 3.22 là sơ đồ của van tiết lưu được lắp ở đường vào của hệ thống thủy lực. Van tiết lưu (04) đặt ở đường vào của xi lanh (01). Đường ra của xi lanh được dẫn về thùng dầu qua van cản (05). Nhờ van tiết lưu (04), ta có thể điều chỉnh hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu, tức là điều chỉnh được lưu lượng chảy qua van tiết lưu vào xi lanh. (bằng cách thay đổi tiết diện chảy Ax), do đó làm thay đổi vận tốc của píttông. Lượng 69.

(70) dầu thừa chảy qua van tràn về thùng dầu. Van cản (05) dùng để tạo nên một áp suất nhất định (khoảng 3 - 8) bar trong buồng bên phải của xi lanh (01), đảm bảo píttông chuyển động êm, ngoài ra van cản (05) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấp hành khi tải trọng thay đổi đột ngột.. Hình 3.22. Sơ đồ lắp van tiết lưu ở đường vào của hệ thống thủy lực. Phương trình lưu lượng:. Q1  A1.v   . Ax .c. p. (3.9). Trong đó: Q1 - Lưu lượng qua van tiết lưu và cũng là lưu lượng qua xi lanh. p  p0  p1 - Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu; p0 - Áp suất do bơm tạo ra và được điều chỉnh bằng van tràn. Khi Ax thay đổi  p thay đổi  Q1 thay đổi  v thay đổi. Nếu như tải trọng tác dụng lên píttông là FL và lực ma sát giữa pittông và xi lanh là Fms thì phương trình cân bằng lực của píttông sẽ là: p1. A1  p2 . A2  FL  Fms  0 . p1  p 2 .. A2 FL  Fms  A1 A1. Ta thấy khi FL thay đổi  p1 thay đổi  p thay đổi  Q1 thay đổi  v không ổn định. 70. (3.10) Hình 3.23. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều chỉnh bằng van tiết lưu ở đường dầu vào.

(71) b) Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu ở đường dầu ra Hình 3.24 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng van tiết lưu lắp ở đường ra. Cách lắp này dùng phổ biến nhất, vì van tiết lưu thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên một áp suất nhất định trên đường ra của xi lanh và do đó làm cho chuyển động của píttông được êm. Trong trường hợp này áp suất ở buồng trái xi lanh bằng áp suất của bơm, tức là: p1 = p0.. Hình 3.24. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều chỉnh bằng van tiết lưu ở đường dầu ra. Ta có các phương trình: Lưu lượng qua van tiết lưu:. Q2  A2 .v   .c. p 2. (3.11). Vì cửa của van tiết lưu nối liền với thùng dầu, nên hiệu áp qua van tiết lưu: p  p2  p3  p2. (3.12). Lưu lượng dầu qua khe hở được tính theo công thức của Torricelli như sau: Q2   . Ax. Vậy: v . 2 g .p (m3/s) hoặc A2 .v  . Ax .c .p với c  .  . Ax .c .p A2. 2g  const . (3.13). Trong đó:  - Hệ số lưu lượng; Ax - Diện tích mặt cắt của khe hở; p  p2  p3 - Hiệu áp suất trước và sau khe hở;  - Khối lượng riêng của dầu.. 71.

(72) Khi Ax thay đổi  p thay đổi và v thay đổi Phương trình cân bằng lực tĩnh là: p0 . A1  p2 . A2  FL  Fms  0. Suy ra: p  p2  p0 .. A1 FL  Fms  A2 A2. (3.14) (3.15). Ta cũng thấy: FL thay đổi dẫn đến p2 thay đổi  Q2 thay đổi  v không ổn định. Nhận xét: Cả hai trường hợp điều chỉnh bằng tiết lưu có ưu điểm là kết cấu đơn giản, như cả hai có nhược điểm là không đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành có một giá trị ổn định khi tải trọng thay đổi. Thường người ta dùng phương pháp điều chỉnh bằng tiết lưu cho những hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hoặc trong hệ thống không yêu cầu cao về ổn định vận tốc. Nhược điểm khác của phương pháp điều chỉnh này là một phần dầu thừa qua van tràn biến thành nhiệt, nhiệt lượng ấy làm giảm độ nhớt của dầu, 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 giảm. Vì những lý do đó, điều chỉnh bằng van tiết lưu thường dùng trong hệ thống thủy lực có công suất nhỏ, thường không quá 3 - 3,5 kw. Những trường hợp hệ thống thủy lực có công suất trung bình hoặc lớn, để giảm nhiệt độ dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống thủy lực ta dùng phương pháp điều chỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại điều chỉnh này được thực hiện bằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực lưu lượng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định. Lưu lượng dầu có thể thay đổi bằng cách dùng bơm dầu loại píttông hoặc bơm dầu cánh gạt điều chỉnh được lưu lượng. Đặc điểm của hệ thống điều chỉnh vận tốc bằng thể tích là khi tải trọng không đổi, công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ với lưu lượng của bơm. Vì thế, loại điều chỉnh này được dùng rộng rãi trong các máy cần thiết một 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 khi vận tốc giảm, công suất cần thiết cũng giảm. Tóm lại: Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh bằng thể tích là đảm bảo hiệu suất truyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nhưng bơm dầu điều chỉnh lưu lượng có kết cấu phức tạp, chế tạo đắt hơn là bơm dầu có lưu lượng không đổi. 3.2.4. Bộ ổn tốc. 3.2.4.1. Nhiệm vụ Trong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệ thống điều chỉnh đơn giản như 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 thay đổi, 72.

(73) độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng như sự thay đổi nhiệt độ. Ngoài những nguyên nhân trên, hệ thống dầu ép làm việc còn bị ảnh hưởng do những thiếu sót về kết cấu như các cơ cấu điều khiển chế tạo không chính xác.v.v... Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì được trị số đã điều chỉnh, trong các hệ thống điều chỉnh vận tốc kể trên, cần lắp thêm một số bộ phận, để loại trừ ảnh hưởng của các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc. Trong hệ thống thủy lực, phần tử dùng để ổn định vận tốc là bộ ổn tốc. Ký hiệu:. Hình 3.25. Ký hiệu bộ ổn tốc trong sơ đồ thủy lực. 3.2.4.2. Kết cấu Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: Van tiết lưu và van giảm áp (hình 3.26). Bộ ổn tốc có thể lắp trên đường dầu vào hoặc đường dầu ra của cơ cấu chấp hành.. Hình 3.26. Kết cấu bộ ổn tốc. Điều kiện để bộ ổn tốc làm việc là: p1  p2  p3  p4. (3.16). Ta có phương trình cân bằng lực tĩnh: A. p3  A. p4  Flx. Vậy: p  p3  p4 . Flx A. Và Q2   . A x .c. p  k. (3.17) (3.18). Flx A. (3.19). Như vậy Q2 không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào Flx nên vận tốc v của cơ cấu chấp hành ổn định. Sơ đồ thủy lực có lắp bộ ổn tốc trình bày trên hình 3.27: 73.

(74) Hình 3.27. Sơ đồ thủy lực có lắp bộ ổn tốc. 3.2.4.3. Một số phương án lắp bộ ổn tốc a) Bộ ổn tốc đặt ở đường vào (hình 3.28). Ưu điểm: - Xi lanh làm việc theo áp suất yêu cầu. - Có thể điều chỉnh lượng vận tốc nhỏ. Nhược điểm: - Phải đặt van cản ở đường dầu về. - Năng lượng không dùng chuyển thành nhiệt trong quá trình tiết lưu.. Hình 3.28. Bộ ổn tốc đặt ở đường vào 1,3. Van tràn; 2. Bộ ổn tốc một chiều.. 74.

(75) b) Bộ ổn tốc đặt ở đường ra (hình 3.29). Ưu điểm: - Xi lanh làm việc được với vận tốc nhỏ và tải trọng lớn. - Có thể điều chỉnh lượng vận tốc nhỏ. - Không phải đặt van cản ở đường dầu về. - Nhiệt sinh ra sẽ về bể dầu. Nhược điểm: - Lực ma sát của xi lanh lớn. - Van tràn phải làm việc liên tục.. Hình 3.29. Bộ ổn tốc đặt ở đường ra 1. Van tràn; 2. Bộ ổn tốc một chiều.. 3.2.5. Bộ phân dòng. 3.2.5.1. Nhiệm vụ Bộ phân dòng có tác dụng phân dòng chảy đến những cơ cấu chấp hành khác nhau và có lưu lượng không đổi. Ngoài ra bộ phân dòng còn có nhiệm vụ như bộ ổn tốc.. 75.

(76) 3.2.5.2. Kết cấu Kết cấu và cách lắp bộ phân dòng trong hệ thống thủy lực như hình 3.30. Hình 3.30. Kết cấu và sơ đồ lắp bộ phân dòng trong hệ thống thủy lực a). Kết cấu của bộ phân dòng 1,2. Lỗ tiết lưu; 3,4. Hai đầu nòng van; 5. Nòng van; 6,7. Cửa ra; 8,9. Cửa ra tiết lưu; 10,11. Đường dẫn; b). Sơ đồ lắp bộ phân dòng trong hệ thống thủy lực. a). b). 3.2.6. Van chặn. 3.2.6.1. Phân loại Van chặn gồm các loại van sau: + Van một chiều; + Van một chiều điều khiển được hướng chặn; + Van tác động khóa lẫn. 3.2.6.2. Van một chiều a) Nhiệm vụ: Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướng và ở hướng kia dầu bị ngăn lại. Trong hệ thống thủy lực, van một chiều thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau.. Ký hiệu: b) Kết cấu: Kết cấu của van một chiều có hai loại là van bi và van kiểu con trượt như hình 3.31.. 76.

(77) a). b). Hình 3.31. Kết cấu van một chiều a) Loại van bi; b) Loại van kiểu con trượt. * Một số ví dụ điển hình sử dụng van một chiều (hình 3.32) a) Tải trọng ngoài sẽ được duy trì khi bơm mất điện. b) Van tiết lưu chỉ cho dòng đi qua một chiều. c) Van một chiều khi quá trình hút. d) Van một chiều cho động cơ dầu. e) Dòng chảy đi qua bơm (khi hút), khi bộ lọc bị bẩn. f) Dòng chảy xả về thùng, khi bộ lọc bị bẩn. g) Bộ ổn tốc 2 chiều (mạch cầu). h) Van một chiều cho bơm dầu có Q = hằng số. b. a. e. f. d. c. g. h. 77.

(78) Hình 3.32. Một số trường hợp dùng van một chiều trong hệ thống thủy lực. 3.2.6.3. Van một chiều điều khiển được hướng chặn (hình 3.33) Chất lỏng đi từ A qua B tác dụng như van một chiều, còn chất lỏng muốn đi từ B qua A khi có tín hiệu X tác động.. Hình 3.33. Van một chiều điều khiển được hướng chặn a) Chiều A qua B tác dụng như van một chiều; b) Chiều B qua A có dòng chảy, khi có tác dụng tín hiệu ngoài X; c) Ký hiệu. 3.2.6.4. Van tác động khóa lẫn a) Kết cấu Kết cấu của van tác động khóa lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều khiển được hướng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo nguyên lý làm việc của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu điều khiển A2.. Hình 3.34. Van tác động khóa lẫn a) Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 (như van một chiều); b) Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c) Ký hiệu. 78.

(79) b) Ví dụ ứng dụng Mạch ứng dụng van tác động khóa lẫn để nâng tải trọng như hình (3.35). Với van tác động khóa lẫn lắp trong mạch, tải trọng m sẽ được giữ vị trí chính xác và an toàn, khi van đảo chiều ở vị trí trung gian. 3.2.7. Các loại van điện - thủy lực. 3.2.7.1. Phân loại, công dụng Theo chất lượng điều khiển, người ta sắp xếp van điện thủy lực theo trình tự từ thấp đến cao như sau (hình 3.36): - Van solenoid: Van solenoid đóng mở và van solenoid điều khiển; - Van tỷ lệ: Van tỷ lệ không phản hồi, van tỷ lệ có phản hồi và van tỷ lệ hiệu suất cao; - Van servo: Van servo và van servo kỹ thuật số.. Hình 3.35. Ứng dụng van tác động khóa lẫn trong mạch thủy lực để nâng, hạ tải trọng 1. Xilanh; 2. Van tác động khoá lẫn; 3. Van đảo chiều; 4. Bộ phận cung cấp dầu. Hình 3.36. Sơ đồ ký hiệu và phân loại van điện thủy lực. 3.2.7.2. Van Selonoid Cấu tạo của van selonoid gồm các bộ phận chính là: Loại điều khiển trực tiếp (hình 3.37) gồm thân, con trượt và hai nam châm điện; Loại điều khiển gián tiếp (hình 3.38) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo của van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 79.

(80) điều khiển con trượt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con trượt của van sẽ hoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm điện. Có thể gọi van selonoid là van điều khiển có cấp.. Hình 3.37. Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp 1,5. Vít điều chỉnh vị trí của lõi sắt từ; 2, 4. Lò xo; 3,6. Cuộn dây của nam châm điện. Hình 3.38. Kết cấu và ký hiệu của van solenoid điều khiển gián tiếp 1. Van sơ cấp; 2. Van thứ cấp. 80.

(81) 3.2.7.3. Van tỷ lệ Cấu tạo của van tỷ lệ gồm có ba bộ phận chính: Thân, con trượt và nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình làm việc của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm điện. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điều khiển vô cấp. Hình 3.39 là kết cấu của van tỷ lệ, van có hai nam châm 1,5 bố trí đối xứng, các lò xo 10 và 12 phục hồi vị trí cân bằng của con trượt 11.. Hình 3.39. Cấu tạo và ký hiệu của van tỷ lệ. 3.2.7.4. Van tỷ lệ có phản hồi hiệu suất cao Van tỷ lệ có phản hồi ngoài các bộ phận và khả năng điều khiển như van tỷ lệ thông thường còn có thêm thiết bị dò hành trình di chuyển của con trượt. Các bộ phận chính của van gồm (hình 3.40): - Thân van và con trượt; Nam châm điện; - Cảm biến vị trí đo lượng di chuyển con trượt.. 81.

(82) a). b). Hình 3.40. Cấu tạo và ký hiệu của van tỷ lệ hiệu suất cao loại 4 vị trí 4 cửa a) Cấu tạo; b) Sơ đồ ký hiệu. Với mỗi giá trị của dòng điện điều khiển vào cuộn dây của nam châm điện thì con trượt của van sẽ di chuyển đến vị trí tương ứng. Vị trí của con trượt quyết định tiết diện dòng chảy ở các vị trí của van. Các lò xo có tác dụng phục hồi con trượt về vị trí ban đầu. Cảm biến vị trí dạng biến trở đo vị trí của con trượt và truyền tín hiệu dưới dạng điện áp về bộ khuếch đại của van, tại bộ khuếch đại tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu điều khiển nhằm truyền cho nam châm điện dòng điều khiển chính xác. Nên nhờ bộ cảm biến này mà vị trí di chuyển của con trượt điều khiển được chính xác. 3.2.8.5. Van servo a) Nguyên lý làm việc Bộ phận điều khiển con trượt của van servo thể hiện trên hình 3.41, gồm các bộ phận sau: Nam châm vĩnh cửu; Phần ứng và hai cuộn dây; Cánh chặn và càng đàn hồi; Ống đàn hồi và miệng phun dầu.. Hình 3.41. Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con trượt của van servo. 82.

(83) Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữa nhật, phần ứng trên đó có hai cuộn dây và cánh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nên một kết cấu cứng vững. Định vị phần ứng và cánh chặn dầu là một ống đàn hồi, ống này có tác dụng phục hồi cụm phần ứng và cánh chặn về vị trí trung gian khi dòng điện vào hai cuộn dây cân bằng. Nối với cánh chặn dầu là càng đàn hồi, càng này nối trực tiếp với con trượt. Khi dòng điện vào hai cuộn dây lệch nhau thì phần ứng bị hút lệch, do sự đối xứng của các cực nam châm mà phần ứng sẽ quay. Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đàn hồi, khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phía này hở ra và phía kia hẹp lại). Điều đó dẫn đến áp suất ở hai phía của con trượt lệch nhau và con trượt được di chuyển. Như vậy: - Khi dòng điện điều khiển ở hai cuộn dây bằng nhau hoặc bằng 0 thì phần ứng, cánh, càng và con trượt ở vị trí trung gian (hình 3.42a), áp suất ở hai buồng con trượt cân bằng nhau. - Khi dòng điện i1  i2 thì phần ứng sẽ quay theo một chiều nào đó tùy thuộc vào dòng điện của cuộn dây nào lớn hơn. Giả sử phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ, cánh chặn cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phía trái rộng và khe hở ở miệng phun phía phải hẹp lại. Áp suất dầu vào hai buồng con trượt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con trượt di chuyển về bên trái, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đường dẫn dầu qua van). Quá trình trên thể hiện ở hình 3.42b. Đồng thời khi con trượt sang trái thì càng sẽ cong theo chiều di chuyển của con trượt làm cho cánh chặn dầu cũng di chuyển theo. Lúc này khe hở ở miệng phun trái hẹp lại và khe hở ở miệng phun phải rộng lên, cho đến khi khe hở của hai miệng phun bằng nhau và áp suất hai phía bằng nhau thì con trượt ở vị trí cân bằng. Quá trình đó thể hiện ở hình 3.42c. Mô men quay phần ứng và mô men do lực đàn hồi của càng cân bằng nhau. Lượng di chuyển của con trượt tỷ lệ với dòng điện vào cuộn dây. - Tương tự như trên nếu phần ứng quay theo chiều ngược lại thì con trượt sẽ di chuyển theo chiều ngược lại.. Hình 3.42. Sơ đồ nguyên lý làm việc của van servo a) Sơ đồ giai đoạn van chưa làm việc b) Sơ đồ giai đoạn đầu của quá trình điều khiển c) Sơ đồ giai đoạn thứ hai của quá trình điều khiển. 83.

(84) b) Kết cấu của van servo Ngoài những kết cấu thể hiện ở hình 3.41 và hình 3.42, trong van còn bố trí thêm bộ lọc dầu nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của van. Để con trượt ở vị trí trung gian khi tín hiệu vào bằng không, tức là để phần ứng ở vị trí cân bằng, người ta đưa vào kết cấu vít điều chỉnh. Một số kết cấu van servo được sử dụng hiện nay được thể hiện ở các hình 3.43; 3.44; 3.45, 3.46 và 3.47.. Hình 3.43. Kết cấu và ký hiệu của van servo a,b) Các dạng kết cấu của van servo; c) ký hiệu của van servo. 84.

(85) Hình 3.44. Kết cấu của van servo một cấp điều khiển 1. Không gian trống; 2. Ống phun; 3. Lõi sắt của nam châm; 4. Ống đàn hồi; 5. Càng điều khiển điện thủy lực; 6. Vít hiệu chỉnh; 7. Thân ống phun; 8. Thân của nam châm; 9. Không gian quay của lõi sắt nam châm; 10. Cuộn dây của nam châm; 11. Con trượt của van chính; 12. Buồng dầu của van chính. Hình 3.45. Kết cấu của van servo hai cấp điều khiển 1. Cụm nam châm; 2. Ống phun; 3. Càng đàn hồi của bộ phận điều khiển điện- thủy lực; 4. Xi lanh của van chính; 5. Con trượt của van chính; 6. Càng điều khiển điện - thủy lực; 7. Thân ống phun. 85.

(86) Hình 3.46. Kết cấu của van servo hai cấp điều khiển có cảm biến 1. Cụm nam châm; 2. Ống phun; 3. Xi lanh của van chính; 4. Cuộn dây của cảm biến; 5. Lõi sắt từ của cảm biến; 6. Con trượt của van chính; 7. Càng điều khiển điện - thủy lực; 8. Ống phun; 9,10. Buồng dầu của van chính. Hình 3.47. Kết cấu của van servo ba cấp điều khiển có cảm biến 1. Vít hiệu chỉnh; 2. Ống phun; 3. Thân van cấp 2; 4. Thân van cấp 3; 5. Cuộn dây của cảm biến; 6. Lõi sắt từ của cảm biến; 7. Con trượt của van chính; 8.Càng điều khiển điện thủy lực; 9. Thân của ống phun 10,14. Buồng dầu của van cấp 2.11. Con trượt của van cấp 2; 13. Xi lanh của van cấp 3; 15,16. Buồng dầu của van cấp 3. 86.

(87) Chương 4. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC. 4.1. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng thủy lực 4.1.1. Máy dập thủy lực. a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy dập ở hình 4.1a. Khi có tín hiệu tác động bằng tay đến van đảo chiều, xi lanh A mang đầu dập đi xuống. Xi lanh A lùi về, khi ngừng tác động đến van đảo chiều. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.1b).. a). Hình 4.1. Máy dập điều khiển bằng tay 0.1- Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế 1.1 - Van một chiều; 1.2 - Van đảo chiều 3/2 điều khiển tay gạt; 1.0 - Xilanh b). 4.1.2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình công nghệ đúc. a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.2). Gầu múc sẽ đi xuống, khi tác động bằng tay đến van đảo chiều làm xi lanh thủy lực duỗi ra. Gầu múc sẽ đi lên, khi ngừng tác động đến van đảo chiều làm cho xi lanh thủy lực co lại.. 87.

(88) Hình 4.2. Cơ cấu rót tự động trong công nghệ đúc. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.3) Để xi lanh chuyển động đưa gàu múc đi xuống được êm, ta lắp một van cản (1.2) và van một chiều (1.3) vào đường xả dầu về thùng (hình 4.3b).. a). b). Hình 4.3. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu rót phôi tự động 0.1 - Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt;1.0 - Xi lanh; 1.2- Van cản; 1.3 - Van một chiều;. 4.1.3. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy. a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.4). Khi tác động vào van đảo chiều, dầu thủy lực có áp cung cấp cho xi lanh để píttông duỗi ra nâng chi tiết lên gần nguồn nhiệt hơn. Khi chi tiết đã được sấy khô, ta tác động. 88.

(89) bằng tay đến van đảo chiều để chuyển sang vị trí làm việc khác để píttông co về, chi tiết được hạ xuống (hình 4.5a). Để cho chuyển động của xilanh đi xuống được êm và có thể dừng lại ở vị trí bất kỳ, ta lắp thêm van một chiều điều khiển được hướng chặn (1.2) vào đường nén (hình 4.5b).. Hình 4.4. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.5). a). b). Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy 0.1 - Cụm bơm; 0.2 - Van an toàn; 1.1 - Van đảo chiều 4/3 điều khiển bằng tay gạt; 1.2 - Van một chiều điều khiển được hướng chặn;1.0 - Xilanh thủy lực. 89.

(90) 4.1.4. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công. a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.6).. Hình 4.6. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 1. Chi tiết; 2. Hàm kẹp; 3. Xi lanh.. Khi tác động bằng tay lên van đảo chiều, dầu thủy lực cung cấp cho xi lanh để píttông duỗi ra mang hàm di động đến kẹp chặt chi tiết. Khi gia công xong, thả tay điều khiển van đảo chiều ra píttông lùi về và chi tiết được mở ra. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.7) Để cho xi lanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập mạnh với chi tiết kẹp, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. Ở hình 4.7a van tiết lưu một chiều đặt ở đường ra và ở hình 4.7b van tiết lưu một chiều đặt ở đường vào.. 1.2. a). 1.2. b). Hình 4.7. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1- bơm; 0.2- van an toàn; 0.3- áp kế; 1.1- van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt; 1.2- van tiết lưu một chiều; 1.0- xilanh thủy lực. 90.

(91) 4.1.5. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ. a) Nguyên lý làm việc (hình 4.8) Dây cáp nối móc cẩu và cần píttông được mắc qua các ròng rọc cố định. Khi píttông duỗi ra thì móc cẩu tải trọng hạ xuống với vận tốc chậm, khi píttông lùi về thì tải trọng được nâng lên. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.9) Khi móc cẩu tải trọng hạ xuống với vận tốc chậm thì ta sử dụng van tiết lưu một chiều (1.2). Để cho quá trình hạ cẩu có giảm chấn ta dùng van cản (1.4) một chiều lắp trên đường dầu hồi khi píttông duỗi ra. Khi píttông co về, tải trọng được nâng lên, dầu ở khoang trái của xi lanh dồn qua van một chiều rồi qua van đảo chiều và về thùng dầu.. Hình 4.8. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ. Hình 4.9. Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống cẩu tải trọng nhẹ 0.1 - cụm bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế; 1.1 - Van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt; 1.2 - Van tiết lưu một chiều; 1.0 - Xilanh thủy lực; 1.3 - Van một chiều; 1.4 - Van cản. 91.

(92) 4.1.6. Máy khoan bàn. a) Nguyên lý làm việc (hình 4.10). Hệ thống thủy lực điều khiển hai xi lanh. Xi lanh A làm nhiệm vụ kẹp chi tiết trong quá trình khoan, xi lanh B mang đầu khoan đi xuống với vận tốc được điều chỉnh trong quá trình khoan. Khi khoan xong, xi lanh B mang đầu khoan lùi về. Sau đó xi lanh A lùi về mở hàm kẹp để chi tiết được tháo ra.. Hình 4.10. Máy khoan bàn. b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.11). Để cho vận tốc trong quá trình khoan không đổi khi tải trọng có thể thay đổi ta dùng bộ ổn tốc (2.2). Khi sử dụng một bơm cho hai cơ cấu chấp hành yêu cầu áp suất khác nhau, để tạo ra áp suất nhỏ cần thiết cho kẹp chi tiết ta sử dụng van giảm áp (1.2).. Hình 4.11. Sơ đồ mạch thủy lực máy khoan bàn 0.1- Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay gạt; 1.0- xilanh B; 1.2 - Van giảm áp; 1.3 - Van một chiều; 2.1 - Van đảo chiều 4/3, điều khiển bằng tay gạt; 2.2 - Bộ ổn tốc; 2.3 - Van một chiều; 2.4 - Van cản; 2.5 - Van một chiều; 2.6 - Van tiết lưu hai chiều; 2.0 - Xilanh A.. 92.

(93) 4.2. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng điện - thủy lực 4.2.1. Thiết bị uốn tôn. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị (hình 4.2) Thiết bị uốn tôn với một xi lanh tác dụng kép được sử dụng để sản xuất chi tiết tôn tấm hình chữ U. Tín hiệu khởi động được tiến hành bằng nút ấn. Sau khi chi tiết đã được uốn, nút ấn thứ hai được sử dụng để khởi động hành trình co về của xi lanh. Các hành trình tiến ra và co về của xi lanh phải được thực hiện ở tốc độ được hiệu chỉnh chậm (điều khiển lưu lượng độc lập với tải) b) Xây dựng sơ đồ hệ thống thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống thủy lực. Hình 4.12. Thiết bị uốn tôn. Hình 4.13. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị uốn tôn. 93.

(94) - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.14. Sơ đồ mạch điều khiển điện. c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi ấn nút Start S1, rơ le K1 được cấp điện, tiếp điểm thường mở của K1 ở đường dây (2) đóng lại để duy trì cấp nguồn cho rơ le K1. Đồng thời tiếp điểm thường mở của K1 ở đường dây (3) đóng lại, dòng điện được nạp vào cuộn dây điện từ 1Y của van đảo chiều điện từ. Lực điện từ của cuộn dây 1Y làm chuyển vị trí của van đảo chiều điện từ 4/2 làm cho cần píttông tiến ra và giữ nguyên ở vị trí đó tới khi nào nhấn nút S2, khi đó ngắt nguồn điện cung cấp cho rơ le K1, các tiếp điểm thường mở K1 được mở ra và làm cho cuộn dây 1Y bị mất điện và dưới tác dụng của lò xo đưa van đảo chiều về vị trí ban đầu làm cho cần píttông trở về vị trí khởi động. Van điều khiển lưu lượng được lắp để đảm bảo cho tốc độ không thay đổi như một hàm của tải. Van điều khiển lưu lượng phải được lắp ở phía dưới của van đảo chiều, nhờ đó điều khiển được cả hai hành trình tiến ra và co vào của xi lanh. 4.2.2. Thiết bị ép lắp chi tiết. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Một thiết bị ép được sử dụng để lắp ráp các chi tiết. Nếu áp suất ép vượt quá giá trị đặt trước (ví dụ: Các chi tiết không được lắp chính xác) cần píttông phải được co vào vì lý do an toàn. Sau khi thực hiện công đoạn ép lắp chính xác, hành trình co về của píttông được thực hiện khi áp suất ép đạt giá trị đặt trước trên công tắc áp suất là 3 Mpa. Van điều khiển lưu lượng một chiều được lắp trên đường cấp dầu vào xi lanh.. 94. Hình 4.15. Thiết bị ép.

(95) b) Xây dựng sơ đồ hệ thống thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống thủy lực:. Hình 4.16. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị ép. - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.17. Sơ đồ mạch điều khiển điện. 95.

(96) c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi nhấn nút S1, rơ le K1 được cấp điện. Tiếp điểm thường mở của nó ở đường dây (2) đóng lại để duy trì nguồn điện cấp cho Rơ le K1. Đồng thời, tiếp điểm thường mở ở đường dây (4) đóng lại cấp điện cho cuộn điện từ 1Y của van đảo chiều. Nhờ lực điện từ làm van đảo chiều 4/2 chuyển sang vị trí bên trái, dầu được cung cấp vào khoang bên trái xi lanh và cần píttông duỗi ra tiến hành quá trình ép. Khi áp suất ép đạt giá trị đặt trước trên công áp suất 1B thì tiếp điểm của công tắc áp suất (đường dây 3) đóng mạch, rơ le K2 có điện, kết quả làm tiếp điểm thường đóng K2 ở đường dây (1) mở ra xóa mạch duy trì của tiếp điểm K1 làm rơ le K1 mất điện và làm cho tiếp điểm thường mở K1 trên đường dây (4) mở ra, ngắt mạch điện cung cấp cho cuộn dây 1Y của van đảo chiều điện từ 4/2 làm nó chuyển về vị trí ban đầu nhờ lực của lò xo và cần píttông co về vị trí khởi động. 4.2.3. Máy dập ép. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Một bộ nguồn thủy lực với lưu lượng bơm rất thấp có thể sẵn sàng cho vận hành một máy dập ép. Phải sử dụng một mạch thích hợp để tăng tốc độ hành trình tiến ra. Đường ra của bộ nguồn thủy lực có khả năng cho phép điều này.. Hình 4.18. Thiết bị dập ép. - Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:. Hình 4.19. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị dập ép. 96.

(97) - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.20. Sơ đồ mạch điều khiển điện. b) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi khởi động, nhấn nút S1, dòng điện cung cấp cho rơ le K1, làm tiếp điểm thường mở K1 trên đường dây (2) đóng lại để duy trì nguồn điện cung cấp cho rơ le K1 và đồng thời tiếp điểm K1 trên đường dây (4) đóng lại cấp điện cho cuộn dây điện từ 1Y của van đảo chiều điện từ 4/2 làm van đảo chiều chuyển sang vị trí bên trái. Khi đó dầu được cung cấp vào khoang bên trái của xi lanh làm cho cần píttông được tiến ra cho đến khi nhấn nút ấn S2, cuộn dây 1Y bị mất điện, van đảo chiều hồi vị nhờ lực lò xo, píttông co về vị trí khởi động. 4.2.4. Điều khiển đóng mở cửa. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Một xi lanh thủy lực tác dụng kép được sử dụng để mở và đóng cánh cửa của lò nung. Hoạt động đóng mở cánh cửa một cách từ từ và có thể dừng ở bất kỳ một vị trí nào mong muốn. Để xi lanh được hãm bằng thủy lực ở tất cả các vị trí như vậy dùng van đảo chiều 1V1 có ba vị trí làm việc. Để ngăn ngừa cần píttông không bị duỗi ra do tác dụng của tải trọng và điều khiển chính xác vị trí hãm của cần píttông, sử dụng kết hợp van đảo chiều hai vị trí 1V2 với van một chiều điều khiển được hướng chặn 1V3.. Hình 4.21. Thiết bị điều khiển cửa. 97.

(98) b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:. Hình 4.22. Sơ đồ hệ thống thủy lực. - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.23. Sơ đồ mạch điều khiển điện. c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Van một chiều điều khiển hướng chặn 1V3 ngăn ngừa cần píttông trước sự kéo ra bởi tải trọng. Van một chiều điều khiển hướng chặn mở và cho phép cần píttông tiến ra 98.

(99) chỉ khi nút ấn đóng cửa S1 được nhấn, làm van đảo chiều 3/2 hoạt động chuyển vị trí. Khi nút nhấn S1 được nhả ra, van đảo chiều 3/2 trở về vị trí khởi động và van một chiều điều khiển hướng chặn đóng ngay lập tức. Cần píttông bị hãm thủy lực và giữ nguyên ở vị trí đó đồng thời đảm bảo cho cần píttông không bị kéo ra bởi lực kéo của tải trọng. Khi S1 được nhấn một lần nữa, cần píttông tiếp tục di chuyển đi ra tới khi đạt được vị trí đã đặt trước. Khi nút mở cửa S2 được nhấn, cần píttông di chuyển trở lại. Khi S2 được nhả ra, van đảo chiều 4/3 trở về vị trí trung gian và cần píttông vẫn ở nguyên vị trí và được giữ bằng thủy lực. Hai nút ấn S1 và S2 được khóa liên động cơ khí. Nếu cả hai được nhấn đồng thời hoặc nếu một được giữ xuống và nút kia được nhấn, cần píttông dừng lại. Van điều khiển lưu lượng một chiều được lắp bên phía có cần píttông để điều chỉnh tốc độ của cần píttông khi duỗi ra và để tạo áp suất đối khi đóng cửa được êm dịu va đập, đồng thời áp suất này ngăn cản cánh cửa nặng không kéo cần píttông ra khỏi xi lanh trong thời gian vận hành đóng cửa. 4.2.5. Máy ép. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Máy ép thủy lực được sử dụng để dập định hình các chi tiết. Áp suất ban đầu p1 = 1,5 Mpa được dùng để ép vật liệu từ từ. Sau khi hành trình ép được khoảng 100 mm, công tắc hoán đổi phải được thực hiện như chức năng của vị trí áp suất cao p2 = 4 Mpa. Sau khi quá trình ép được hoàn thiện, áp suất tăng lên đến giá trị cao nhất trên công tắc áp suất, p3 = 5 Mpa. Khi giá trị này đạt được công tắc áp suất cho hành trình co về của máy ép. Lưu tốc có thể hiệu chỉnh bằng van điều khiển lưu lượng.. Hình 4.24. Máy ép. 99.

(100) b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:. Hình 4.25. Sơ đồ hệ thống thủy lực. - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.26. Sơ đồ mạch điều khiển điện. 100.

(101) c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi nhấn nút start S1, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì qua tiếp điểm thường mở K1 của nó (đường dây 4). Tiếp điểm thường mở tiếp theo của K1(đường dây 6) cấp điện cho cuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/2 làm van chuyển vị trí và cần píttông tiến ra. Đồng thời tiếp điểm K1 (đường dây 7) cũng đóng lại, cấp điện cho cuộn dây điện từ OY1 của van 2/2 làm nó chuyển vị trí sang bên trái và kết quả là van giảm áp được cài đặt áp suất thấp hơn sẽ hoạt động. Khi cần píttông đạt tới công tắc giới hạn 1S, tiếp điểm thường mở của nó 1S trên đường dây 3 đóng lại làm rơ le K2 được cung cấp điện , dẫn tới làm tiếp điểm thường đóng K2 (đường dây 7) mở ra, làm cuộn dây OY1 của van 2/2 mất điện làm van ngừng hoạt động (vị trí ban đầu), do đó gây ra sự chuyển mạch đến áp suất đặt trên van giảm áp thứ hai. Khi cần píttông tiếp tục tiến ra, áp suất sẽ tăng theo tới khi đạt được áp suất đã đặt trước. Công tắc áp suất đóng mạch, rơ le K3 được cấp điện, tiếp điểm thường đóng K3 (đường dây 1và 3) mở ra, xóa mạch duy trì của rơ le K1 và K2. Khi rơ le K1 mất điện làm đảo chiều van 4/2 trở về vị trí ban đầu nhờ lực của lò xo và khởi động hành trình trở về của píttông. Còn khi Rơ le K2 bị ngắt điện, tác động qua tiếp điểm thường đóng K2 trong đường dẫn 7 chuyển mạch hệ thống trở về đến áp suất thấp. Bây giờ sự khởi động lại có thể được tiến hành. 4.2.6. Thiết bị lắp ráp với hai cơ cấu chấp hành. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Một thiết bị lắp ráp được sử dụng để ép chặt một bàn chải nhựa vào trong chi tiết bằng thép. Một vít sau đó được vặn vào để đảm bảo an toàn cho kết nối. Khi nhấn nút Start 1, xilanh kép 1A ép bàn chải nhựa vào trong chi tiết bằng thép. Khi áp suất ép đạt được 4,5 Mpa, động cơ thủy lực 2M vặn ren vít có bước ren trái. Tốc độ của xi lanh 1A phải hiệu chỉnh được Khi nhấn nút S2 xi lanh 1A co vào và động cơ dừng lại.. Hình 4.27. Thiết bị lắp ráp với hai xilanh. b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:. 101.

(102) Hình 4.28. Sơ đồ hệ thống thủy lực. - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.29. Sơ đồ mạch điều khiển điện. c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi nhấn nút S1, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì nhờ tiếp điểm thường mở K1 trên đường dây 2. Tiếp điểm thường mở của K1 trong đường dẫn điện (7) cấp điện cho cuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/3. Nó làm cần của píttông xi lanh 1A tiến ra. 102.

(103) Khi áp suất đặt ở rơ le áp suất 1B đạt được, rơ le K3 được cấp điện. Kết quả làm tiếp điểm thường mở của K3 trong đường dây dẫn (9) đóng lại, cấp điện cho cuộn dây 2Y và động cơ thủy lực quay theo chiều kim đồng hồ. Cần píttông vẫn tiến ra tới khi công tắc S2 được tác động. Khi công tắc S2 được tác động, rơ le K2 được cấp điện (được thể hiện bằng đèn chỉ thị). Tiếp điểm thường đóng của nó K2 ở đường dây 1và 5 sẽ mở ra. Như vậy S2 xóa mạch duy trì cung cấp điện cho các rơ le K1 và K3, làm các tiếp điểm thường mở của chúng trên đường dây 7 và 9 mở ra, ngừng cấp điện cho các cuộn dây 1Y1 và 2Y, kết quả làm van đảo chiều 4/3 chuyển vị trí và khởi động hành trình trở về của xi lanh,đồng thời động cơ 2M dừng lại. Chỉ sau khi công tắc S2 được nhả ra (đèn chỉ thị tắt) làm van 4/3 chuyển đến vị trí giữa của nó, cho phép chu kỳ làm việc mới có thể khởi động. 4.2.7. Thiết bị nâng gói hàng. a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị Sản phẩm đóng gói được đưa đến nhờ băng tải X, sau đó được nâng lên bởi xi lanh 1A. Khi đạt độ nâng cần thiết thì xi lanh 2A đẩy sản phẩm vào băng tải Y để vận chuyển đi xa.. Hình 4.30. Thiết bị nâng gói hàng. b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện - Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:. 103.

(104) Hình 4.31. Sơ đồ hệ thống thủy lực. - Sơ đồ mạch điều khiển điện:. Hình 4.32. Sơ đồ mạch điều khiển điện. c) Mô tả nguyên lý điều khiển điện Khi nút ấn start S được nhấn, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì nhờ tiếp điểm K1 ở đường dây (2), đồng thời tiếp điểm thường mở K1 trên đường dẫn điện (9) đóng lại, cung cấp điện cho cuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/3 làm van chuyển vị trí, kết quả là cần píttông của xi lanh 1A tiến ra. Khi cần píttông tiến tới công tắc giới hạn 1S2 làm tiếp điểm 1S2 ở đường dây (3) đóng lại, cấp điện cho rơ le K2, tiếp điểm K2 ở đường dây (10) đóng, cuộn dây 2Y được cấp điện, điều khiển van đảo chiều 4/2 chuyển vị trí 104.

(105) và cần píttông của xilanh 2A tiến ra đến khi vươn tới công tắc giới hạn 2S2 ở vị trí cuối của nó. Khi đó tiếp điểm 2S2 ở đường dây (5) đóng lại, cấp điện cho rơ le K3, và lúc đó những tiếp điểm thường đóng K3 trên đường dây dẫn điện (1) và (3) mở ra ngắt điện cấp cho các rơ le K1 và K2 vì thế xóa các tiếp điểm tự duy trì K1 cho 1Y1 và K2 cho 2Y, đồng thời tiếp điểm thường mở K3 ở đường dây (11) đóng lại cấp điện cho cuộn dây 1Y2, làm cho van đảo chiều 4/3 chuyển vị trí, cần píttông của xi lanh 1A được co vào. Khi rơ le K3 có điện cũng đồng thời ngắt điện rơ le K2, kết quả là cuộn dây 2Y của van đảo chiều 4/2 bị ngắt điện, làm van đảo chiều chuyển về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị, dẫn đến cần píttông của xi lanh 2A cũng co vào. Chỉ sau khi cả hai cần píttông đạt được vị trí co vào hết của nó, 1Y2 bị ngắt điện, và van 4/3 chuyển sang vị trí trung gian của nó bằng lực lò xo. 4.3. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển tự động thủy lực 4.3.1. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van servo Ví dụ 1: Hình 4.33, hình 4.34, hình 4.35, hình 4.36, hình 4.37 và hình 4.38 là các sơ đồ lắp ráp hệ điều khiển thủy lực chuyển động thẳng và hệ điều khiển thủy lực chuyển động quay, trong đó van servo BD062 là thiết bị trực tiếp nhận tín hiệu dòng điện I từ bộ khuếch đại BD90 và truyền tín hiệu lưu lượng Q cho cơ cấu chấp hành (xi lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực).. Bộ khuếch đại BD90 là một bộ điều khiển. Bộ điều khiển này có thể thực hiện điều khiển tương tự hoặc điều khiển số. Để thực hiện điều khiển số phải có thêm bộ carte acquisition thực hiện chuyển đổi A/D và D/A, carte này được nối ghép tương thích với bộ khuếch đại BD90. Có thể tham khảo đặc tính kỹ thuật của một số phần tử điều khiển như sau: Đặc tính kỹ thuật của servo-van BD062 - Parker electrohydraulic: - Lưu lượng (khi áp suất 70,3 kg/cm2): 0  76,734 l/p (1278,9 cm3/s ). - Áp suất làm việc là: 15  315 Bar (15,466  316,35 kg/cm2). - Dòng điện định mức: 100 mA. - Điện trở của cuộn dây: 28 Ω. - Nhiệt độ làm việc: −10  1060C. - Tổn thất áp suất ít nhất là: 30%. - Độ tuyến tính của đặc tính I - Q: ≤ 10%. - Độ sai lệch do từ trễ của đặc tính I - Q: ≤ 5%. - Độ trượt của đặc tính I - Q: ≤ 2%. 159 Đặc tính kỹ thuật của cảm biến vị trí đo chiều dài: - Số PN 9810903, Waters Longfellow. - LMAX: 12 in (30,48 cm). 105.

(106) - Điện trở: 5 kΩ. - Điện áp max: < 100 V DC. - Nhiệt độ đến: 700C. - Sai số tuyến tính: ≤ 0,1%. Đặc tính kỹ thuật của bộ khuếch đại BD90 -Parker electrohydraulic: - Điện áp nguồn: 115 V hoặc 230 V, công suất 30 VA, tần số 50/60 Hz. - Tín hiệu điều khiển: ± 14 V DC và ± 28 mA. - Hệ số khuếch đại: Mạch điều khiển: K= 5 nếu lắp J5 và K= 10 nếu lắp J6. Mạch phản hồi: K= 5 nếu lắp J18 và K=10 nếu lắp J19.. Hình 4.33. Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển vị trí của hệ thống thủy lực chuyển động thẳng. - Nhiệt độ làm việc: 0oC  70oC. - Bộ làm đều PID. - Điện áp cung cấp cho các loại cảm biến: ± 10V, ± 15V.. 106.

(107) - Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà hiệu chỉnh bộ khuyếch đại để đạt các thông số kỹ thuật khác nhau. Các đặc tính kỹ thuật của Lab-PC+-National instruments corporation - Điện áp bảo vệ: ± 45 V. - Điện áp vào và ra: Unipolar (đơn cực) 0  10 V; Bipolar (2 cực) ± 5 V. - Dòng lớn nhất: ± 2 mA. - Hệ số khuếch đại điều khiển: 1; 2; 5; 10; 20; 50 hoặc 100. - 01 bộ 12 bít ADC để phân tích tín hiệu tương tự có điện áp là 2,44 V ứng với hệ số khuếch đại bằng 1. Khi hệ số khuếch đại >1 thì tín hiệu điều khiển chính xác hơn (2,44 v) và đầu ra ADC từ 12 bít sẽ tự động tăng lên thành 16 bít. - 02 bộ DAC 16 bít. - 03 bộ định giờ 16 bít để đếm tần số, đếm sự kiện và tính thời gian. - Bộ giao diện 8 bít - DMA.. Hình 4.34. Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển vị trí của hệ thống thủy lực chuyển động quay. 107.

(108) - Sai số điện áp hiệu chỉnh: 0V. - Bộ ổn định thời gian: (chính xác ± 0,02%): - Hệ số khuếch đại: ≤ 10 chính xác đến 14 s; - Hệ số khuếch đại: 20; 50 chính xác đến 20s; - Hệ số khuếch đại: 100 chính xác đến 33s. - ACH (0-7) là 8 kênh đầu vào, DACO OUT và DAC1 OUT là 2 kênh đầu ra; - Bộ bù nhiệt độ cho phép nhiệt độ hoạt động là 0o  70oC; - Độ ẩm 5%  90% và không ngưng tụ nước. - Trạm liên kết SC-2071. - Cáp nối P/N 180524-10, 50 sợi. - Có thể lập trình với Lab View, Lab Windows/cvi và LabWindows. - Các phần mềm kèm theo: Daqware; Ni-Daq Dos; Ni-Daq Windows và Ni-Daq Windows NT. Số phần mềm: 776703-01. 4.3.2. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ. Ví dụ này giới thiệu mô hình điều khiển vị trí của hệ điều khiển động cơ thủy lực ứng dụng để thực hiện chuyển động tịnh tiến. Để thực hiện chuyển động tịnh tiến cơ cấu chấp hành, ngoài điều khiển bằng xi lanh thủy lực còn có thể điều khiển bằng động cơ thủy lực kết hợp với bộ truyền động cơ khí để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Sơ đồ hệ thống mạch điều khiển được xây dựng như trên hình 4.35.. Hình 4.35. Sơ đồ mạch điều khiển vị trí chuyển động tịnh tiến bằng động cơ thủy lực. Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển vị trí trên hình 4.36:. 108.

(109) Hình 4.36. Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển vị trí. 4.3.3. Hệ thống truyền động và điều khiển tốc độ sử dụng van servo. Ví dụ 3: Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo. Hình 4.37 là sơ đồ điều khiển tốc độ quay của trục động cơ thủy lực. Phương pháp nghiên cứu mô hình này gần giống với ví dụ 1. Đây là một mạch điều khiển hệ kín và tuyến tính, cơ cấu chấp hành đã được thu gọn về trục động cơ thủy lực qua giá trị của mômen quán tính khối lượng J.. Hình 4.37. Sơ đồ điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực bằng van servo. Sơ đồ ở hình 4.38 thể hiện quan hệ về tín hiệu giữa các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành. Bộ khuếch đại servo sử dụng điều khiển theo PI, carte giao tiếp để thực hiện điều khiển số là loại carte vạn năng gắn trong máy tính hoặc bằng carte chuyên dùng.. 109.

(110) Hình 4.38. Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển tốc độ. 4.4. Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực Những số liệu ban đầu và các yêu cầu sau: - Chuyển động thẳng: Tải trọng F, vận tốc (v), hành trình (x)... - Chuyển động quay: Mô men xoắn Mx, vận tốc (n,  ); - Thiết kế sơ đồ nguyên lý làm việc; - 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 tử thủy lực; - Xác định công suất động cơ điện. 4.4.1. Tính toán một số đại lượng của bơm và động cơ thủy lực. a) Lưu lượng, số vòng quay và lưu lượng riêng - Lưu lượng của bơm tính theo công thức: Qb . q.n. v (lít/phút) 1000. (4.1). - Lưu lượng của động cơ tính theo công thức: Qdc . q.n (lít/phút) 1000.v. Trong đó: q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng); n - Số vòng quay (vòng/phút);  v - Hiệu suất thể tích (%); 110. (4.2).

(111) b) Công suất và mô men xoắn - Công suất do bơm cung cấp được tính bằng tích của lưu lượng thực tế Qt (l/ph) và áp suất p (kG/cm2). Nb . Qt .p , kW 612.. (4.3). - Nếu động cơ được cung cấp một lưu lượng Q, (l/ph) thì vận tốc quay của nó tương ứng được tính theo công thức: n. Q . v (v/ph) q. (4.4). - Công suất do áp suất dầu cung cấp cho động cơ tạo ra được tính theo công thức: N0 . Q.( p1  p 2 ) , kW 612. (4.5). - Công suất trên trục động cơ: N  N 0 . . Q.( p1  p 2 ). , kW 612. (4.6). - Mô men xoắn trên trục động cơ:. M  975.. N 975.Q.( p1  p 2 ).   1,59.q.( p1  p 2 ). c . tl n 612.n. v. (4.7). Trong đó:  , v , c , tl - Hiệu suất toàn phần của bơm, hiệu suất thể tích, cơ khí và thủy lực. p1, p2 - Áp suất dầu ở đường vào và đường ra của động cơ. q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng). - Áp suất của bơm được xác định theo công thức: p. M x . tl .10 q. (4.8). Trong đó: p - Áp suất, (bar); Mx - Mô men xoắn, (N.m); q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng); 4.4.2. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến. Từ sơ đồ mạch thủy lực ở hình 4.39 ta có: Q .a g. (4.9). - Lực ma sát: Fms  mgf hoặc Fms  Q. f. (4.10). - Lực quán tính: Fa = m.a hoặc Fa . 111.

(112) Hình 4.39. Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến. - Lực ma sát trong xi lanh Fs thường bằng 10% lực tổng cộng, tức là: Fms  0,01F. (4.11). Lực tổng cộng tác dụng lên píttông sẽ là: F  Ft  Fms  Fs  Fqt. (4.12). Trong đó: Ft - Lực do tải trọng ngoài gây ra (ngoại lực), (N); Fms - Lực ma sát của bộ phận chuyển động, (N); Fs - Lực ma sát trong píttông - xi lanh, (N); Fqt - Lực quán tính do vật chuyển động có gia tốc, (N) Ta có phương trình cân bằng tĩnh của các lực tác dụng lên píttông:. p1 . A1  p 2 . A2  F. (4.13). Đối với xi lanh không đối xứng thì lưu lượng vào khác lưu lượng ra, ta có:. Q1  Q2 .R với R . A1 gọi là hệ số diện tích; A2. Từ đó ta xác định được đường kính của xi lanh và của cần píttông như sau: - Đường kính của xi lanh:. D  2. 112. A1 . (4.14).

(113) - Đường kính của cần píttông:. d  2.. A1  A2 . (4.15). - Độ sụt áp sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diện tích R, tức là: p 0  p1  ( p 2  pT ).R 2. (4.16). Trong đó: p 0 - Áp suất cung cấp cho van.. p1 , p 2 - Áp suất ở các buồng của xi lanh. pT - Áp suất dầu ra khỏi van; A1, A2 - Diện tích hai phía của píttông. Từ các công thức (4.13) và (4.16) ta tìm được áp suất p1 , p 2 theo công thức: p 0 . A2  R 2 .( F  pT . A2 ) p1  A2 (1  R 3 ). (4.17). p 0  p1 R2. (4.18). p 2  pT . Tương tự khi píttông làm việc theo chiều ngược lại thì: p1  pT  ( p 0  p 2 ) R 2 p2 . p 0 . A2 .R 3  F  pT . A2 .R) A2 (1  R 3 ). (4.19) (4.20). - Lượng dầu qua xi lanh để píttông chuyển động với vận tốc cực đại là: Q1 max  Vmax .A1 (cm3/s). Hoặc. Q1 max . Vmax . A1 (lít/phút) 16,7. (4.21) (4.22). Lượng dầu ra khỏi hệ thống khi làm việc với Vmax là: Q2max  Vmax . A2 (cm3/s). Hoặc. Q2 max . Vmax . A2 (lít/phút) 16.7. (4.23) (4.24). - Lưu lượng qua van tiết lưu và van đảo chiều được xác định theo công thức Torricelli: Q   . Ax .. 2g .p (cm3/s) . (4.25). Trong đó:  - Hệ số lưu lượng; Ax - Tiết diện mặt cắt của khe hở; (cm2); 113.

(114) p  ( p1  p 2 ) - Áp suất trước và sau khe hở; (N/cm2);  - Khối lượng riêng của dầu (kg/cm3); 4.4.3. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động quay. Hệ thống thủy lực chuyển động quay cũng được phân tích như hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến. a) Mô men xoắn tác động lên trục động cơ bao gồm: Mô men quán tính:. Ma  J .. (4.26). Trong đó: J - mô men quán tính khối lượng trên trục động cơ thủy lực, (Nms2);  - Gia tốc góc trên trục động cơ thủy lực, (rad/s2); MD - Mô men do ma sát nhớt trên trục động cơ thủy lực, (Nm); ML - Mô men do tải trọng ngoài gây ra, (Nm); Mô men xoắn tổng cộng sẽ là: M x  J .  M D  M L. Hình 4.40. Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động quay. 114. (4.27).

(115) Theo phương pháp tính toán như hệ chuyển động tịnh tiến, áp suất p1 và p2 trong hệ chuyển động quay cũng được xác định theo công thức:.  p  pT   10 .M p1   0    2    Dm.   . p 2  p 0  p1  pT. (bar). (4.28). (bar). (4.29). b) Lưu lượng cần thiết để làm quay trục động cơ với tốc độ nmax Q1  Q2 . nmax .q (lít/ phút) 1000. (4.30). Trong đó: nmax - Số vòng quay lớn nhất của trục động cơ (vòng/phút); q - Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực, (cm3/vòng); c) Công suất truyền động của động cơ: N. p1 .Q1 . t (kW) 6.10 2. (4.31). Tính toán bơm và đường ống tương tự như hệ thống chuyển động thẳng. 4.4.4. Tính toán ống dẫn thủy lực. Trong các hệ truyền dẫn thủy lực có ống ngắn (l/d <100), l và d là độ dài và đường kính ống), vận tốc lớn nhất của dòng chảy thường chọn theo các giá trị giới hạn sau: + Ống hút: v = 0,5 -1,5 (m/s) + Ống nén: Khi p < 25 bar thì v = 3 (m/s); Khi p = 25 - 50 bar thì v = 4 (m/s); Khi p = 50 - 100 bar thì v = 5 (m/s); Khi p > 100 bar thì v = 6 - 7 (m/s); + Ống xả: Trong các hệ thống thủy lực có ống dài (l/d>100) các giá trị này được giảm khoảng (30 - 50) %. Nói chung nên chọn vận tốc sao cho mất mát áp suất trong ống dẫn không vượt quá (5 - 6)% áp suất làm việc. Để lựa chọn kích thước đường kính ống dẫn, ta xuất phát từ phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn. Lưu lượng qua ống dẫn: Q  A.v Tiết diện A =.  .d 2 d 2 nên Q  .v 4 4. (4.32) (4.33) 115.

(116) Trong đó: d - Đường kính ống, (mm); Q - Lưu lượng chảy qua ống dẫn, (lít/phút) v - Vận tốc dòng chảy của chất lỏng, (m/s) Như vậy, kích thước đường kính ống dẫn là:. 2.Q (mm) 3. .v. d  10. (4.34). Sau khi tính được đường kính các loại ống dẫn, căn cứ vào áp suất và lưu lượng dòng chảy để chọn kích thước đường ống theo tiêu chuẩn (bảng 4.1 và 4.2). Bảng 4.1. Áp suất từ 1 - 1000 psi (0 - 69 bar) Lưu lượng dòng chảy. Đường kính ngoài. Độ dày thành ống. Gpm. lpm. in. mm. in. mm. 1. 3,79. 1/4. 6,35. 0,035. 0,89. 1,5. 5,68. 5/6. 7,94. 0,035. 0,89. 3. 11,4. 3/8. 9,53. 0,035. 0,89. 6. 22,7. 1/2. 12,7. 0,042. 1,07. 10. 37,9. 5/8. 15,88. 0,049. 1,24. 20. 75,7. 7/8. 22,83. 0,072. 1,84. 34. 128,7. 1-1/4. 31,6. 0,109. 2,77. 58. 219,6. 1-1/2. 38,1. 0,120. 3,05. Bảng 4.2. Áp suất từ 1000 - 2500 psi ( 69 - 172 bar). 116. Lưu lượng dòng chảy. Đường kính ngoài. Độ dày thành ống. Gpm. lpm. in. mm. in. mm. 2,5. 9,46. 3/8. 9,53. 0,058. 1,47. 6. 22,7. 3/4. 19,1. 0,095. 2,41. 10. 37,9. 1. 25,4. 0,148. 3,76. 18. 68,14. 1-1/4. 31,6. 0,180. 4,57. 42. 155,2. 1-1/2. 38,1. 0,220. 5,59.

(117) 4.4.5. Tính toán một số mạch thủy lực điển hình. Ví dụ 1: Thiết kế hệ thống thủy lực với các số liệu cho trước: + Tải trọng: 100 tấn + Trọng lượng G = 300 KG + Vận tốc công tác: vmax = 320 (mm/phút) + Vận tốc chạy không: vmax = 427 (mm/phút) + Píttông đặt thẳng đứng, hướng công tác từ dưới lên + Điều khiển khiển tốc độ bằng van servo.. Hình 4.41. Sơ đồ mạch thủy lực. Bài giải: a) Chọn các phần tử thủy lực: + Xi lanh tải trọng + Van servo + Ắc quy thủy lực + Lọc cao áp (lọc tinh) + Đồng hồ đo áp suất + Van tràn + Bơm dầu (bơm bánh răng) + Van cản. 117.

(118) b) Phương trình cân bằng lực của cụm xi lanh tạo tải trọng. Hình 4.42. Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên píttông. Ta viết phương trình cân bằng lực của cụm píttông xét ở hành trình công tác (hành trình đi từ dưới lên trên của píttông): p1. A1  p2 . A2  Ft  Fmsc  Fmsp  G  Fqt  0. (4.35). Trong đó: p1 - Áp suất dầu ở buồng công tác; p2 - Áp suất dầu ở buồng chạy không; A1 - Diện tích píttông ở buồng công tác: A1 .  .D 2 4.  .( D 2  d 2 ) A2 - Diện tích píttông ở buồng chạy không: A2  4. (4.36) (4.37). Ft - Tải trọng công tác, Ft = 1000 (kN); G - Trọng lượng của khối lượng m, G = 300 (KG); Fmsp - Lực ma sát của píttông với xi lanh; Fmsc - Lực ma sát giữa cần píttông và vòng chắn khít; Fmst - Lực ma sát giữa khối lượng m và bạc trượt; Fqt - Lực quán tính sinh ra ở giai đoạn pittông bắt đầu chuyển động. + Ta có lực ma sát của píttông với xi lanh: Fmsp   .N. (4.38). Trong đó:  - Hệ số ma sát. Đối với cặp vật liệu xilanh là thép và vòng găng bằng gang thì . = (0,09 - 0,15), chọn  = 0,1. N: Áp lực pháp tuyến của các vòng găng tác động lên xi lanh và được tính:. 118.

(119) N   .D.b.( p2  pk )   .D.b.( z  1). pk. (4.39). D - Đường kính píttông (cm), theo dãy giá trị đường kính tiêu chuẩn ta chọn D = 27 (cm); b - Bề rộng của mối vòng găng, chọn b = 1 (cm); p2 - Áp suất của buồng mang cần pittông, chọn p2 = 5 (KG/cm2); z - Số vòng găng, chọn z = 3; pk - Áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xilanh, pk = (0,7 - 0,14) (KG/cm2), chọn pk = 1 (KG/cm2); π.D.b.(p2 + pk) là lực của vòng găng đầu tiên; π.D.b.(z - 1).pk là lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo; Từ đó suy ra: Fmsp = 0,5.D. (4.40). + Lực ma sát giữa cần píttông và vòng chắn khít: Fmsc = 0,15.f.π.d.b.p. (4.41). f - Hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, đối với vật liệu làm bằng cao su thì f = 0,5.D d - Đường kính cần píttông, chọn d = 0,5.D b - Chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần, chọn d = b p - Áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 5 (KG/cm2) 0,15 - Hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn. Thay các giá trị vào công thức (4.41) suy ra: Fmsc = 0,029.D2. (4.42). + Lực ma sát giữa khối lượng m và bạc trượt: Fmst = 2.π.d.l.k. (4.43). Trong đó: d - Đường kính trụ trượt; l - Chiều dài của bạc trượt; k - Hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu của trụ và bạc trượt; Lực này có thể bỏ qua, vì để bảo đảm chế độ lắp ghép và làm việc. + Lực quán tính Fqt . G.v g .t0. (4.44). 119.

(120) Trong đó: g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2); G - Trọng lượng của bộ phận chuyển động, G = 300 (KG); v - Vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành, vmax = 320 (mm/ph) ≈ 5,3 (mm/s) t0: thời gian quá độ của píttông đến chế độ xác lập, t0 =(0,01 - 0,5) s, chọn t0 = 0,1s; Thay số vào công thức (4.44) ta được: Fqt = 1,62 (KG) Thay các giá trị vừa tính vào (4.35) ta có: p1 = 179,56 (KG/cm2), chọn p1 = 180 (KG/cm2). c) Phương trình lưu lượng + Xét ở hành trình công tác: Q1  vct . Act. (4.45).  .D 2 4. (4.46). Suy ra: Q1  vct .. Q1:- Lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác; vct - Vận tốc chuyển động trong hành trình công tác (ở đây ta lấy giá trị vmax = 320 (mm/ph) D - Diện tích bề mặt làm việc của píttông (D= 270 mm) Thay số vào công thức (4.45) ta được: Q1 ≈ 18312480 (mm3/ph) ≈ 18,3 (l/ph). + Xét ở hành trình lùi về (tính tương tự) d) Tính và chọn các thông số của bơm + Lưu lượng của bơm: Qb Ta có: Qb = Q 1 (bỏ qua tổn thất) Suy ra: Qb = Qct = Q1 =18,3 (l/ph) + Áp suất bơm: pb Ta có: pb = p0 =p1 = 180 (KG/cm2) + Công suất bơm: N b . pb .Qb (KW) 612. Thay số ta có: Nb . 180 18,3  5,38 (kW) 612. + Công suất động cơ điện dẫn động bơm:. 120. (4.47).

(121) N đc . Nb b .t. (4.48). Trong đó: Nđc - Công suất của động cơ điện; ηb - Hiệu suất của bơm, ηb = (0,6 - 0,9), chọn ηb = 0,87; ηt - Hiệu suất truyền lực từ động cơ đến bơm, chọn ηt= 0,985; Suy ra: N đc . 5,38  6, 24 (KW) 0,985  0,87. g) Tính toán ống dẫn Ta có lưu lượng chảy qua ống: Q.  .d 2 .v 4. (4.49). Trong đó: Q - Lưu lượng chảy qua ống (l/ph); d - Đường kính trong của ống (mm); v - Vận tốc dòng chảy qua ống (m/s); Công thức (4.45) có thể viết như sau:. . (103.d ) 2 Q Q  3  d  4, 6 4 10  60 v. (4.50). Đối với ống áp suất (ống nén) ta có v = 6 -7 (m/s), chọn v = 6 (m/s), đường kính ống áp suất (ống nén):. d n  4, 6 . 18,3  8, 03 (mm) 6. Đối với ống hút (nạp) thì v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s d h  4, 6 . 18,3  16, 06 (mm) 1,5. Đối với ống xả thì v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s d x  4, 6 . 18,3  16, 06 (mm) 1,5. Ví dụ 2: Thực hiện lượng chạy dao của một máy gia công kim loại tổ hợp, trong trường hợp tải trọng không đổi, ta dùng hệ thống truyền động thủy lực như sau (hình 4.43). - Lực chạy dao lớn nhất: Pmax = 12000N. - Lượng chạy dao nhỏ nhất: smin = vmin = 20 (mm/ph); - Lượng chạy dao lớn nhất: smax = vmax = 500 (mm/ph); 121.

(122) - Trọng lượng bàn máy: G = 4000N. - Hệ số ma sát sống trượt: µ = 0,2. Đây là hệ thống thủy lực điều chỉnh bằng van tiết lưu. Lượng dầu chảy qua hệ thống được điều chỉnh bằng van tiết lưu đặt ở đường ra, và lượng dầu tối thiểu qua van tiết lưu ta chọn là: 0,1(l/ph). Qmin lựa chọn phụ thuộc vào khả năng dẫn dầu tối thiểu của van tiết lưu được tính toán theo công thức hay theo đặc tính kỹ thuật của van. Với trị số trên ta xác định được các tiết diện làm việc của píttông:. F2 . Qmin 100   50 (cm2) v min 2. (4.51). Ta thường dùng tỉ số tiết diện giữa píttông và cần:. i. F1 2 F2. (4.52). Suy ra: F1 = 2F2 = 100cm2 Từ đó ta có đường kính của xi lanh: D  2 Và đường kính cần píttông: d  2. F1 . ( F1  F2 ) 50 2  7,9  8 (cm)  . Hình 4.43. Sơ đồ mạch thủy lực. - Lưu lượng ra khỏi hệ thống khi làm việc với vận tốc lớn nhất: Qmax = F2.vmax = 50×50 = 2,5×103 (cm3/ph) = 2,5 (l/ph). 122. (4.53). (4.54).

(123) Trên cơ sở Qmax và Qmin ta lựa chọn van tiết lưu. Nên chọn van tiết lưu có Qmax = 4÷6 (l/ph). - Để đảm bảo thực hiện lực chạy dao lớn nhất khi gia công với lượng chạy dao lớn nhất, khi tính toán áp suất cần chú ý đến vấn đề tổn thất trong các cơ cấu, thiết bị dầu ép. - Tính toán tổn thất áp suất dựa theo các công thức tổn thất áp suất hoặc theo đồ thị tổn thất. - Đối với các thiết bị của các nhà sản xuất bao giờ cũng đi kèm với các đường đặc tính tổn thất về áp suất, lưu lượng. - Đối với van đảo chiều 4 cửa 2 vị trí (4/2), tổn thất áp suất ở cửa vào cũng như ở cửa ra có thể lấy ∆p1 = 0,15 bar. - Ta chọn chiều dài ống dẫn ở đường vào có chiều dài l1 = 1 m và ở đường ra l2 = 1 m với đường kính trong (làm việc) của ống φ = 6 mm. - Lưu lượng cần thiết khi thực hiện lượng chạy dao lớn nhất: Q1 = F1.vmax = 100×50 = 5×103 cm3/min = 5 (l/ph). - Với lưu lượng Q1 = 5 (l/min), độ dài l1 = 1 m, ta xác định được tổn thất áp suất của ống dẫn ở đường dầu vào từ công thức 1.25. ∆p2 = ∆p3 = 1,25 bar. - Tổn thất áp suất trên các ống nối ở đường vào cũng như đường ra có thể lấy: ∆p4 = 0,3 bar. - Nếu như khôngkể tổn thất áp suất trên đường ra lắp sau van tiết lưu có thể lấy: p4 ≈ 0 và van tiết lưu cần đảm bảo áp suất ở đường ra là 2 bar, do đó: p5 = 2 bar. - Với các trị số trên ta tính áp suất trong buồng có tiết diện F2 là: p2 = p5 + ∆p1 + ∆p3 + ∆p4 = 2 + 0,15 + 1,25 + 0,3 = 3,7 ≈ 4 bar - Lực ma sát giữa sống trượt sinh ra do tải bàn máy: Pms = µG = 0,2 × 4000=800N. - Hiệu áp giữa hai buồng xi lanh cần phải thắng lực chạy dao và lực ma sát, do đó phương trình cân bằng tĩnh học của lực tác dụng lên píttông: p1.F1 - Pmax - Pms - p2.F2 = 0 Suy ra: p1 = 14,8 bar. - Nếu tính đến các tổn thất trên các đường vào, thì áp suất cần thiết ở cửa ra của bơm dầu là: p0 = p1 + ∆p1 + ∆p2 + ∆p4 ≈ 16,5 bar.. 123.

(124) - Nếu tính đến tổn thất do bộ lọc gây nên và đảm bảo áp suất ở đường ra ta lấy p0 = 20 bar. - Nếu lấy vận tốc lùi dao nhanh là v0 = 5000 (mm/ph) thì lưu lượng cần thiết để chạy dao nhanh là: Q0 = F2.v0 = 50×500 =25×103 (cm3/ph) = 25 (l/ph). - Đây là lưu lượng cần thiết lớn nhất mà bơm dầu phải đảm bảo, do đó nó cũng là lưu lượng danh nghĩa của bơm, tức là: Q = 25 (l/ph). - Van tràn cần phải lựa chọn loại có lưu lượng lớn hơn Q = 25 (l/ph). Do đó chọn loại có Q = 30-40 (l/ph). - Để xác định tổn thất dầu ép, ta cần biết lưu lượng cần thiết khi thực hiện lượng chạy dao nhỏ nhất, tức là: Qmin = F1.vmin = 100×2 = 200 (cm3/ph) = 0,2 (l/ph). Khi thực hiện lượng chạy dao nhỏ nhất, lượng dầu qua van tràn sẽ là: Qt = Q - Qmin = 25 - 0,2 = 24,8 (l/ph). - Toàn bộ năng lượng của lưu lượng này biến thành nhiệt, gây nên tổn thất công suất: N. QT . p0 24,8  20   0,81 (kW) 612 612. - Nếu lấy tổng hiệu suất của bơm dầu là µ = 0,7 thì công suất cần thiết của động cơ điện là: N đc . 124. Q. p0 20  25   1,16 (kW) 612. 612  0, 7.

(125) Phần thứ hai. TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN. 125.

(126) 126.

(127) Chương 5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN. Ứng dụng khí nén đã có từ thời trước Công Nguyên, tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế. Mãi đến thế kỷ thứ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng điện sẽ không an toàn. Khí nén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn như: Búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh... nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ. Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới được sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự kết hợp khí nén với điện - điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai. 5.1. Khả năng ứng dụng của khí nén 5.1.1. Trong lĩnh vực điều khiển. Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đoạn kỹ thuật tự động hóa quá trình sản xuất phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén. Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó hay xảy ra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất. 5.1.2. Trong các hệ thống truyền động. - Các dụng cụ, thiết bị, máy làm việc va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác như: Khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng như: Xây dựng hầm mỏ, đường hầm. - Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng 127.

(128) khí nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ nhưng với số vòng quay cao khoảng 100.000 (v/ph) thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng năng lượng khí nén là phù hợp. - Truyền động thẳng: Sử dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô. - Trong các hệ thống đo và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm. 5.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 5.2.1. Ưu điểm. - Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa dễ dàng. Như vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. - Có khả năng truyền năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ. - Đường dẫn khí nén thải ra không cần thiết. - Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn. - Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được bảo đảm. 5.2.2. Nhược điểm. - Lực truyền tải thấp. - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều. - Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu nhược điểm của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện.. 128.

(129) 5.3. Một số đặc điểm của hệ thống truyền động khí nén Ký hiệu: (+), (=), (-) có nghĩa là thích hợp hơn/ bằng/ ít hơn so với truyền động bằng khí nén. - Độ an toàn khi quá tải Khi hệ thống đạt được áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an toàn, không có sự cố, hư hỏng xảy ra. Truyền động điện - cơ (-); truyền động thủy lực (=), truyền động bằng cơ (-); - Sự truyền tải năng lượng Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền động bằng khí nén tương đối thấp. Truyền động điện (+); truyền động thủy lực (-), truyền động bằng cơ (-); - Tuổi thọ và bảo dưỡng Hệ thống truyền động và điều khiển bằng khí nén hoạt động tốt, khi mạng đạt tới áp suất tới hạn và không gây ảnh hưởng đối với môi trường. Tuy nhiên hệ thống đòi hỏi rất cao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí trong hệ thống. Truyền động điện - cơ (- / =); Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (=),Truyền động điện (+). - Khả năng thay thế những phần tử, thiết bị Trong hệ thống truyền động bằng khí nén, khả năng thay thế những phần tử dễ dàng. Truyền động điện (+);Truyền động bằng cơ (-),Truyền động thủy lực (=). - Vận tốc truyền động Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động đạt được với vận tốc rất cao. Truyền động điện - cơ (-),Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (+). - Khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng và áp suất Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp suất một cách đơn giản. Tuy nhiên với sự tải trọng thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Truyền động điện - cơ (-),Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (+) - Vận tốc truyền tải Vận tốc truyền tải và xử lý số liệu tương đối chậm: Truyền động điện (+), Truyền động cơ (-), Truyền động thủy lực (+); Phạm vi ứng dụng thích hợp của các hệ thống truyền động được liệt kê trong bảng 5.1:. 129.

(130) Bảng 5.1. Phạm vi ứng dụng thích hợp của các hệ thống truyền động TT. Trường hợp ứng dụng. K. Đ-K. Đ-C. Đ. C. TL. 1. Truyền động quay với công suất >2kW. +. 0. 0. 0. x. 1.1. Truyền động quay với công suất <2kW. x. 0. 0. 0. x. 1.2. Số vòng quay >10.000 v/ph. 0. 2. Truyền động thẳng, quãng đường <200 m, tải trọng <20 KN. 2.1. Truyền động thẳng, quãng đường <500 m, tải trọng <20 KN. 2.2. Truyền động thẳng, quãng đường >500 m, tải trọng <6 KN. 3. Điều khiển nhiều hơn 10 tiến trình. 3.1. Điều khiển ít hơn 10 tiến trình. 3.2. Điều khiển ít hơn 6 tiến trình. 0. x. 0. 0. +. 0. x. 0. 0. +. 0. x. 0. 0. x. 0. x. 0. 0. x. +. x. 0. +. 0. x. x. 0. +. +. x. 0. +. 0. x. Ghi chú: K - Truyền động bằng khí nén; Đ-K - Truyền động bằng điện khí nén; Đ-C - Truyền động bằng điện cơ; C - Truyền động bằng cơ; TL - Truyền động bằng thủy lực;  - Có khả năng ứng dụng thích hợp; X - Có thể ứng dụng; + - Có thể ứng dụng trong những trường hợp đặc biệt; 0 - Không thể ứng dụng được.. 5.4. Cơ sở lý thuyết tính toán truyền động khí nén 5.4.1. Thành phần hóa học và các đại lượng vật lý cơ bản của không khí. Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí đưa vào hệ thống khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp, bao gồm các thành phần hóa học chính được ghi trong bảng 5.2 và các đại lượng vật lý cơ bản được ghi ở bảng 5.3. Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi...Những thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự han gỉ... Bảng 5.2. Thành phần hóa học của không khí. Thể tích % Khối lượng %. 130. N2. O2. Ar. CO2. H2. Ne.10-3. He.10-3. He.10-3. X.10-6. 78,08. 20,95. 0,93. 0,03. 0,01. 1,8. 0,5. 0,1. 9. 75,51. 23,01. 1,286. 0,04. 0,001. 1,2. 0,07. 0,3. 40.

(131) Bảng 5.3. Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí TT. Đại lượng vật lý. Ký hiệu. Giá trị. Đơn vị 3. 1. Khối lượng riêng. ρn. 1,293. kg/m. 2. Hằng số khí. R. 287. J/kg.K. 3. Tốc độ âm thanh. ωs. 4. Nhiệt lượng riêng. 5. 331,2. m/s. 344. Ghi chú Ở trạng thái tiêu chuẩn. Ở nhiệt độ 0oC Ở nhiệt độ 20oC. cp. 1,004. kJ/kg.K. Áp suất hằng số. cv. 0,717. kJ/kg.K. Thể tích hằng số. Số mũ đoạn nhiệt. k. 1,4. 6. Độ nhớt động lực. η. 17,17×10-6. Pa.s. Ở trạng thái tiêu chuẩn. 7. Độ nhớt động. ν. 13,28×10-6. m2/s. Ở trạng thái tiêu chuẩn. 5.4.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học. Giả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lý tưởng. Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén được viết như sau: pabs .V  m.R.T. (5.1). Trong đó: pabs - Áp suất tuyệt đối, (bar). V - Thể tích của khí nén, (m3). m - Khối lượng, kg. R - Hằng số khí, (J/kg.K). T - Nhiệt độ Kelvin, (K). a) Định luật Boyle - Mariotte Khi nhiệt độ không thay đổi (T = hằng số), theo phương trình 5.1 ta có: pabs .V  const. (5.2). Nếu gọi: V1 - Thể tích khí nén tại áp suất p1, (m3); V2 - Thể tích khí nén tại áp suất p2, (m3); p1abs - Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1, (bar); p2abs - Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2, (bar); Theo phương trình (5.2) ta có thể viết:. V1 p  2 abs V2 p1abs. (5.3). Hình 5.1 biểu diễn sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi là đường cong parabol. Năng lượng nén và năng lượng dãn nở tính theo phương trình: W  p1.V1.ln. p1 p2. (5.4). 131.

(132) Hình 5.1. Sự phụ thuộc giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi. b) Định luật 1 (Gay - Lussac) Khi áp suất không thay đổi (p = const), theo phương trình (5.1) ta có: V1 T1  V2 T2. (5.5). Trong đó: T1 - Nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1; T2 - Nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2; Năng lượng nén và năng lượng dãn nở không khí được tính theo phương trình:. W  p (V2  V1 ). (5.6). c) Định luật 2 (Gay - Lussac) Khi thể tích V không thay đổi, phương trình (5.1) được viết như sau: p1abs T1  p2 abs T2. (5.7). Do thể tích v = hằng số nên năng lượng nén và năng lượng giãn nở bằng 0, W = 0 d) Phương trình trạng thái nhiệt khi cả ba đại lượng áp suất, nhiệt độ và thể tích thay đổi Từ (5.1) suy ra: Hay. pabs .V  m.R  const T. p1abs .V1 p2 abs..V2  T1 T2. Khối lượng không khí m được tính theo công thức: m  V . (kg). 132. (5.8) (5.9).

(133) Hay V . m . (5.10). Thay phương trình (5.10) vào phương trình (5.3), ta có: - Khi nhiệt độ T không thay đổi, ta có: m1 p 1  2 abs m2 p1abs 2. (5.11). Như vậy sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng  và áp suất p khi nhiệt độ T không thay đổi được viết như sau:  2  1.. p2 abs p1abs. (5.12). Sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng  và nhiệt độ T khi áp suất p không thay đổi, từ phương trình 5.5 ta có:  2  1.. T1 T2. (5.13). Sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng  vào cả 3 đại lượng thay đổi áp suất p, nhiệt độ T và thể tích V theo phương trình (5.9) ta viết được như sau 2 . T1. p2 abs .1 T2 . p1abs. (5.14). e). Phương trình đoạn nhiệt Thể tích riêng của không khí: V (m3/kg) (5.15) m Thay phương trình (5.15) vào phương trình (5.8), ta có phương trình trạng thái của khí nén: v. p.v  R hay p.v  R.T T Trong đó R là hằng số khí, tra theo bảng 5.3.. (5.16). Nhiệt lượng riêng c là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng khối lượng không khí 1 kg lên 10K. Nhiệt lượng riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi áp suất không thay đổi ký hiệu cp. Tỷ số của cv và cp gọi là số mũ đoạn nhiệt k. k. cp cv. (5.17). 133.

(134) Hiệu số của cp và cv gọi là hằng số khí R: R  c p  cv  c p .. k 1  cv (k  1) k. (5.18). Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không có nhiệt được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau: p1.v1k  p2 .v2k  hằng số k. Hay. T  p1  v2       1  p2  v1   T2 . (5.19a). k k 1. (5.19b). Hình 5.2 biểu diễn biểu đồ đoạn nhiệt:. Hình 5.2. Biểu đồ đoạn nhiệt. Diện tích mặt phẳng giới hạn bởi các điểm 1, 2, 5, 6 trong hình 5.2 tương ứng lượng nhiệt giãn nở cho khối lượng khí 1 kg và có giá trị: k 1 p1.v1   v1   1     W  k  1   v2    . (5.20a). k 1  p1.v1   p2  k hay W  1   k  1   p1   . hay W . p1.v1   T2  1    k  1   T1  .   .     . (5.20b). (5.20c). Công kỹ thuật Wt là công cần thiết để nén lượng không khí (ví dụ trong máy nén khí) hoặc là công thực hiện khi áp suất khí giãn nở. Diện tích mặt phẳng giới hạn bởi các điểm 1, 2, 3, 4 ở trong hình 5.2 là công thực hiện để nén hay công thực hiện khí áp suất khí giãn nở cho 1 kg không khí, có giá trị: 134.

(135)   v  k 1  k Wt  . p1.v1 1   1   k 1   v2  . (5.21a). k 1   k   k p  2 Wt  . p1.v1 1       k 1 p   1  . (5.21b). Trong thực tế không thể thực hiện được quá trình đẳng nhiệt cũng như quá trình đoạn nhiệt. Quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và quá trình đoạn nhiệt gọi là quá trình đa biến và có phương trình: p1.v1n  p2 .v2n = const n. (5.22). n.  T  n 1 p v  Hay 1   2    2  p2  v1   T1 . (5.23). - Quá trình đẳng nhiệt: n = 1 - Quá trình đẳng áp: n = 0. - Quá trình đoạn nhiệt: n = k. - Quá trình đẳng tích: n = ∞. f) Ví dụ ứng dụng Lưu lượng hút của một máy nén khí là Vn = 2,5 (m3/phút) trong điều kiện tiêu chuẩn (Tn = 2730K, Pn = 1,013 bar). Phải cần thời gian bao lâu để làm đầy bình chứa với thể tích V = 1m3, có áp suất 6 bar và nhiệt độ không khí trong bình là T = 2980K? Bài giải: Do nhiệt độ T, áp suất p và thể tích V ở trạng thái ban đầu và trạng thái cuối của quá trình nén là khác nhau. Cho nên dựa vào phương trình (5.9) để xác định thể tích của bình chứa khí ở trạng thái ban đầu: p nabs .Vn' p abs .V  Tn T. (5.24). Trong đó: pnabs - Áp suất của khí quyển tiêu chuẩn, pn = 1,013 bar; pabs - Áp suất của không khí trong bình chứa khi nạp đầy: pabs = (1,013 +p) = (1,013 +6) = 7,013 (bar); Tn - Nhiệt độ của khí quyển tiêu chuẩn, Tn = 2730 K; Vn' - Thể tích khí cần thiết phải hút (m3); V - Thể tích bình chứa, (m3); T - Nhiệt độ trong bình chứa, T = 2980K. Từ phương trình 5.24 ta có:. Vn' . ( p  1,013).V .Tn p n .T. (5.25) 135.

(136) Thay số vào phương trình (5.25) ta có: Vn' . 7,013.1.273  6,34 (m3) 1,013.298. Thời gian cần thiết để làm đầy bình chứa: Vn' 6,34 t   2,54 (phút) Vn 2,5 5.4.3. Phương trình dòng chảy. a) Phương trình dòng chảy liên tục. Hình 5.3. Dòng chảy liên tục. Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi (hình 5.3), ta có phương trình dòng chảy như sau: Qv1  Qv 2 Hay: w1.A1 = w2.A2 = const. (5.26). Trong đó: Qv1, Qv2 - Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2, (m3/s). w1 - Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1, (m/s). w2 - Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2, (m/s). A1 - Tiết diện chảy tại vị trí 1, (m2). A2 - Tiết diện chảy tại vị trí 2, (m2). b) Phương trình Becnully: Phương trình Becnully được viết như sau:. m. Trong đó: m.. w12 p w2 p  m.g .h1  m 1  m. 2  m.g .h2  m 2 2 2   w2. - Động năng 2 m.g .h - Thế năng; p m.  V . p - Áp năng . Trong đó: g: Gia tốc trọng trường. ρ: Khối lượng riêng không khí. p: Áp suất tĩnh. Phương trình (5.27) có thể viết lại như sau: 136. (5.27).

(137)  = const 2 Nếu chiều cao h = 0 thì phương trình (5.28) viết được như sau:  .g .h  p  w2.   const 2 Trong đó: p - Áp suất tĩnh học;  w 2 . - Áp suất động học; 2 Như vậy, áp suất toàn phần là tổng áp suất thành phần:. (5.28). p  w2 .. (5.29). ptp  pt  p đ. (5.30). Trong đó: ptp - Áp suất toàn phần; pt - Áp suất tĩnh học; pđ - Áp suất động học. d1. h1 d2. h2. Hình 5.4. Phương trình Bernulli. 5.4.4. Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp. Để tính toán truyền động khí nén, ta giả thiết sau: - Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt được thực hiện, quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt; - Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt không được thực hiện, quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt; Lưu lượng khối lượng khí qm qua khe hở được tính như sau: 137.

(138) qm   . . A1. 2 1.p (kg/s) Hay qm   . . A1. 2. (5.31). p (m3/s) 1. (5.32). Trong đó: α - Hệ số lưu lượng. ε - Hệ số giãn nở. A1 - Diện tích mặt cắt của khe hở, (m2). Δp = p1 - p2 - Độ chênh áp suất trước và sau khe hở. ρ1 - Khối lượng riêng của không khí. Hệ số lưu lượng α phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở (hệ số co rút  ) và (hệ số vận tốc  ).    .. (5.33). d2 của vòi D2 phun theo tiêu chuẩn DIN 1953. Trong hình 5.6 biểu diễn mối quan hệ của hệ số giãn d2 p nở ε, tỷ số áp suất sau và trước khe hở 2 và tỷ số m  2 của vòi phun. D p1. Hình 5.5 biểu diễn mối quan hệ của hệ số lưu lượng α và tỷ số m . Theo hình 5.7 hệ số giãn nở  của bướm điều tiết ở trạng thái đoạn nhiệt k = 1,4.. Hình 5.5. Hệ số lưu lượng. 138. Hình 5.6. Hệ số giãn nở của vòi phun.

(139) Hình 5.7. Sự phụ thuộc hệ số lưu lượng  và hệ số ảnh hưởng số Reynold Re của bướm điều tiết. Ví dụ ứng dụng: Khi có áp suất p1 = 2 (bar) và nhiệt độ t1 = 20 oC chảy qua bướm điều tiết có đường kính d  1 (mm), áp suất sau bướm điều tiết p2 = 1,5 (bar), đường kính của ống dẫn khí D =4 (mm). Tính lưu lượng theo khối lượng qm (kg/s) và lưu lượng theo thể tích khí ở trạng thái tiêu chuẩn qv (m3/h)? Bài giải: Theo phương trình (5.31) ta có:. qm   . . A1. 2 1.p (kg/s) Do tổn thất áp suất nhỏ p  p1  p 2  0,5 (bar), số Re  10 4 , cho nên dòng chảy tầng. Tỷ số: m . d2 1   0,06 2 16 D. Từ hình 5.7a ta tra được:   0,6 - Hệ số giãn nở  tra ở hình 5.7b theo các thông số sau:. 139.

(140) m. p 1,5 d2 1  0,75 , ta được:   0,925 .   0,06 , ta chọn m = 0; 1  2 16 p 2 2,0 D. - Diện tích của khe hở: A1  0, 25  (1 103 ) 2 .  7,85 10 7 (m2);. - Hiệu áp trước và sau khe hở: p  p1  p2  0,5  0,5  105 (Pa); - Khối lượng riêng của khí ở trạng thái tiêu chuẩn (pn = 1,013 bar; T = 273 0K):  n  1,2939 (kg/m3). Theo phương trình (5.14) ta có: 1 . T .( p1  1, 013). n 273  3, 013  1, 293   3,58 (kg/m3) 293 1, 013 293 1, 013. Như vậy lưu lượng theo khối lượng sẽ là: qm  0, 6  0,925  7,85  107  2  3,58  0,5  105  2, 7  10 4 (kg/s). - Lưu lượng tính theo thể tích ở trạng thái tiêu chuẩn được tính như sau: qv . qm (kg / s ) 2, 7  104   2,1 104 (m3/s)  n (kg / m3 ) 1, 293. 5.4.5. Tổn thất áp suất trong truyền động khí nén. Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống truyền động khí nén là vấn đề rất phức tạp. Tổn thất áp suất của hệ thống bao gồm: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng PR . - Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi PE . - Tổn thất áp suất trong các loại van. PV a) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (ΔPR): pR   .. l. .w 2 (N/m2) 2d. (5.34). Trong đó: l - Chiều dài ống dẫn, (m). ρ - Khối lượng riêng của không khí, được xác định theo công thức sau:   n .. pabs pn. (5.35). ρn - Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn, ρn= 1,293 (kg/m3);. 140.

(141) pn - Áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn, pn = 1,013 (bar). w - Vận tốc của dòng chảy, (m/s). d - Đường kính ống dẫn, (m).  - Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re < 2230).. . 64 Re. (5.36). Re - Hệ số Reynold, Re . w.d n.  n - Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn,  n = 13,28×10-6 (m2/s). b) Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi...Tổn thất áp suất trong những tiết diện đó được tính như sau:  PE   . .w 2 , (N/m2) 2. (5.37). Trong đó: ζ: Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn và số Re. - Khi tiết diện thay đổi đột ngột: Tổn thất áp suất: 2.  A1   .w12 pE  1   . , (N/m2) 2  A2 . (5.38) Hình 5.8. Tiết diện thay đổi. 2.  A2   .w 22 Hoặc: pE  1   . 2 A1  . Trong đó: w1 và w2 là vận tốc chảy trung bình ở tiết diện A1 và A2. - Khi ống dẫn gãy khúc: Tổn thất áp suất: PE 2  0,5. . .w 2 , (N/m2). (5.39). Trong đó: Hệ số  tra theo bảng 5.4 Hình 5.9. Tiết diện gẫy khúc. 141.

(142) Bảng 5.4. Hệ số ζ phụ thuộc vào độ nhẵn và độ nhám của thành ống. . 150. 22,50. 300. 450. 600. 900.  nhă n. 0,042. 0,07. 0,13. 0,24. 0,47. 1,13.  nhám. 0,062. 0,15. 0,17. 0,32. 0,66. 1,27. a/D. 0,71. 0,943. 0,150. 3,72. 6,28. .  nhă n. 0,51. 0,35. 0,28. 0,36. 0,40. 0,48.  nhám. 0,51. 0,415. 0,38. 0,46. 0,44. 0,64. - Trong hệ thống có các đường ống bị uốn cong: Tổn thất áp suất:  pE 3   ges . .w 2 (N/m2) 2. (5.40). Trong đó: Hệ số ζges bao gồm:  ges  u   Re ζu: Hệ số cản do độ cong. ζRe: Hệ số cản do ảnh hưởng của số Reynold (ma sát ống). Hệ số cản ζu phụ thuộc vào góc uốn cong  , tỉ số R/d và chất lượng bên trong ống, tra theo hình 5.10. 0,5. l 0,4. d. 0,3. 0,2 0,1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10. Hình 5.10. Hệ số cản u. 142.

(143) Hệ số cản ζRe do ảnh hưởng của số Reynold (ma sát ống) phụ thuộc vào số Reynold, tra theo hình 5.11.. Hình 5.11. Hệ số cản do ảnh hưởng số Reynold. - Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi phân dòng (hình 5.12): Tổn thất áp suất trong ống phân nhánh:  pEa   a . .w 2z (N/m2) 2. (5.41). Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng:  pEd   d . .w 2z (N/m2) 2. (5.42). Trong đó: wz: vận tốc trung bình trong ống dẫn chính. Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi phân dòng thuộc vào tỷ lệ dia/diz và tỷ lệ lưu lượng qma/qmz cho trong bảng 5.5.. Hình 5.12. Ống phân nhánh. 143.

(144) Bảng 5.5. Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi phân dòng Góc rẽ nhánh δ 0. 1200. 90. Tỷ lệ lưu lượng. 1350. Ống rẽ nhánh, hệ số cản ζa. qma/qmz. Tỷ số dia/din 1.0. 0.8. 0.6. 1.0. 0.8. 0.6. 1.0. 0.8. 0.6. 0.2. 0,79. 0,84. 1,00. 0,71. 0,75. 0,88. 0,68. 0,72. 0,83. 0.4. 0,74. 0,88. 1,31. 0,57. 0,69. 1,07. 0,51. 0,61. 0,98. 0.6. 0,81. 1,05. 1,89. 0,53. 0,75. 1,53. 0,43. 0,64. 1,40. 0.8. 1,00. 1,37. 2,72. 0,97. 0,96. 2,26. 0,44. 0,78. 2,09. 1.0. 1,30. 1,82. 3,81. 1,75. 1,27. 3,26. 0,54. 1,06. 3,05. Ống rẽ thẳng, hệ số cản ζd. Tỷ lệ lưu lượng qma/qmz. Tỷ số dia/din 1.0. 0.8. 0.6. 1.0. 0.8. 0.6. 1.0. 0.8. 0.6. 0.2. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0,00. 0.4. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0,02. 0.6. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0,08. 0.8. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 0,19. 1.0. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. 0,35. - Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng (hình 5.13). Hình 5.13. Ống hợp dòng. Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng qma  pEa   a . .w 2z (N/m2) 2. 144. (5.43).

(145) Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng qmd  pEd   d . .w 2z (N/m2) 2. (5.44). Trong đó: wz - Vận tốc trung bình trong ống dẫn chính. Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi hợp dòng thuộc vào tỷ lệ dia/diz và tỷ lệ lưu lượng qma/qmz (bảng 5.6) Bảng 5.6. Hệ số cản a và d của ống dẫn khi hợp dòng Góc rẽ nhánh δ 450. Tỷ lệ lưu lượng. 600. 900. Ống rẽ nhánh, hệ số cản a. qma/qmz. Tỷ số dia/din 1,0. 0,8. 0,6. 1,0. 0,8. 0,6. 1,0. 0,8. 0,6. 0.2. -0,41. -0,31. -0,11. -0,40. -0,30. -0,09. -0,38. -0,28. -0,66. 0.4. -0,03. 0,22. 0,94. 0,00. 0,27. 0,99. 0,10. 0,37. 1,11. 0.6. 0,22. 0,69. 2,22. 0,31. 0,79. 2,33. 0,52. 1,03. 2,61. 0.8. 0,35. 1,09. 3,73. 0,51. 1,27. 3,93. 0,89. 1,69. 4,43. 1.0. 0,35. 1,43. 5,47. 0,60. 1,70. 5,80. 1,20. 2,35. 6,57. Tỷ lệ lưu lượng. Ống dẫn thẳng, hệ số cản ζd. qma/qmz. Tỷ số dia/din 1,0. 0,8. 0,6. 1,0. 0,8. 0,6. 1,0. 0,8. 0,6. 0.2. 0,16. 0,20. 0,19. 0,17. 0,22. 0,23. 0,20. 0,27. 0,32. 0.4. 0,17. 0,17. 0,03. 0,22. 0,26. 0,18. 0,35. 0,46. 0,54. 0.6. 0,06. -0,04. -0,44. 0,18. 0,15. -0,10. 0,47. 0,60. 0,71. 0.8. -0,18. -0,44. -1,22. 0,04. -0,11. -0,62. 0,56. 0,70. 0,82. 1.0. -0,53. -1,03. -2,32. -0,19. -0,51. -1,39. 0,62. 0,76. 0,86. - Tổn thất áp suất trong ống phân nhánh (hình 5.14): pES  .  2 .w (N/m2) 2. (5.45). Trong đó: w - Vận tốc trung bình trong ống dẫn chính. Hệ số cản của các loại ống phân nhánh  được minh họa ở hình 5.14. 145.

(146) d. d. Hình 5.14. Hệ số cản  (Re >103). c) Tổn thất áp suất trong các loại van (Δpv): Tổn thất áp suất trong các loại van Δpv (trong các van đảo chiều, van áp suất, van tiết lưu.v.v...) được tính theo:  pv   v . .w 2 , (N/m2) 2. (5.46). Trong công nghiệp sản xuấn điện tử khí nén, hệ số cản ζv là đại lượng đặc trưng cho các van. Thay vì hệ số cản ζv, một số nhà sản xuất khác sử dụng một đại lượng gọi là hệ số lưu lượng kv là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lưu lượng kv là lưu lượng chảy (m3/h) qua van ở nhiệt độ T = 278 - 303 (0K), với áp suất ban đầu là: p1 = 6 (bar), tổn thất áp suất Δp0 = 0,981 (bar) và có giá trị, tính theo công thức: kv . qv  (m3/h) . 31, 6 p. (5.47). Trong đó: qv - Lưu lượng khí nén, (m3/h). ρ - Khối lượng riêng không khí, (kg/m3). Δp - Tổn thất áp suất qua van, (bar). Hệ số cản ζv tính theo công thức:. 2.g .10,18  qv v   k w2  v 146.    . 2. (5.48).

(147) Vận tốc dòng chảy: w . qv A. Thay w vào phương trình (5.48) tính ζv, ta có:.  A  2.g .10,18.qv2 .  6   10  v  2 2  kv  q v .   3600  Trong đó: A . 2. (5.49).  .d 2 - Tiết diện dòng chảy, (mm2) 4. Thay tiết diện dòng chảy A vào phương trình (5.49), ta có hệ số cản của van: v . 1  d2    626,3  kv . (5.50). Như vậy, nếu van có thông số đặc trưng kv, đường kính ống nối d, thì ta xác định được hệ số cản qua van ζv. d) Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống dẫn tương đương Vì tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng hay là tổn thất áp suất của ống dẫn có tiết  diện thay đổi hoặc là tổn thất áp suất trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số .w 2 , 2 cho nên có thể tính tổn thất áp suất thành chiều dài ống dẫn tương đương.  l'   . .w 2   . . .w 2 2 d 2. (5.51). Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương: l' .  .d . (5.52). Như vậy tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn là:.  l   l .  .w '. pges   .. d. 2. 2. (5.53). 147.

(148) Chương 6. SẢN XUẤT, PHÂN PHỐI VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN. 6.1. Sản xuất khí nén Áp suất được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. 6.1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí. a) Nguyên tắc hoạt động - Nguyên lý thay đổi thể tích Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boy - Mariotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Các loại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu píttông, bánh răng, cánh gạt... - Nguyên lý động năng Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như máy nén khí kiểu ly tâm. b) Phân loại - Theo áp suất * Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar. * Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar. * Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar. - Theo nguyên lý hoạt động * Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: Máy nén khí kiểu píttông, máy nén khí kiểu bánh răng, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít. * Máy nén khí tua - bin: Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục. 6.1.2. Máy nén khí kiểu píttông. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu píttông một cấp được biểu diễn ở hình 6.1.. 148.

(149) Hình 6.1. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu píttông 1 cấp a) Chu kỳ hút; b) Chu kỳ nén và đẩy. Máy nén khí kiểu píttông một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10 (m3/phút) và áp suất nén từ 6 đến 10 (bar). Máy nén khí kiểu píttông hai cấp có thể nén đến áp suất 15 (bar). Loại máy nén khí kiểu píttông một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp. Máy nén khí kiểu píttông được phân loại theo cấp số nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khí nén. Ngoài ra người ta còn phân loại theo vị trí của píttông. * Ưu điểm: Vững chắc, hiệu suất cao, kết cấu, vận hành đơn giản. * Khuyết điểm: Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn. 6.1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 6.2) bao gồm: Thân máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi đầu các cánh tựa vào.. Hình 6.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt 1. Thân; 2. Rô to; 3. Cánh gạt. 149.

(150) * Ưu điểm: Kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén không bị xung; * Khuyết điểm: Hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu. Nguyên lý hoạt động Không khí được hút vào buồng hút (trên biểu đồ hình 6.3, p - V tương ứng đoạn d a). Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau một khoảng lệch tâm e, nên khi rôto quay theo chiều sang phải, thì không khí sẽ vào buồng nén (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn a - b). Sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn b - c).. Hình 6.3. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt. Lưu lượng khí nén được tính theo công thức sau: Qv  q 0 . n 60. (6.1). Trong đó: q0 - Lưu lượng riêng, (m3 /vòng). n - Số vòng quay rôto, (v/ph). λ - Hiệu suất. Độ lệch tâm tương đối:  . e Re  R R. (6.2). 6.1.4. Máy nén khí kiểu trục vít. Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ. Số răng (số đầu mối ren) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng càng lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối ren) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. 150.

(151) Hình 6.4. Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu trục vít. Lưu lượng tính theo (6.1), ta có: Qv  q 0 . n. (6.3). 60. Trong đó: q0: Lưu lượng riêng, (m3 /vòng). λ: Hiệu suất. n: Số vòng quay trục chính (vòng/phút) Hiệu suất λ phụ thuộc vào số vòng quay n, tra theo bảng 6.1. Bảng 6.1. Hiệu suất λ phụ thuộc vào số vòng quay n n. λ. 4500. 0,8. 5000. 0,82. 6000. 0,86. Lưu lượng riêng q0 được xác định như sau: q0  ( A1  A2 ).L.Z1. Vkt Vklt. (6.4). Trong đó: L - Chiều dài trục vít, (m); A1 - Diện tích của trục chính, (m); A2 - Diện tích của trục phụ, (m); Z1 - Số đầu mối ren trục vít. Vkt - Tỉ số giữa thể tích của khe hở thực tế và thể tích khe hở theo lý thuyết. Tỉ số Vklt. này phụ thuộc vào góc xoắn  của trục vít (tra theo đồ thị). * Ưu điểm: Khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 40.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. * Khuyết điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. 151.

(152) 6.1.5. Máy nén khí kiểu Root. Máy nén khí kiểu root gồm có hai hoặc ba cánh quạt (píttông có dạng hình số 8). Các píttông đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quá trình quay không tiếp xúc với nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai píttông, khe hở giữa phần quay và thân máy. Máy nén khí kiểu Root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích, mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau. Điều đó có nghĩa là: Khi rôto quay được 1 vòng thì vẫn chưa tạo được áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay tiếp đến vòng thứ 2, thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng vào buồng đẩy. Với nguyên tắc hoạt động này dẫn đến tiếng ồn sẽ tăng lên.. Hình 6.5. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root. Lưu lượng được tính theo công thức sau: Qv  q 0th .2. n 60. (6.5). Trong đó: q0th : Lưu lượng riêng theo lý thuyết, (m3/vòng). λ: Hiệu suất (0.15 – 0.95). n: Số vòng quay bánh dẫn, (v/ph). 6.2. Phân phối khí nén 6.2.1. Yêu cầu. Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng, ví dụ như động cơ khí nén, các xi lanh của máy ép, máy rung, dụng cụ cầm tay dùng không khí nén... Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén; Cần phân biệt ở đây mạng đường ống được lắp ráp cố định (như trong nhà máy, xí nghiệp) và mạng đường ống lắp ráp từng thiết bị, từng máy (hình 6.6).. 152.

(153) Hình 6.6. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén. Yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí nén là đảm bảo áp suất p, lưu lượng Q và chất lượng của khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể là cho các thiết bị máy móc. Ngoài yêu cầu về chọn hợp lý máy nén khí, ống dẫn, cách lắp đặt, bảo hành hệ thống, yêu cầu về tổn thất áp suất đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa chính cho đến nơi tiêu thụ), cụ thể như sau: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính: 0,1 (bar); - Tổn thất áp suất trong ống nối: 0,1 (bar); - Tổn thất áp suất trong thiết bị xử lý khí nén (trong bình ngưng tụ, tách nước): 0,2 (bar); - Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc tinh: 0,6 (bar); 6.2.2. Bình trích chứa khí nén. Hình 6.7. Các loại bình trích chứa khí nén a) Bình trích chứa thẳng đứng; b) Loại bình trích chứa nằm ngang; c) Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí. 153.

(154) Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước. Bình trích chứa khí nén nên lắp trong không gian thoáng, để thực hiện được nhiệm vụ như vừa nêu ở trên là ngưng tụ và tách nước trong khí nén. Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của thiết bị, máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén, ví dụ như sử dụng khí nén liên tục hay gián đoạn... 6.2.3. Mạng đường ống dẫn khí nén. Mạng đường ống dẫn khí nén có thể chia làm hai loại: - Mạng đường ống lắp ráp cố định (ví dụ mạng đường ống trong nhà máy); - Mạng đường ống lắp ráp di động (ví dụ mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc, thiết bị). a) Mạng đường ống lắp ráp cố định Thông số cơ bản của mạng đường ống lắp ráp cố định là ngoài lưu lượng khí nén, còn có vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong ống dẫn khí nén, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống. - Lưu lượng phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy. Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống dẫn càng lớn. - Vận tốc dòng chảy được chọn theo nằm trong khoảng 6 - 10 (m/s). Vận tốc dòng chảy khi đi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi dây chuyền, máy móc đang vận hành. - Tổn thất áp suất như trình bày ở trên, yêu cầu tổn thất áp suất là 0,1 (bar) trong ống dẫn chính. Tuy nhiên, trong thực tế sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêu cầu. Ví dụ áp suất yêu cầu của hệ thống là 7 (bar), tổn thất áp suất được tính là 0,35 (bar) là có thể chấp nhận được. Nếu trong các ống dẫn chính có lắp thêm các phụ tùng ống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn tăng lên tùy theo phụ tùng lắp trong đường ống. Trong thực tế, để xác định các thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cố định, người ta thường sử dụng biểu đồ ở hình 6.8. Theo biểu đồ (hình 6.8) các thông số yêu cầu như áp suất p, lưu lượng Qv, tổn thất áp suất p và các thông số sẽ chọn là chiều dài ống dẫn L, đường kính trong của ống dẫn phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ: - Áp suất yêu cầu: p = 8 (bar); - Chiều dài ống dẫn: L = 200 (m); - Lưu lượng: Qv = 170 (lít/s); - Tổn thất áp suất cho phép: p  0,1 (bar). 154.

(155) Từ biểu đồ (hình 6.8) sẽ tra ra đường kính trong của ống dẫn là   70 (mm). Lắp ráp đường ống dẫn khí nén thường nghiêng góc từ 10 - 20 so mặt phẳng nằm ngang (hình 6.6). Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang, lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống dẫn sẽ được chứa ở đó.. Hình 6.8. Biểu đồ sự phụ thuộc của các thông số. - Cách lắp ráp mạng đường ống: Mạng đường ống lắp ráp cố định ở trong nhà máy thường được lắp ráp theo kiểu dẫn vòng tròn (hình 6.9). Hình 6.9. Hệ thống lắp ráp mạng đường ống theo kiểu vòng tròn. 155.

(156) Ví dụ lắp ráp mạng đường ống trực tiếp từ máy nén khí, (xem hình 6.10). 4. 3 1. 5. 2. Hình 6.10. Lắp ráp mạng đường ống trực tiếp từ máy nén khí  Bộ phận xả nước ở bình trích chứa;  Bình trích chứa nước ngưng tụ;  Van giảm áp và bình chứa nước ngưng tụ;  Bộ phận lọc: bộ lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu;  Bình chứa nước ngưng tụ và van xả nước cuối mạng ống dẫn.. Ví dụ: Lắp ráp mạng đường ống trong nhà máy (hình 6.11). 8 5. 1. 4 2. 5. 6 5. 7 8. 5. 3. Hình 6.11. Sơ đồ lắp ráp mạng đường ống dẫn khí nén trong nhà máy 1. Máy nén khí; 2. Bình ngưng tụ hơi nước - làm lạnh bằng không khí hoặc bằng nước; 3. Bộ phận cân bằng (giảm dao động) áp suất khí nén; 4. Bình trích chứa khí nén; 5. Van xả hơi nước ngưng tụ; 6. Đường ống lắp nghiêng 10 - 20 so với mặt nằm ngang; 7. Các phụ tùng nối ống; 8. Van xả hơi nước ngưng tụ.. b) Mạng đường ống lắp ráp di động Mạng đường ống lắp ráp di động đa dạng hơn mạng đường ống lắp ráp cố định. Ngoài những ống bằng kim loại có thành ống mỏng, như ống dẫn bằng đồng, người ta còn các loại ống dẫn khác bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các ống dẫn bằng cao su mềm.. 156.

(157) Ngoài những mối lắp ghép bằng ren, mạng đường ống lắp ráp di động dùng các mối nối cắm với các đầu kẹp (hình 6.12).. b. Mối nối chữ T. a. Mối nối chữ L. Hình 6.12. Mối ống nối bằng đầu kẹp. Hình 6.13 trình bày mối nối ống dẫn bằng đầu kẹp và bằng ren dạng chữ L ở hình 6.13a và hình 6.13b trình bày mối ống nối bằng đầu kẹp và bằng ren dạng chữ T.. a). b). Hình 6.13. Mối nối ống dẫn bằng đầu kẹp và bằng ren. 6.3. Xử lý khí nén 6.3.1. Yêu cầu về khí nén. Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: Các loại bụi bẩn như hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này 157.

(158) được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau đó khí nén được dẫn đến bình ngưng tụ hơi nước, ở đó độ ẩm của khí nén (lượng hơi nước) phần lớn sẽ được ngưng tụ ở đây. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu thiết bị xử lý giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được sử dụng cho những dụng cụ dùng khí nén cầm tay, những thiết bị đồ gá đơn giản. Khi sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì yêu cầu chất lượng khí nén cao hơn. Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn được mô tả ở hình 6.14: Xử lý khí nén. Lọc thô. Làm lạnh. Lọc tinh. Sấy khô. Tách nước. Ngưng tụ. Hấp thụ. Bộ lọc. Cụm bảo dưỡng. Hình 6.14. Hệ thống xử lý khí nén. - Lọc thô: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn, bụi sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Đây là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén. - Phương pháp sấy khô: Dùng thiết bị sấy khô khí nén để loại bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong. Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén. - Lọc tinh: Loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ. 6.3.2. Các phương pháp xử lý khí nén. Như chúng ta đã biết, không khí chứa nhiều thành phần, trong đó có lượng hơi nước đáng kể. Sau khi qua giai đoạn lọc thô, lượng hơi nước vẫn còn. Do những yêu cầu đòi hỏi chất lượng khí nén khác nhau trong việc sử dụng khí nén, đòi hỏi khí nén phải được xử lý tiếp. 6.3.2.1. Lọc thô Khí nén được làm mát tạm thời khi từ trong máy nén khí ra để tách chất bẩn. Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.. 158.

(159) 6.3.2.2. Sấy khô khí nén a) Thiết bị sấy khô bằng bình ngưng tụ - làm lạnh bằng không khí (bằng nước) Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ +300 đến +35oC. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt độ là +10oC) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là +20oC. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước được thể hiện trên hình 6.15.. 1. Van an toàn 2. Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh 3. Đường nước làm lạnh vào 4. Khí nén sau khi được làm lạnh 5. Tách nước chứa trong khí nén 6. Nước làm lạnh đi ra 7. Khí nén được dẫn vào. Hình 6.15. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước. b) Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh (hình 6.16): Khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí (1). Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên. Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh (2). Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn. Nhiệt độ hóa sương tại đây là +2oC. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ tạo thành từng giọt nhỏ một. Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa (3). Ngoài lượng hơi nước được kết tủa, tại đây còn có các chất bẩn, dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 6oC đến 8oC, trước khi đưa vào sử dụng. 159.

(160) Hình 6.16. Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh 1. Bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí; 2. Bộ phận trao đổi nhiệt khí - Chất làm lạnh; 3. Bộ phận kết tủa; 4. Van thoát nước ngưng tụ tự động; 5. Máy nén của bộ phận làm lạnh; 6. Bình ngưng tụ; 7. Rơ le điều chỉnh nhiệt độ; 8. Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh. Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt như hình 6.17: c e. b. A. f a g h Hình 6.17. Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt a. Ống dẫn chất làm lạnh ở dạng lỏng; b. Ống dẫn chất làm lạnh ở dạng khí; c. Cụm biến nhiệt độ; d. Ống mao dẫn; e. Màng; f. Lỗ vòi phun; g. Lò xo; h. Cơ cấu điều chỉnh lỗ vòi phun. 160.

(161) c) Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ Sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học. - Quá trình vật lý Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm. Thiết bị gồm hai bình: Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hút ẩm. Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô (chất háo nước) mà đã dùng lần trước đó (hình 6.18). Chất sấy khô thường được sử dụng như: Silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương -50oC; nhiệt độ tái tạo từ 120oC đến 180oC.. Hình 6.18. Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ. Hình 6.19 giới thiệu chu kỳ hoạt động của hệ thống. Khi bình sấy khô thứ nhất II hoạt động, van (6) mở, khí nén từ máy nén khí qua bình sấy II, qua van (4) vào hệ thống điều khiển. Quá trình tái tạo được thực hiện bằng khí nóng sau khi không khí qua máy nén khí (1) và được nung nóng trong bộ phận nung nóng (2), qua van (7) vào bình chứa I, qua van (8), lúc đó không khí nóng bão hòa sẽ được đưa ra ngoài.. Hình 6.19. Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ. 161.

(162) - Quá trình hóa học: Thiết bị gồm một bình chứa chất hấp thụ (hình 6.20), chất hấp thụ thường dùng là NaCl. Không khí ẩm được đưa vào từ cửa (1), sau khi đi qua chất hấp thụ (2). Lượng hơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đáy bình. Phần nước ngưng tụ sẽ được dẫn ra ngoài bằng van (5). Phần không khí khô sẽ theo cửa (4) vào hệ thống điều khiển.. Hình 6.20. Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học. 6.3.2.3. Bộ lọc Trong một số lĩnh vực, ví dụ ở những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén, những thiết bị, đồ gá đơn giản hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản dùng khí nén...thì chỉ cần sử dụng một bộ lọc. Bộ lọc không khí là một tổ hợp gồm 3 phần tử: Van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu. a) Van lọc: Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. Có hai nguyên lý thực hiện: - Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc. - Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như vải, dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thêu kết hay là vật liệu tổng hợp. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoáy khi qua lá chắn kim loại (hình 6.21), sau đó qua phần tử lọc (hình 6.22), tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc, đường kính các lỗ của phần tử lọc có những loại từ 5 (μm) đến 70 (μm). Trong trường hợp yêu cầu chất lượng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được chọn là sợi thủy tinh, có khả năng tách nước trong khí nén đến 99%. Những phần tử lọc như vậy thì dòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài.. 162.

(163) Hình 6.21. Nguyên lý làm việc của van lọc và ký hiệu.. Hình 6.22. Phần tử lọc. b) Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất đường vào. Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất (hình 6.23) như sau: Khi điều chỉnh trục vít (điều chỉnh lực lò xo), tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi. 163.

(164) áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu.. Hình 6.23. Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất và ký hiệu. d) Van tra dầu: Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự rỉ sét của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu. Nguyên tắc tra dầu được thực hiện theo nguyên lý Ventury (hình 2.24).. Hình 6.24. Nguyên lý tra dầu Ventury 1. Vòi phun Venturi; 2. Bình chứa dầu; 3. Ống Ventury; 4. Vít điều chỉnh; 5. Lỗ quan sát. 164.

(165) Theo hình 6.24 thì điều kiện để dầu có thể qua ống Ventury là độ sụt áp Δp phải lớn hơn áp suất cột dầu H, nghĩa là:.   d4  p   . .w2 .1  4    dâu .g .H 2  D . (6.6). Cấu tạo và ký hiệu của van tra dầu, xem hình 6.25.. Hình 6.25. Cấu tạo và ký hiệu của van tra dầu. Phạm vi tra dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có lưu lượng của khí nén (xem hình 6.26). 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0. 1000. 2000. 3000. 4000. Hình 6.26. Phạm vi tra dầu thích hợp. 165.

(166) Chương 7. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN. 7.1. Khái niệm Một hệ thống điều khiển khí nén thường bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển gồm các phần tử được mô tả như ở hình 7.1:. Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển khí nén và các phần tử. - Đại lượng vào: Nguồn cung cấp khí nén, đặc trưng bởi các đại lượng vật lý là lưu lượng (Q) và áp suất (p); - Phần tử đưa tín hiệu: Nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ như van đảo chiều, rơ le áp suất... - Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: Van đảo chiều, van tiết lưu, các van logic.... 166.

(167) - Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ như van đảo chiều, li hợp... - Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển. Ví dụ như xi lanh, động cơ khí nén... Những hệ thống điều khiển phức tạp bao gồm nhiều phần tử, nhiều mạch điều khiển khác nhau. 7.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén và điện khí nén 7.2.1. Van đảo chiều. Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng. 7.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 7.2). Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác dụng của lực lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu.. Hình 7.2. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều. 7.2.1.2. Ký hiệu van đảo chiều Giống như van đảo chiều ở hệ thống truyền động thủy lực, việc chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái 0, a, b, c,... hay các số 0, 1, 2,...(hình 7.3). Hình 7.3. Ký hiệu chuyển đổi vị trí làm việc của nòng van. 167.

(168) Vị trí “0” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí thì vị trí giữa là vị trí “0”, còn đối với van có 2 vị trí thì vị trí “0” có thể là a hoặc b, thường vị trí b là vị trí “0”. Cửa nối van được ký hiệu như sau: t/c ISO5599, t/c ISO1219 Cửa nối với nguồn khí: 1 hoặc P Cửa nối làm việc 2, 4, 6,...hoặc A, B, C,... Cửa xả khí 3, 5, 7,... hoặc R, S, T,... Cửa nối với tín hiệu điều khiển 12, 14,...hoặc X, Y,... Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí qua van. Trường hợp dòng bị chặn, được biểu diễn bằng dấu gạch ngang.. Hình 7.4. Ký hiệu các cửa nối của van đảo chiều. Ký hiệu một số van đảo chiều thường gặp: (hình 7.5). Hình 7.5. Ký hiệu và tên gọi các loại van đảo chiều thường gặp. 168.

(169) 7.2.1.3. Các tín hiệu tác động Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “0”. Vị trí đó là ô vuông phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều. Điều đó có nghĩa là chừng nào chưa có tác dụng vào nòng van, thì lò xo tác động giữ vị trí đó. Tác động phía đối diện của van (ô vuông phía trái của van và được ký hiệu 1). Tín hiệu tác động có thể bằng cơ, bằng khí nén hay bằng lực điện từ. Trên hình 7.6 là sơ đồ biểu diễn các loại tín hiệu tác động lên nòng van đảo chiều. + Tín hiệu tác động bằng tay Ký hiệu nút ấn tổng quát. Nút bấm. Tay gạt. Bàn đạp. + Tín hiệu tác động bằng cơ Đầu dò. Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều. Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều. Lò xo. Nút ấn có rãnh định vị. 169.

(170) + Tín hiệu tác động bằng khí nén Trực tiếp bằng dòng khí nén vào. Trực tiếp bằng dòng khí nén ra. Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đường kính 2 đầu nòng van khác nhau Gián tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ trợ. Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ trợ. + Tín hiệu tác động bằng nam châm điện Trực tiếp. Bằng nam châm điện và van phụ trợ. Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể. Hình 7.6. Các tín hiệu tác động lên nòng van. 7.2.1.4. Van đảo chiều có vị trí "0" Van đảo chiều có vị trí “0” là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van và ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác động lên phía đối diện nòng van (ô vuông phía bên trái ký hiệu của van) là tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện. Chừng nào chưa có tác động lên phía bên trái nòng van thì các cửa nối của van trong lúc lắp ráp mạch khí nén tương ứng vị trí ô vuông nằm bên phải. Quy tắc này có giá trị cho van đảo chiều hai vị trí. Loại van có ba vị trí thì vị trí "0" nằm ở giữa. 170.

(171) a) Van đảo chiều 2/2 Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò (hình 7.7a). Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí “0” và “1”. Vị trí “0” cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ được chuyển đổi sang vị trí “1”, như vậy cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở về vị trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo. Ký hiệu của van đảo chiều 2/2 như hình 7.7b.. b) Hình 7.7. Van đảo chiều 2/2. a). b) Van đảo chiều 3/2. b). c) a). Hình 7.8. Kết cấu và ký hiệu của van đảo chiều 3/2. a. Cấu tạo van đảo chiều 3/2; b. Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò; c.Tín hiệu tác động bằng nút ấn. - Tín hiệu tác động bằng cơ học - đầu dò (hình 7.8). Van đảo chiều có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí “0” và “1”. Vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ được chuyển sang vị trí “1”, như vậy cửa P và cửa A sẽ nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu, (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo. 171.

(172) - Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ (hình 7.9) Tại vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với R. Khi có dòng điện vào cuộn dây, píttông trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, đến cửa (12) tác động lên píttông phụ, píttông phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với A, cửa R bị chặn. Khi dòng điện mất đi, píttông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên píttông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài.. b). Hình 7.9. Kết cấu và ký hiệu van đảo chiều 3/2, tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ a) Cấu tạo; b) Ký hiệu a). c) Van đảo chiều 4/2: +/ Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạp Ký hiệu Hình 7.10. Ký hiệu van đảo chiều tác động bằng tay - bàn đạp. +/ Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện (hình 7.11) Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R. Khi dòng điện vào cuộn dây, nòng píttông bị kéo lên, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lức này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R.. b). Hình 7.11. Van đảo chiều 4/2, tác động trực tiếp bằng nam châm điện a). 172. a. Cấu tạo; b. Ký hiệu.

(173) d) Van đảo chiều 5/2 - Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò (hình 7.12). Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn. Khi đầu dò tác động, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa S và cửa R bị chặn.. b). Hình 7.12. Van đảo chiều 5/2, tác động bằng cơ - đầu dò a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. a). - Tín hiệu tác động bằng khí nén (hình 7.13). Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn. Khi dòng khí nén Z tác động vào, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa S và cửa R bị chặn.. b). Hình 7.13. Van đảo chiều 5/2, tác động bằng khí nén a). a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. 7.2.1.5. Van đảo chiều không có vị trí "0" Van đảo chiều không có vị trí “0” là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào chưa có tác động lên phía đối diện nòng van. Ký hiệu vị trí tác động là a, b, c,... Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là: - Tác động bằng tay, bàn đạp.. 173.

(174) - Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía của nòng van. - Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ. Loại van đảo chiều chịu tác động bằng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai phía nòng van hay tác động trực tiếp bằng điện từ hoặc gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ được gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van được thay đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van. Một số loại van đảo chiều không có vị trí “0” bao gồm: a) Van đảo chiều 3/2 - Tín hiệu tác động bằng tay được ký hiệu trên (hình 7.14): Khi dịch chuyển sang vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn, còn khi di chuyển sang vị trí b, cửa A nối với cửa R và cửa P bị chặn.. a). b). Hình 7.14. Van trượt đảo chiều 3/2, tác động bằng tay a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. b) Van xoay đảo chiều 4/3 Tín hiệu tác động bằng tay (hình 7.15). Nếu tay xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với R. Tay xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đều bị chặn, còn khi tay xoay nằm tại vị trí c, thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R.. b). Hình 7.15. Van xoay đảo chiều 4/3 a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. a). 174.

(175) c) Van đảo chiều xung 4/2 Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van. Hai lỗ nòng van được khoan lỗ có đường kính   1 (mm) và thông với cửa P. Khi có áp suất ở cửa P, dòng khí nén điều khiển sẽ đi vào cả hai phía đối diện nòng van qua lỗ và nòng van ở vị trí cân bằng. Khi cửa X xả khí, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, khi đó: Cửa P nối với cửa A và cửa B nối với cửa R. Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửa nòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đến khi có tín hiệu xả khí ở cửa Y.. b). Hình 7.16. Van trượt đảo chiều 4/2, tác động bằng tay a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. a). d) Van đảo chiều xung 5/2, tác động bằng dòng khí nén điều khiển từ hai phía nòng van (hình 7.17). Nguyên tắc hoạt động loại van này cũng giống như van đảo chiều xung 4/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển hai phía nòng van.. a). b). Hình 7.17. Van trượt đảo chiều 5/2, tác động bằng tay a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. 7.2.2. Van chặn. Van chặn là loại van chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và như vậy van được đóng lại. Van chặn gồm các loại sau: + Van một chiều; + Van logic OR; + Van logic AND; + Van xả khí nhanh. 175.

(176) 7.2.2.1. Van một chiều Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van một chiều như hình 7.18, dòng khí nén đi từ B qua A, chiều từ A qua B dòng khí nén bị chặn. a). b). Hình 7.18. Van trượt đảo chiều 5/2, tác động bằng tay a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. 7.2.2.2. Van logic OR. a). b). Hình 7.19. Van logic OR a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. Van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van logic OR như hình 7.19. Khi có dòng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy píttông trụ của van sang phải, chắn cửa P2, như vậy cửa P1 nối với cửa A và ngược lại. Như vậy van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. 7.2.2.3. Van logic AND Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van logic AND như trên hình 7.20. Khi dòng khí qua cửa P1 sẽ đẩy píttông trụ của van sang vị trí bên phải, như vậy cửa P1 bị chặn. Ngược lại, khi có dòng khí qua cửa P2 sẽ đẩy píttông trụ của van sang vị trí bên trái, cửa P2 bị chặn. Nếu dòng khí đồng thời qua cửa P1 và P2, cửa A sẽ nhận được tín hiệu, tức là khí nén sẽ đi qua A.. 176.

(177) a). b). Hình 7.20. Van logic AND a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. 7.2.2.4. Van xả khí nhanh Van xả khí nhanh được sử dụng để tăng tối đa tốc độ píttông trong xi lanh khí nén, đặc biệt với xi lanh hoạt động đơn. Để tăng tối đa hiệu quả, van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cửa làm việc của xi lanh. Nhờ nó cho phép cần píttông duỗi ra hoặc co lại ở tốc độ gần tối đa. Khi dòng khí nén đi qua cửa P, sẽ đẩy píttông trụ sang phải, chắn cửa R, như vậy cửa P nối với cửa A. Trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ A, sẽ đẩy píttông trụ sang trái, chắn cửa P và như vậy cửa A nối với cửa R, khí nén được thoát ra khí quyển qua lỗ có diện tích bề mặt tương đối lớn. Cấu tạo, ký hiệu và ví dụ ứng dụng van xả khí nhanh trong hệ thống điều khiển khí nén ở trên hình 7.21.. a). b). c). Hình 7.21. Van xả khí nhanh a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. c. Ví dụ ứng dụng. 177.

(178) 7.2.3. Van tiết lưu. Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện, dưới đây trình bày một số loại van tiết lưu. 7.2.3.1. Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi Lưu lượng dòng khí chảy qua khe hở của van có tiết diện không đổi, được ký hiệu như sau:. 7.2.3.2. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu có tiết diện thay đổi như trên hình 7.22, tiết lưu được cả hai chiều, dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện Ax được điều chỉnh bằng vít.. a). b). Hình 7.22. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. 7.2.3.3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay (hình 7.23). Tiết diện dòng chảy Ax thay đổi nhờ vít điều chỉnh bằng tay. Khi dòng khí nén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và cho dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện Ax.. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khe hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh.. 178.

(179) a). b). Hình 7.23. Van tiết lưu một chiều a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. 7.2.4. Van áp suất. 7.2.4.1. Van an toàn Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và khí nén sẽ theo cửa R thoát ra ngoài môi trường.. a). b). Hình 7.24. Van an toàn a) Cấu tạo; b) Ký hiệu. 7.2.4.2. Van tràn Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn nhưng chỉ khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P sẽ nối với cửa A nối với hệ thống điều khiển.. Hình 7.25. Ký hiệu van tràn. 179.

(180) 7.2.4.3. Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp) Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất đường vào van. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất như sau (hình 7.26): Khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu.. a). b). Hình 7.26. Cấu tạo van điều chỉnh áp suất và ký hiệu a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. 7.2.4.4. Rơ le áp suất Rơ le áp suất có nhiệm vụ đóng, mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện khí nén, rơ le áp suất có thể coi như là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén - điện. Công tắc điện đóng, mở tương ứng với những giá trị áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít (hình 7.27).. Hình 7.27. Rơ le áp suất. 180.

(181) 7.2.5. Van điều chỉnh thời gian. 7.2.5.1. Rơle thời gian đóng chậm Khí nén đi vào qua van tiết lưu một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A.. Hình 7.28. Sơ đồ ký hiệu Rơle thời gian đóng chậm. 7.2.5.2. Rơle thời gian ngắt chậm Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đóng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại.. Hình 7.29. Sơ đồ ký hiệu Rơle thời gian ngắt chậm. 7.2.6. Van chân không. Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi. Ký hiệu:. Ta có lực hút chân không: F. D 2 .p với p  pa  pu 4. (7.1). Trong đó: F - Lực hút chân không, N; D - Đường kính đĩa hút, m; pa - Áp suất không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, N/m2; pu - Áp suất không khí tại cửa U, N/m2.. 181.

(182) 7.2.7. Cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xi lanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). Ở trạng thái làm việc ổn định, thì khả năng truyền năng lượng có phương pháp tính toán giống thủy lực. Ví dụ: Công suất: N = p.Q (khí nén) Vận tốc: v . N (cơ cấu chấp hành) Ft. Flx  F    pA  Flx  Ft  p  A  Cụ thể:   v  Q    A. 7.2.7.1. Xilanh khí nén - Xilanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều);. - Xilanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép);. - Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được;. - Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được;. - Xilanh quay bằng thanh răng Hình 7.30. Các loại xilanh khí nén. 182.

(183) 7.2.7.2. Động cơ khí nén Động cơ khí nén là cơ cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi thế năng hay động năng của khí nén thành cơ năng (chuyển động quay). Động cơ khí nén có những ưu điểm sau: - Điều chỉnh đơn giản số vòng quay và mô men quay. - Đạt được số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp. - Không xảy ra hư hỏng khi làm việc trong tình trạng quá tải. - Giá thành bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên động cơ khí nén có những khuyết điểm sau: - Giá thành năng lượng cao (khoảng 10 lần so với động cơ điện). - Số vòng quay phụ thuộc quá nhiều khi tải trọng thay đổi. - Xảy ra tiếng ồn lớn khi xả khí.. a). b). Hình 7.31. Ký hiệu động cơ khí nén a. Động cơ khí nén quay 1 chiều; b. Động cơ khí nén quay 2 chiều. Cấu tạo một số loại động cơ khí nén thường dùng bao gồm: - Động cơ bánh răng Động cơ bánh răng được chia ra làm ba loại: Động cơ bánh răng thẳng, động cơ bánh răng nghiêng và động cơ bánh răng chữ V. Động cơ bánh răng thường có công suất đến 59 kW với áp suất làm việc đến 6 bar và mô men đạt đến 540 Nm.. Hình 7.32. Động cơ bánh răng. 183.

(184) - Động cơ trục vít Hai trục quay của động cơ trục vít có biên dạng lồi và biên dạng lõm. Số răng của mỗi trục khác nhau. Điều kiện để hai trục quay ăn khớp là hai trục phải quay đồng bộ.. Hình 7.33. Động cơ trục vít. - Động cơ cánh gạt Nguyên lý hoạt động của động cơ cánh gạt như hình 7.34. Khí nén sẽ được dẫn vào cửa (1) qua rãnh vòng (2) vào lỗ dẫn khí nén (3). Dưới tác dụng áp suất lên cánh gạt, rô to quay, khí nén được thải ra ngoài bằng lỗ (8).. Hình 7.34. Động cơ cánh gạt 1. Cửa nối khí nén; 2. Rãnh vòng; 3. Lỗ dẫn khí nén vào; 4. Rô to; 5.Cánh gạt; 6. Stato; 7. Lỗ dẫn khí; 8. Lỗ dẫn khí thoát ra. - Động cơ píttông hướng kính Động cơ píttông hướng kính có công suất từ 1,5 đến 15kW. Nguyên lý hoạt động như sau: Áp suất khí nén sẽ tác động lên píttông (2), qua thanh truyền (3) làm cho trục khuỷu quay. Để cho trục quay không bị va đập và tải trọng đều trong lúc quay thường bố trí nhiều xilanh.. 184.

(185) Hình 7.35. Động cơ píttông hướng kính 1. Xilanh; 2. Píttông; 3. Thanh truyền; 4. Van điều khiển; 5. Kênh dẫn trong xilanh. - Động cơ píttông dọc trục Động cơ píttông dọc trục thường được bố trí 5 xilanh dọc theo trục gắn trên đĩa (3). Mô men quay được tạo thành bởi lực tiếp tuyến của xi lanh tác động. Động cơ píttông dọc trục điều khiển vòng quay được vô cấp và đạt được mô men quay khoảng 900Nm.. Hình 7.36. Động cơ píttông dọc trục 1. Pít tông; 2. Xilanh; 3. Đĩa. - Động cơ turbine Nguyên lý hoạt động của động cơ turbine là chuyển đổi động năng của dòng khí nén đi qua vòi phun thành cơ năng. Vì vậy động cơ đạt số vòng quay rất cao (10.000 v/ph). Động cơ turbine được phân chia theo hướng dòng khí nén vào turbine thành các loại: Dọc trục, hướng trục, tiếp tuyến và động cơ tia phun tự do.. 185.

(186) Hình 7.37. Động cơ turbine. - Động cơ màng: Nguyên lý hoạt động của động cơ màng như sau: Khi dòng khí nén vào làm cho màng dao động. Nếu nối màng với thanh truyền và một bánh cóc thì động cơ sẽ trở thành chuyển động quay không liên tục.. Hình 7.38. Động cơ màng. 186.

(187) Chương 8. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN. 8.1. Ứng dụng hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén 8.1.1. Thiết bị chuyển hướng. Sử dụng thiết bị chuyển hướng để đưa các chi tiết từ băng chuyền này sang băng chuyền khác. Bằng cách ấn nút công tắc, dàn của thiết bị chuyển hướng được đẩy về trước, các chi tiết được đưa lên và dịch chuyển theo chiều ngược lại. Khi ấn nút công tắc khác, dàn được đưa về vị trí xuất phát ban đầu.. Hình 8.1. Sơ đồ vị trí. Sơ đồ mạch khí nén (hình 8.2) và sơ đồ mạch điện điều khiển (hình 8.3). Y1. Y2. Y1. Y2. Hình 8.2. Sơ đồ mạch khí nén. 187.

(188) 1. 2. S2. S1. Y1. Y2. Hình 8.3. Sơ đồ mạch điện điều khiển. Nguyên lý làm việc Khi ấn nút công tắc S1, cuộn dây Y1 có điện và van đảo chiều solenoid hai chiều 5/2 chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) dịch chuyển về vị trí cuối ở trước. Khi nhả công tắc S1 ra, mạch điện cung cấp cho cuộn dây Y1 được mở, van đảo chiều chuyển về vị trí ban đầu. Bằng cách ấn nút công tắc S2, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng và van hai chiều solenoid 5/2 được nối trở lại vị trí ban đầu, cần píttông của xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) trở về vị trí co lại cuối cùng. Khi thả nút công tắc S2 ra, mạch điện đối với cuộn dây Y2 được mở. 8.1.2. Điều khiển phễu. Yêu cầu: Vật liệu rời cần được đổ ra khỏi phễu bằng cách ấn nút công tắc, phễu được mở ra và vật liệu rời được đổ ra ngoài. Ấn nút công tắc khác, phễu được đóng lại như cũ.. Hình 8.4. Sơ đồ vị trí. 188.

(189) Nguyên lý làm việc Ấn nút công tắc S1, mạch điện đối với rơ le K1 được đóng lại và tiếp điểm thường mở của cuộn dây K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng lại và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) chuyển dịch về vị trí cuối ở trước. Sau khi nhả công tắc S1 ra, mạch điện đối với rơ le K1 được mở, tiếp điểm thường mở K1 mở ra, cuộn dây Y1 mất điện, van đảo chiều giữ nguyên vị trí cho đến khi có tín hiệu tác động ngược lại. Ấn nút công tắc S2, mạch điện đối với rơ le K2 được đóng lại và tiếp điểm thường mở của cuộn dây K2 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng lại và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) trở về vị trí co lại cuối cùng. Sau khi nhả công tắc S2 ra, mạch điện đối với rơ le K2 được mở, tiếp điểm thường mở K2 mở ra, cuộn dây Y2 mất điện, van đảo chiều giữ nguyên ở vị trí đó chừng nào chưa có tín hiệu tác động ngược lại.. Y1. Y1. Y2. Y2. Hình 8.5. Sơ đồ mạch khí nén 1 S1. 2. 3. S2. K1. K2. 3. 4. K1. K2. Y1. Y2. 4. Hình 8.6. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 189.

(190) 8.1.3. Ổ nạp đứng. Các tấm gỗ cần được đẩy dọc theo ổ nạp đứng đến thiết bị cặp. Bằng cách ấn nút công tắc, một tấm gỗ được đẩy bằng tấm trượt khỏi ổ nạp đứng. Sau khi tấm trượt trượt đến vị trí cuối phía trước, nó sẽ quay trở lại vị trí xuất phát ban đầu.. Hình 8.7. Sơ đồ vị trí. Nguyên lý làm việc Ấn nút công tắc S1, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng lại và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí, cần píttông của xi lanh hoạt động kép chuyển dịch về vị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hữu hạn S2. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí làm cần píttông của xi lanh hoạt động kép trở về vị trí co lại cuối cùng. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được mở. 1. S1. S2. Y1. Hình 8.8. Sơ đồ mạch khí nén. 190. 2. Y2. Hình 8.9. Sơ đồ mạch điện điều khiển.

(191) 8.1.4. Ổ nạp đứng có nhiều khoang. Yêu cầu: Các chi tiết được đẩy ra khỏi ổ nạp đứng có nhiều khoang tới thiết bị cặp. Bằng cách ấn nút công tắc các chi tiết được đẩy ra khỏi ổ nạp đứng có nhiều khoang bằng tấm trượt. Sau khi tấm trượt đạt đến vị trí cuối ở trước, nó sẽ trở lại vị trí xuất phát ban đầu.. Hình 8.10. Sơ đồ vị trí. Hình 8.11. Sơ đồ mạch khí nén. 191.

(192) Nguyên lý hoạt động Bằng cách ấn nút công tắc S1, mạch điện đối với rơ le K1 đóng lại, tiếp điểm thường mở K1 được đóng lại và cung cấp điện cho van solenoid hai chiều 5/2, van chuyển vị trí làm píttông duỗi ra. Khi nhả nút công tắc S1 ra, mạch điện đối với rơ le K1 được mở và tiếp điểm thường mở K1 trở lại vị trí bình thường, mạch điện cung cấp cho cuộn solenoid Y1 được mở. Cần píttông của xi lanh dịch chuyển về vị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hữu hạn 5/2, mạch điện đối với rơ le K2 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2 được đảo lại trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xi lanh hoạt động kép trở về trí co lại cuối cùng. Mạch điện cung cấp cho cuộn dây K2 được ngắt và các tiếp điểm thường mở K2 được đưa về vị trí bình thường ban đầu và cuộn dây solenoid Y2 mất điện. 1 S1. 2. 3. S2. K1. K2. 4. K1. K2. Y1. Y2. 4. 3. Hình 8.12. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.1.5. Điều khiển dây đai băng chuyền. Yêu cầu Sử dụng băng chuyền, các chi tiết cần được vận chuyển trong các khoảng thời gian liên tục đến các vị trí làm việc lần lượt theo thứ tự. Khi công tắc có chốt được ấn, bánh xe chủ yếu được hoạt động bởi cần píttông của xilanh, thông qua chốt chặn, khi nút công tắc được ấn lần nữa, bánh lái tắt.. Hình 8.13. Sơ đồ vị trí. 192.

(193) Hình 8.14. Sơ đồ mạch khí nén. Nguyên lý hoạt động Khi ấn nút công tắc S3, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng và van solenoid 5/2 được chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động kép chuyển dịch về vị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hành trình S2. Sau khi píttông rời khỏi vị trí cuối ở sau, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được mở thông qua công tắc hành trình S1. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng thông qua công tắc S2 và van hai chiều solenoid 5/2 được nối trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xilanh trở về vị trí co lại cuối cùng và khởi động công tắc hành trình S1. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trí cuối ở trước, mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng bằng công tắc hành trình S1, thông qua công tắc S3 cần píttông của xi lanh trở về vị trí co lại ở trước.. Hình 8.15. Sơ đồ mạch điện điều khiển 193.

(194) 8.1.6. Bàn quay chỉ vị trí. Sử dụng bàn quay chỉ vị trí, các can nhựa cần được cách quãng theo thứ tự thành hàng. Bằng cách ấn nút công tắc, cần píttông của xi lanh đưa bàn quay theo trình tự qua chốt chặn. Khi nút công tắc được ấn lần nữa, quá trình trên được tắt.. Hình 8.16. Sơ đồ vị trí. Hình 8.17. Sơ đồ mạch khí nén. Nguyên lý làm việc Khi ấn nút công tắc S3, mạch điện đối với rơ ke K1 được đóng và tiếp điểm thường mở K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng và van hai chiều 5/2 được đảo lại. Cần píttông của xi lanh chuyển dịch về vị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hành trình S2. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trí co lại cuối cùng, mạch điện đối với rơ le K1 được mở ra qua công tắc hành trình S1 và tiếp điểm thường mở K1 trở về vị trí bình thường. Mạch điện đối với cuộn dây K2 được đóng bằng công tắc S2 và tiếp điểm thường mở K2 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2 được nối trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xi lanh trở về vị trí co lại cuối cùng và khởi động công tắc hành trình S1. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trí cuối ở trước, mạch 194.

(195) điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được mở ra bằng công tắc hành trình S2. Mạch điện đối với rơ le K1 lại được đóng qua công tắc S1 bởi công tắc có chốt S3 và tiếp điểm thường mở K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2 được đảo lại, cần píttông co lại ở trước.. Hình 8.18. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.1.7. Hệ thống ép vật liệu rời thành khối. Điều khiển cần píttông để nén ép vật liệu rời thành các khối bánh. Tại các vị trí S0, S1 và S2 có các công tắc hành trình tương ứng x0, x1 và x2. Nút nhấn thực hiện hành trình ép là Sp. Đầu tiên píttông chạy với tốc độ v1 trong đoạn hành trình không ép S0S1, và sẽ chạy chậm với v2 trong hành trình ép S1S2. Gặp S2 píttông sẽ giật lùi về với vận tốc lớn nhất v3 và kết thúc chu kỳ ép tại S0. (chú ý: v3> v1 > v2).. Hình 8.19. Sơ đồ mạch khí nén hệ thống ép vật liệu rời thành khối. 195.

(196) Hình 8.20. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.1.8. Cơ cấu ép khi hàn nhiệt điện. Một thanh hàn nhiệt điện được ép vào một trống tròn xoay được làm mát bằng xi lanh khí nén tác động kép (1A) và hàn tấm plastic thành các ống, hình 8.21. Hành trình duỗi ra được kích bằng một nút nhấn 1S1. Hành trình duỗi với áp suất là 4 bar và khi 1S4 được tác động thì bắt đầu ép cho tới áp suất ép tăng đến 8 bar thì píttông giật về. Gặp 1S3 thì píttông dừng lại, sau 2 giây thì chu kỳ ép mới lại bắt đều. Trong mạch sử dụng van 5/2. Xây dựng mạch điều khiển của cơ cấu ép khi hàn nhiệt điện.. Hình 8.21. Sơ đồ vị trí. 196.

(197) Hình 8.22. Sơ đồ mạch khí nén. Hình 8.23. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.1.9. Máy thở tích cực trong y tế. Sơ đồ mạch khí nén của máy thở tích cực trong y tế được biểu diễn ở hình 8.24. Nguyên lý làm việc Khí O2 và không khí được làm sạch ở các bộ lọc 1 và 2, chảy qua các van chặn dòng (3) và (4) đến hệ thống trộn, cấu tạo từ các đầu đo áp suất tuyệt đối (5) và (6) cũng như hai van tùy động điều khiển điện (7) và (8) để định lượng và tạo ra nồng độ khí mong muốn. Để hít vào, các van tùy động (7) và (8) cung cấp một lưu lượng xác định với nồng độ O2 chính xác. Cảm biến O2 (11) đo nồng độ O2 của khí hít vào, van thở ra (19) được điều khiển qua van điều chỉnh áp suất bằng điện (18), giữ kín phía thở ra. Sau quá trình thở ra tích cực, hai van tùy động (7) và (8) đóng lại. Van thở ra vẫn ở trạng 197.

(198) thái đóng. Để thở ra van (18) được thoát tải tạo áp suất điều khiển cho van thở ra (19), việc thở ra được thực hiện qua van chặn dòng (20). Van thở ra (19) và cảm biến lưu lượng (22) đến cửa xả khí. Ngoài ra còn có các van và phần tử cấu trúc có chức năng an toàn và tái lập các dạng thở khác, không mô tả trên hình vẽ.. Hình 8.24. Sơ đồ mạch khí nén của máy thở tích cực trong y tế 1, 2, 15. Bộ phận lọc khí; 3, 4, 13, 14, 16, 20. Van chặn dòng; 5, 6. Cảm biến áp suất; 7, 8. Van tùy động; 9. Van áp suất; 10, 12. Van phân phối 2/2; 11. Cảm biến O2; 17, 21. Cảm biến áp suất; 18. Van điều chỉnh áp suất; 19. Van thở ra; 22. Cảm biến lưu lượng. 8.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén Trong một hệ thống điều khiển gồm nhiều mạch điều khiển. Hơn nữa trong quá trình điều khiển, nhiều hệ thống điều khiển được kết hợp với nhau, ví dụ: Điều khiển bằng khí nén kết hợp với điện, thủy lực...Để đơn giản quá trình điều khiển, nội dung tiếp theo sẽ trình bày cách biểu diễn các chức năng của quá trình điều khiển theo tiêu chuẩn của Cộng hòa liên bang Đức, gồm có: 8.2.1. Biểu đồ trạng thái. Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc quay,...), trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành các bước, sự thay đổi trạng thái trong các bước 198.

(199) được biểu diễn bằng đường đậm, sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét mảnh và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên. + Xi lanh đi ra ký hiệu dấu (+), lùi về ký hiệu (-). + Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí “0” và vị trí “1” (hoặc “a”, “b”). + Một số ký hiệu các chức năng điều khiển được biểu diễn ở biểu đồ trạng thái:. Hình 8.25. Một số ký hiệu biểu diễn trên biểu đồ trạng thái. 8.2.2. Các phương pháp điều khiển bằng khí nén. Phương pháp điều khiển được phân loại như sau (theo tiêu chuẩn DIN 19 237): - Điều khiển bằng tay: Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp; - Điều khiển tùy động theo thời gian; - Điều khiển tùy động theo hành trình; - Điều khiển theo chương trình cứng; - Điều khiển theo tầng; - Điều khiển theo nhịp. a) Điều khiển bằng tay Với những hệ thống khí nén đơn giản, như xi lanh ép giữ phôi trên các máy thường dùng mạch khí nén điều khiển bằng tay. Mạch khí nén điều khiển bằng tay có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp. + Điều khiển trực tiếp Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đưa tín hiệu và xử lý tín hiệu do một phần tử đảm nhận. Ví dụ mạch điều khiển trực tiếp bằng tay với một phần tử đưa tín. 199.

(200) hiệu (nút ấn 3/2) và một phần tử xử lý tín hiệu (van đảo chiều 3/2) được thể hiện trên hình 8.26.. a) Biểu đồ trạng thái. b) Hình 8.26. Mạch điều khiển trực tiếp với phần tử đưa và xử lý tín hiệu a) Mạch điều khiển; b) Biểu đồ trạng thái. + Điều khiển gián tiếp Các phần tử sử dụng trong các mạch điều khiển trực tiếp có đặc điểm là tín hiệu ra phụ thuộc vào thời điểm đưa tín hiệu vào, nghĩa là khi tín hiệu vào mất thì tín hiệu ra cũng mất. Trong thực tế, để đảm bảo tiện lợi, cho điều khiển tín hiệu vào thường là xung (nút ấn, công tắc...). Khi tín hiệu tác động vào là dạng xung, tín hiệu ra thường là tín hiệu duy trì. Như vậy cần phải có phần tử duy trì tín hiệu và thời gian tự duy trì tín hiệu (dòng điện) trong mạch là khả năng nhớ của mạch và trong kỹ thuật điều khiển gọi 200.

(201) là phần tử nhớ (Flipflop). Ứng dụng trong mạch khí nén, việc điều khiển cần píttông duỗi ra và co về có thể thông qua phần tử nhớ (van đảo chiều không có vị trí 0), khi đó ta có mạch điều khiển gián tiếp. Trên hình 8.27 giới thiệu mạch điều khiển gián tiếp xi lanh khí nén tác động một phía bằng phần tử nhớ 1.3 (van đảo chiều xung 3/2) và khi đó cần hai phần tử đưa tín hiệu (nút ấn 3/2).. a) Biểu đồ trạng thái. b). Hình 8.27. Mạch điều khiển gián tiếp với phần tử nhớ a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái. Ứng dụng phần tử nhớ trong mạch điều khiển khí nén gián tiếp xi lanh tác động hai chiều giới thiệu trên hình 8.28. Ở đó, phần tử nhớ được sử dụng là van đảo chiều xung 5/2.. 201.

(202) a). b). Hình 8.28. Mạch điều khiển gián tiếp xi lanh tác động hai phía với phần tử nhớ a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái. b) Điều khiển tùy động theo thời gian Trên hình 8.29 giới thiệu sơ đồ mạch khí nén điều khiển xi lanh tác động hai phía theo phương pháp điều khiển tùy động theo thời gian. Phần tử thời gian 1.2 được sử dụng là phần tử thời gian đóng chậm. Khi ấn nút ấn 1.1, van đảo chiều 1.3 đổi vị trí đưa khí nén vào khoang bên trái của xilanh 1.0 đẩy píttông duỗi ra, đồng thời khí nén sẽ đi qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2 và sau thời gian t van 1.3 đổi vị trí, píttông co về.. 202.

(203) a) Biểu đồ trạng thái. b). Hình 8.29. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo thời gian a) Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái. c) Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động Để tạo lập mạch khí nén điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động, phần tử thứ hai được bố trí giữa nút ấn có rãnh định vị và van đảo chiều như hình 8.30.. 203.

(204) a) Biểu đồ trạng thái. b). Hình 8.30. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái. d) Điều khiển tùy động theo hành trình Mạch khí nén điều khiển theo hành trình được thực hiện với sự trợ giúp của công tắc hành trình. Vị trí của công tắc hành trình xác định vị trí chuyển động của cần píttông.. 204.

(205) Hình 8.31 giới thiệu sơ đồ mạch điều khiển theo hành trình với một xi lanh có chu kỳ tự động. Phần tử đưa tín hiệu là nút ấn 1.1 có rãnh định vị. Mạch điều khiển thực hiện tự động khi ấn nút ở vị trí 1, còn khi nút ấn ở ví trí 0 thì mạch sẽ ngừng hoạt động.. a) Biểu đồ trạng thái. Xilanh hai chiều Van đảo chiều 5/2 Công tắc hành trình 3/2 Công tắc hành trình 3/2 Nút ấn 3/2 b). Hình 8.31. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo hành trình có chu kỳ tự động. 205.

(206) a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái. e) Điều khiển theo chương trình cứng Các điều khiển máy móc hoàn toàn tự động được phân theo ý muốn và được chỉ định theo các điều khiển chương trình hoặc các điều khiển liên tục. Cả hai hệ thống có những ích lợi và những bất lợi. Với điều khiển chương trình, các tác động được thi hành theo sự thỏa thuận với một chương trình định nghĩa trước. Thông thường bộ chương trình bao gồm một cái trục được vận hành bằng điện lắp với một số cam (chi tiết cam cơ khí) điều khiển một số van tương ứng. Chương trình được biên dịch bởi các cam được lắp đặt chính xác và tốc độ quay của trục cam. Hình khai triển 8.32 mô tả một điều khiển theo chương trình cứng điều khiển máy nong đầu cắt ống nhựa theo kích thước. Tốc độ của động cơ vận hành đồng bộ thích ứng với khoảng thời gian của một chu kỳ làm việc đầy đủ hoàn tất trong một vòng quay. Mỗi xi lanh tác động kép được điều khiển bởi van tác động con lăn 4/2 với lò xo trả về vị trí ban đầu.. Hình 8.32. Điều khiển theo chương trình cứng. f) Điều khiển theo tầng Điều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình. Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ - rơ le. Cơ sở phương pháp điều khiển theo tầng là việc xác định các phần tử nhớ hay còn gọi là van đảo tầng (thường dùng van 4/2 hoặc van 5/2) và các tín hiệu kích hoạt các phần tử này.. 206.

(207) Mạch điều khiển được chia thành n tầng sẽ có n -1 van đảo tầng, ví dụ ở sơ đồ mạch điều khiển 2 tầng sẽ có 1 van đảo tầng 4/2 với 2 tín hiệu điều khiển vào X,Y. Như vậy, khi tầng I được cấp nguồn thì tầng II sẽ bị khóa và ngược lại sẽ không tồn tại trạng thái cả 2 tầng cùng được cấp nguồn. + Mạch điều khiển 2 tầng (hình 8.33) Trong đó: e1, e2 là tín hiệu điều khiển vào; a1, a2 là tín hiệu điều khiển ra. Khi tầng I có khí nén, thì tầng II sẽ không có khí nén và ngược lại.. Hình 8.33. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 2 tầng. + Mạch điều khiển 3 tầng (hình 8.34) Trong đó: e1, e2, e3 là tín hiệu điều khiển vào; a1, a2, a3 là tín hiệu điều khiển ra. Khi tầng I có khí thì tầng II và III không có khí, nghĩa là khi 1 tầng có khí thì 2 tầng còn lại không có khí.. 207.

(208) Hình 8.34. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 3 tầng. + Mạch điều khiển 4 tầng (hình 8.35). Hình 8.35. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 4 tầng. h) Mạch khí nén điều khiển theo nhịp Các phương pháp điều khiển được trình bày ở các phần trước có một đặc điểm là khi thay đổi quy trình công nghệ hay yêu cầu đề ra, đòi hỏi phải thiết kế lại mạch điều 208.

(209) khiển, như vậy mất nhiều thời gian và công sức. Phương pháp điều khiển theo nhịp khắc phục được những nhược điểm trên. + Cấu tạo khối của nhịp điều khiển: - Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử là: phần tử AND, phần tử nhớ và phần tử OR.. Hình 8.36. Cấu tạo khối của nhịp điều khiển. - Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là: Các bước thực hiện lệnh xảy ra tuần tự. Có nghĩa là khi các lệnh trong nhịp một thực hiện xong thì sẽ thông báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời sẽ xóa lệnh nhịp thực hiện trước đó. Tín hiệu vào Yn tác động (ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển A1 có giá trị L. Đồng thời sẽ tác động vào nhịp trước đó Zn-1 để xóa lệnh thực hiện trước đó. Đồng thời sẽ chuẩn bị cho nhịp tiếp theo cùng với tín hiệu vào X1 (hình 8.37). Như vậy, khối của nhịp điều khiển gồm các chức năng: - Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo. - Xoá lệnh của nhịp trước đó. - Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển.. Hình 8.37. Mạch LOGIC của chuỗi điều khiển theo nhịp. Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp được trình bày trên hình 8.38. Nhịp thứ nhất Zn sẽ được xóa bằng nhịp cuối cùng Zn+1.. 209.

(210) Hình 8.38. Biểu diễn đơn giản chuỗi điểu khiển theo nhịp. Trong thực tế có 3 loại khối điều khiển theo nhịp: - Loại ký hiệu TAA: khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều đổi vị trí: * Tín hiệu ở cổng A có giá trị L. * Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu X. * Đèn tín hiệu sáng. * Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về vị trí RESET.. Hình 8.39. Khối kiểu TAA. - Loại ký hiệu TAB: Loại này thường được bố trí ở vị trí cuối cùng trong chuỗi điều khiển theo nhịp. Ngược lại với kiểu TAA, kiểu TAB có phần tử OR nối với cổng Yn (hình 8.40). Khi cổng L có khí nén, thì toàn bộ các khối của chuỗi điều khiển (trừ khối cuối cùng) sẽ trở về vị trí ban đầu. Như vậy, khối kiểu TAB có chức năng như là điều kiện để chuẩn bị khởi động của mạch điều khiển. Khối kiểu TAB cũng có chức năng tương tự như khối kiểu TAA. Đó là khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều (phần tử nhớ) đổi vị trí: * Tín hiệu ở cổng a có giá trị L. * Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu ở cổng X. 210.

(211) * Đèn tín hiệu sáng. * Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về vị trí RESET.. Hình 8.40. Khối kiểu TAB. - Loại ký hiệu TAC: Loại tín hiệu không có phần tử nhớ và phần tử OR. Như vậy, loại TAC có chức năng là trong nhịp điều khiển tiếp theo, khi tín hiệu của nhịp trước đó vẫn còn giá trị L thì đèn tín hiệu vẫn còn sáng ở nhịp tiếp theo.. Hình 8.41. Khối kiểu TAB. Chuỗi điều khiển theo nhịp 4 khối: 3 khối kiểu TAA và 1 khối kiểu TAB biểu diễn ở trên hình 8.42.. Hình 8.42. Chuỗi điều khiển theo nhịp gồm: 3 khối kiểu TAA và 1 khối kiểu TAB. 8.3. Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén. 211.

(212) 8.3.1. Nguyên tắc thiết kế. Mạch điều khiển điện khí nén cũng tương tự như mạch điều khiển điện thủy lực. Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén gồm hai phần: Sơ đồ mạch điện - khí nén gồm có hai phần: - Sơ đồ mạch khí nén. - Sơ đồ mạch điện điều khiển. Ký hiệu các phần tử điện trên sơ đồ mạch điều khiển tương tự như điều khiển điện thủy lực. Sau đây giới thiệu một số mạch điều khiển điện - khí nén cơ bản nhất. 8.3.2. Mạch điều khiển điện - khí nén với một xilanh. a) Mạch điều khiển có tiếp điểm tự duy trì + Mạch khí nén Sơ đồ mạch khí nén đơn giản bao gồm xilanh 1.0 và phần tử điện khí nén 1.1 (van đảo chiều solenoid). Sơ đồ mạch điều khiển được biểu diễn ở hình 8.43. Khi tác động vào nút ấn S2, rơ le K2 có điện, các tiếp điểm thường mở của rơ le K2 sẽ đóng lại. Tiếp điểm K2 ở nhánh 3 có tác dụng duy trì dòng điện cung cấp cho rơ le K2, còn tiếp điểm K2 ở nhánh 5 đóng lại cung cấp dòng điện đến cuộn dây Y5 của van đảo chiều, kết quả làm cho van đảo chiều thay đổi vị trí để cung cấp khí nén để píttông duỗi ra. Khi tác động vào nút ấn S1, dòng điện trong nhánh 2 mất, rơ le K2 mất điện, các tiếp điểm thường mở tương ứng K2 mở ra, ngừng cung cấp điện cho cuộn dây Y5 của van đảo chiều, kết quả là píttông sẽ lùi trở về.. a). + Biểu đồ trạng thái. b). + Mạch điện điều khiển. 212.

(213) c). Hình 8.43. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì a. Sơ đồ mạch khí nén; b. Biểu đồ trạng thái; c. Sơ đồ mạch điện điều khiển. b) Mạch điều khiển có rơle thời gian tác động chậm Biểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén được trình bày ở hình 8.44. Sơ đồ mạch điều khiển với phần tử tự duy trì và rơle thời gian tác động chậm. Sau thời gian t1 công tắc hành trình điện - cơ S2 đóng (vị trí cuối hành trình) thì rơle thời gian tác động chậm K2 mới có điện. + Mạch khí nén. a). + Biểu đồ trạng thái. b). 213.

(214) + Mạch điện điều khiển. c). Hình 8.44. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì a) Sơ đồ mạch khí nén; b) Biểu đồ trạng thái; c) Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.3.3. Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp có 2 xilanh khí nén. a) Mạch điều khiển theo nhịp Áp dụng phương pháp điều khiển theo nhịp, quy trình điều khiển hai xilanh được mô tả trên hình 8.45. Khi tác động vào nút ấn S5, lần lượt nhịp 1 cho đến các nhịp tiếp theo sẽ đóng mạch, các xi lanh sẽ thực hiện theo yêu cầu đặt ra. Mỗi nhịp đều có mạch tự duy trì. Nhịp cuối cùng là tác động cho quy trình trở về vị trí ban đầu. Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm điện, sơ đồ mạch điều khiển điện được biểu diễn ở trên hình 8.45c. Mặc dầu mỗi nhịp có mạch tự duy trì, nhưng nếu nhịp tiếp theo được thực hiện, khi nhịp trước đó phải được xóa.. a). 214.

(215) b). c). Hình 8.45. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì a. Sơ đồ mạch khí nén; b. Biểu đồ trạng thái; c. Sơ đồ mạch điện điều khiển. Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2.. Hình 8.46. Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2. - Mạch điều khiển với chọn chế độ làm việc: Quy trình gia công cũng tương tự với ví dụ trên. Điều kiện yêu cầu tiếp theo là xi lanh B chuyển động, khi thỏa mãn điều kiện là áp suất trong xi lanh A đạt được giá trị cho phép. Như vậy áp suất trong xi lanh A, xilanh kẹp chi tiết được kiểm soát bằng rơle áp suất - điện.. 215.

(216) Hình 8.47. Quy trình gia công với chọn chế độ làm việc. Hình 8.48. Sơ đồ mạch điện điều khiển. 8.3.4. Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầng. Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ - Rơ le. a) Mạch điện điều khiển cho 2 tầng. Hình 8.49. Sơ đồ mạch điện điều khiển cho 2 tầng. b) Mạch điện điều khiển cho 3 tầng. 216.

(217) Hình 8.50. Sơ đồ mạch điện điều khiển cho 3 tầng. Ví dụ 1: Mạch điều khiển 2 tầng. Hình 8.51. Mạch điều khiển khí nén 2 tầng. Ví dụ 2: Mạch điều khiển 3 tầng. Hình 8.52. Mạch điều khiển khí nén 3 tầng. 217.

(218) PHỤ LỤC. I. BỘI SỐ VÀ ƯỚC SỐ CỦA ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG Bội số. Tên gọi. Tên gọi. Ký hiệu. Y. 10. -1. deci. d. Zetta. Z. 10-2. centi. c. Exa. E. 10-3. mili. m. -6. micro. μ. 24. Yotta. 1021 1018. 10. Ký hiệu. Ước số. 15. Peta. P. 10. 1012. Tera. T. 10-9. nano. n. 109. Giga. G. 10-12. pico. p. 106. Mega. M. 10-15. femto. f. 103. kilo. k. 10-18. atto. a. hecto. h. 10. -21. zepto. z. deca. da. 10-24. yocto. y. 10. 10. 2. 101. II. TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ CƠ BẢN Các đơn vị đo chiều dài: 1 in = 2,54 cm; 1 ft = 12 in = 30,48 cm; 1m = 39,37 in = 3,28 ft. Các đơn vị thể tích: 1 in3 = 16,3871 cm3; 1 ft3 = 28,3168 dm3; 1 gallong Anh (gal UK) = 4,54609 l; 1 gallong Mỹ (gal US) = 3,79543 l; 1 thùng dầu USA = 158,988 l. Các đơn vị khối lượng: 1 pound (lb) = 454 g; 1 ounce (oz) = 28,34 g; 1 kg = 0,102 kG.s2/m. 218.

(219) Các đơn vị lực: 1 Newton (N) = 0,102 kG; 1 Din = 10-5 N; 1 ful - lực (lbf) = 4,448 N. Quy đổi một số đơn vị thường dùng - Chiều dài: 1 m = 3,281 ft; 1 cm = 0,3937 in; 1 in = 2,54 cm và 1ft=0,3048 m; - Diện tích: 1 m2 = 10764 ft2 = 1550in2; - Thể tích: 1 gallons = 231 in3 = 3,79 lít; 1ft3 = 0,02832 m3; o o o o - Nhiệt độ: C = (F – 32)/1,8; R = 1,8K ; - Công suất: 1HP = 330.000 (ft.lbs/min); 1HP = 550 (ft.lbs/s); 1HP = 746 (W) Các đơn vị áp lực và ứng suất (cơ học) Đơn vị. 2. Psi (ful - lực/in ). 1,02.105. 1. 1,02.105. 0,1 9,8067.10. Kilogam-lực/cm2. 10. 1. Bar. Milimet thủy ngân. mm thủy ngân. bar. Megapascal. Milimet cột nước. mm cột nước. MPa. -6. 9,8067.10. -6. kG/cm2. lbf/in2. 7502,4. 10,2. 145. 750,24. 1,02. 14,5. 1. 7,35.10. -2. 10. -4. 1,422.10-3. 1,33.10-4. 1,33.10-3. 13,6. 1. 1,36.10-3. 9,8067.10-2. 0,98067. 104. 7,35.102. 1. 6,8948.10. -3. 6,8948.10. -2. 2. 7,0307.10. 52,2. 1,934.10-2 14,223. 7,0307.10. -2. 1. 1 N/m2 = 1 Pa; 1 Mpa = 106 N/m2. Đơn vị mômen quán tính (động lực): 1 kg.m2 = 0,102 kG.m.s2 Đơn vị năng lượng: công, nhiệt lượng, công suất Đơn vị Joule. J 1. kG.m 0,102. kcal 2,39.10-4. kW.g 2,78.10-9. -3. 2,72.10. -6. ft.lbf 0,7376. Kilogamlực.m. 9,8067. 1. 2,343.10. 7,233. Kilocalo. 4,1868.103. 4,2686.102. 1. 1,16.10-3. 3,088.103. Kilowatt.giờ. 3,6.106. 6,67.105. 860. 1. 2,653.106. Ful-bf-lực. 1,356. 0,318. 3,25.10-4. 3,76.10-7. 1. 219.

(220) III. KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ CỦA DẪN ĐỘNG THỦY LỰC - KHÍ NÉN Tên các phần tử của dẫn động thủy lực. Ký hiệu theo ΓOCT. Thùng dầu Các bình tích trữ: - Không chỉ dẫn nguyên lý hoạt động. - Tải trọng. - Lò xo. - Thủy khí. Bộ lọc Bộ làm mát Bộ gia nhiệt. Miệng rót Các van trượt điều khiển bằng tay: A. B. P. T. - Kiểu cấu tạo 14 theo sơ đồ (14Γ74-2). - Kiểu cấu tạo 24 theo sơ đồ (24Γ74-2). - Kiểu cấu tạo 34 theo sơ đồ (34Γ74-2). 220.

(221) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực. Ký hiệu theo ΓOCT. - Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ (44Γ74-2). - Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ (54Γ74-2). - Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ (64Γ74-2). - Kiểu cấu tạo 45 theo sơ đồ (45Γ74-2). Van điều khiển cần xoay Các van trượt điều khiển bằng thủy lực: Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ (44Γ74-3). Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ (54Γ74-3). Van trượt điều khiển từ trục cam Các van trượt điều khiển bằng điện: - Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ. - Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ với hai nam châm điện từ. - Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ với một nam châm điện. - Tương tự với chỉ dẫn vị trí trung gian. 221.

(222) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Các van trượt với điều khiển điện thủy lực:. - Kiểu cấu tạo 14 theo sơ đồ với các tuyến độc lập điều khiển. - Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ, các tuyến P và X được nối thông. - Tương tự (ký hiệu đơn giản hóa). Van một chiều (Γ51-3). Van với hàm logic hoặc (OR) Các van một chiều điều khiển được (khóa thủy lực): - Một hướng. - Hai hướng. Van áp suất (Γ54-3). Van áp suất có van một chiều (Γ66-3). 222. Ký hiệu theo ΓOCT.

(223) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực. Ký hiệu theo ΓOCT. Van an toàn tác động gián tiếp. Panen chia dòng (Γ53-2). Van giảm áp tác động gián tiếp Các van tiết lưu: - Không hiệu chỉnh - Có hiệu chỉnh. - Với van một chiều. Các bộ điều chỉnh lưu lượng: - Kiểu cấu tạo cơ bản. - Với van một chiều. - Với van an toàn. Van trượt tiết lưu với điều khiển cơ học (từ mẫu chép hình). 223.

(224) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Bộ chia dòng. Bộ cộng dòng. Bơm thủy lực với lưu lượng không đổi Các bơm thủy lực với lưu lượng thay đổi: - Với hướng dòng không đổi. - Với hướng dòng thay đổi (đảo chiều) Các loại máy bơm: - Bơm bánh răng. - Bơm cánh quạt. - Bơm pittong hướng kính. - Bơm píttông dọc trục Các mô tơ thủy lực: - Không điều chỉnh với một hướng quay. - Không điều chỉnh với đảo chiều quay. - Có điều chỉnh với đảo chiều quay Động cơ thủy lực xoay vòng. 224. Ký hiệu theo ΓOCT.

(225) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực. Ký hiệu theo ΓOCT. Các xi lanh thủy lực: - Kiểu cấu tạo cơ bản. - Tác động một phía. - Tác động một phía, hồi bằng lực lò xo. - Tác động hai phía, cần píttông một phía. - Tác động hai phía, cần pittông hai phía. - Kiểu vi sai. - Với dẫn dầu qua cần một phía - Với dẫn dầu qua cần hai phía. - Với giảm chấn cuối hành trình phía phải. - Với giảm chấn cuối hành trình hai phía. - Với giảm chấn cuối hành trình phía phải điều chỉnh được. - Với giảm chấn cuối hành trình hai phía điều chỉnh được Các phần tử điều khiển: Nút ấn, tay gạt, pêđan Ống mềm cao áp. 225.

(226) Tên các phần tử của dẫn động thủy lực. Ký hiệu theo ΓOCT. Ống dẫn thủy lực: - Ống dẫn chính (có áp, nguồn, hồi dầu) - Ống tuyến điều khiển - Ống tuyến rò rỉ Các ống dẫn nối chung Ống dẫn giao nhau (không thông nhau). Nối các ống dẫn: - Dùng mặt bích - Dùng đai ốc mũ Đường dẫn có áp Đường dẫn xả Vị trí xả khí. IV. BIỂU DIỄN KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN Tên các phần tử Bộ lọc. Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng tay. Pit tông tác động một phía có giảm chấn Pit tông tác động hai phía có giảm chấn. Áp kế. Van đảo chiều 3/2 có vị trí không. 226. Ký hiệu.

(227) Tên các phần tử. Ký hiệu. Van đảo chiều 3/2 có định vị. Công tắc hành trình tác động hai chiều. Công tắc hành trình tác động một chiều. Van trượt đảo chiều 5/3 tác động bằng khí nén. Van áp suất. Van đảo chiều 5/2 tác động bằng tay. Van đảo chiều 5/2 tác động bằng khí nén. Van đảo chiều 5/2 có vị trí “không” tác động bằng khí nén. Phần tử thời gian đóng chậm. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. Van thoát khí nhanh. Van OR. 227.

(228) Tên các phần tử. Ký hiệu. Van OR bằng nhựa tổng hợp. Van AND. Van AND bằng nhựa tổng hợp. Van áp suất có cửa xả khí. Khối điều khiển theo nhịp. Phần tử khuếch đại. V. BIỂU DIỄN KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN - KHÍ NÉN Tên các phần tử. Rơ le áp suất điện. Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện. Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ. 228. Ký hiệu.

(229) Tên các phần tử. Ký hiệu. Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ cả hai phía. Van đảo chiều 5/3 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ cả hai phía. Nút ấn thường đóng, thường mở. Tiếp điểm thường mở, thường đóng. Rơ le thời gian tác động muộn. Rơ le thời gian nhả muộn. Công tắc hành trình điện - cơ. Công tắc hành trình nam châm. Cảm biến điện dung. Cảm biến cảm ứng từ. Cảm biến quang. 229.

(230) TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1.. Nguyễn Ngọc Cẩn (1978), Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.. 2.. Vũ Liêm Chính, Đỗ Xuân Đinh, Phạm Quang Dũng (2000), Máy trục tập II - Truyền động thủy lực trên cần trục, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.. 3.. Lê Văn Tiến Dũng (2004), Điều khiển khí nén và thủy lực, Giáo trình trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.. 4.. Lê Hiếu Giang, Nguyễn Thị Hồng Minh (2013), Công nghệ thủy lực và khí nén, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.. 5.. Huỳnh Văn Hoàng (1999), Truyền động thủy khí, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.. 6.. Phạm Văn Khảo, Phạm Tất Thắng (2012), Truyền động - Tự động và điều khiển khí nén, Nhà xuất bản Bách Khoa, Hà Nội.. 7.. Trần Văn Lịch (2005), Giáo trình Thủy khí động lực, Nhà xuất bản Hà Nội.. 8.. Nguyễn Tiến Lưỡng (1997), Các phần tử thủy - khí trong tự động hoá, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.. 9.. Hoàng Thị Bích Ngọc (1998), Máy thủy lực thể tích, Trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội.. 10.. Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.. 11.. Nguyễn Ngọc Phương (1998), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.. 12.. Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng (1999), Hệ thống điều khiển bằng thủy lực (lý thuyết và các ứng dụng thực tế), Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.. 13.. Trần Xuân Tuỳ, Trần Minh Chính (2005), Hệ thống truyền động thủy khí, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.. 14.. Trần Xuân Tuỳ (2002), Hệ thống điều khiển tự động bằng Thủy lực, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.. 15.. Uông Quang Tuyên (2009), Bài giảng Hệ thống điều khiển tự động thủy lực - khí nén, Hà Nội.. 16.. Nguyễn Thành Trí (2002), Hệ thống thủy lực trên máy công nghiệp, Nhà xuất bản Đà Nẵng.. 17.. Bùi Hải Triều, Nguyễn Ngọc Quế, Đỗ Hữu Quyết, Nguyễn Văn Hựu (2006), Truyền động thủy lực và khí nén, Giáo trình Đại học Nông nghiệp Việt Nam.. 18.. Hoàng Việt (2014), Dẫn động và điều khiển bằng thủy khí trong chế biến gỗ, Nhà xuất bản Nông nghiệp - Hà Nội;. 19.. Hệ thống đào tạo về công nghệ tự động hóa, Điện - Thủy lực, Bài tập trình độ cơ bản TP 601, FESTO.. 20.. Yoo Byung Seok, Choi Yong Sik (2000), Hydraulic system and Pneumatics system (Mechanical Technology), Hệ thống thủy lực và khí nén do Nguyễn Thị Xuân Thu, Nhữ Phương Mai dịch, Nhà xuất bản Lao động - Xã hội, Hà Nội;. 21.. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Valves, Camel Precision Co, LTD;. 22.. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Pumps, Camel Precision Co, LTD;. 23.. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Cylinders, Camel Precision Co, LTD.. 230.

(231) 231.

(232) GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Chịu trách nhiệm xuất bản Giám đốc - Tổng biên tập TS. LÊ LÂN Biên tập và sửa bản in CAO THỊ THANH HUYỀN Trình bày, bìa NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT. NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP 167/6 Phương Mai - Đống Đa - Hà Nội ĐT: (024) 38523887, (024) 38521940 - Fax: 024.35760748 Website: E - mail: CHI NHÁNH NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP 58 Nguyễn Bỉnh Khiêm - Q.I - Tp. Hồ Chí Minh ĐT: (028) 38299521, 38297157 - Fax: (028) 39101036. In 200 bản khổ 1927cm tại Xưởng in NXB Nông nghiệp. Địa chỉ: Số 6, ngõ 167 Phương Mai, Đống Đa, Hà Nội. Đăng ký KHXB số 999-2018/CXB/5-79/NN ngày 26/03/2018. Quyết định XB số: 26/QĐ-NN ngày 30/7/2018. ISBN: 978-604-60-2741-6 In xong và nộp lưu chiểu quý III/2018. 232.

(233)

Giáo trình Truyền động thủy lực và khí nén

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về