MỞ ĐẦU Từ xa xưa người ta đã biết vận dụng thủy lực vào trong một số máy công cụ thô sơ như máy giã gạo tự động, cối xay nước,… Người ta biết vận dụng thủy lực như một nguồn năng lượng hỗ trợ khả năng lao động của con người. Khi đó thủy lực còn là một khái niệm rất thô sơ, mộc mạc. Đến lúc hệ thống máy hơi nước được ra đời đã làm thay đổi cục diện của quá trình lao động sản xuất, phải nói rằng hệ thống máy hơi nước nếu phân tích kỹ ra thì cũng là hệ thống thủy lực. Ở đó người ta dùng nhiệt năng để chuyển hóa thành hơi ( áp suất ) rồi truyền tới các xi lanh làm cho các xi lanh chuyển động tạo thành cơ năng.
Từ đó trở đi khái niệm thủy lực được hình thành và nhanh chóng trở thành một dạng truyền động phổ biến trong các thiết bị máy móc. Người ta nghiên cứu rất nhiều để thiết kế ra các hệ van, khóa khác nhau tham gia vào quá trình truyền dẫn chất lỏng. Từ những van thông thường như van một chiều, van đảo chiều cho tới các van hiện đại như van tỉ lệ và van servo. Song song với việc ứng dụng ồ ạt của công nghệ truyền động thủy lực thì bên cạnh đó người thiết kế ra hệ thống thủy lực thường ít quan tâm tới hiệu suất thủy lực.
Mà hiệu suất thủy lực thường lại rất thấp. Trong luận văn này tác giả cũng xin trình bày vấn đề nghiên cứu của mình là tìm ra giái pháp cấu hình mạch để nâng cao hiệu suất của cả hệ thống thủy lực. Hướng nghiên cứu của tác giả là đi từ tổng quan tới chi tiết, từ lý thuyết tới ứng dụng thực tế để nhằm mục đích chỉ ra rằng cấu hình của hệ thống thủy lực làm thay đổi lớn đến hiệu suất thủy lực. CỚ SỞ LÝ THUYẾT 1.
Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mô tả qua sơ đồ hình 1.1, gồm các cụm và phần tử chính, có chức năng sau: a. Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (. Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (. Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (.
Phần tử điều khiển: van đảo chiều (. Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực được thể hiện ở sơ đồ hình 1.
Cấu trúc thống điều khiển bằng thủy lực 1. Nhiệm vụ Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. Phân loại Van áp suất gồm có các loại sau: +/ Van tràn và van an toàn +/ Van giảm áp +/ Van cản +/ Van đóng, mở cho bình trích chứa thủy lực. Van tràn và an toàn Van tràn và van 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 9 xuyên, còn van an toàn làm việc khi quá tải. Ký hiệu của van tràn và van an toàn: Hình 1. 3 Kết cấu kiểu van bi Giải thích: khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vượt quá mức điều chỉnh, nó sẽ thắng lực lò xo, van mở cửa và đưa dầu về bể. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điều chỉnh ở phía trên.(x + x0) (bỏ qua ma sát, lực quán tính, p2 ≈ 0) Trong đó: x 0 - biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu; C - độ cứng lò xo; F0 =C.x0 - Lực căng ban đầu x - biến dạng lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn); p1 - áp suất làm việc của hệ thống; A - diện tích tác động của bi.
Kiểu van bi có kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm: không dùng được ở áp suất cao, làm việc ồn ào. Khi lò xo hỏng, dầu lập tức chảy về bể làm cho áp suất trong hệ thống giảm đột ngột. Kiểu van con trượt Hình 1. 4 Kết cấu kiểu van con trượt Giải thích: Dầu vào cửa 1, qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3.
Nếu như lực do áp suất dầu tạo nên là F lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo Flx và trọng lượng G của pittông, thì pittông sẽ dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để tháo dầu rò ở buồng trên ra ngoài.A > Flx => pittông đi lên với dịch chuyển x => p1* .(x+x0) Nghĩa là:p1↑ => pittông đi lên một đoạn x => dầu ra cửa 2 nhiều => p1↓ để ổn định. Vì tiết diện A không thay đổi, nên áp suất cần điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào Flx của lò xo. Loại van này có độ giảm chấn cao hơn loại van bi, nên nó làm việc êm hơn.
Nhược điểm của nó là trong trường hợp lưu lượng lớn với áp suất cao, lò xo phải có kích thước lớn do đó làm tăng kích thước của van. Van điều chỉnh áp suất hai cấp Trong van này có 2 lò xo: lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu và với vít điều chỉnh, ta có thể điều chỉnh được áp suất cần thiết. Lò xo 2 có tác dụng lên bi trụ ( con trượt), 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. 5 Kết cấu của van điều chỉnh hai cấp áp suất Dầu vào van có áp suất p1, phía dưới và phía trên của con trượt đều có áp suất dầu. Khi áp suất dầu chưa thắng được lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía dưới và áp suất p2 ở phía trên con trượt bằng nhau, do đó con trượt đứng yên. Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua con trượt, lên van bi chảy về bể.
Khi dầu chảy, do sức cản của lỗ tiết lưu, nên p1 > p2, tức là một hiệu áp ∆p = p1 - p2 được hình thành giữa phía dưới và phía trên con trượt.A3 Khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2 => lúc này cả 2 van đều hoạt động. Loại van này làm việc rất êm, không có chấn động. áp suất có thể điều chỉnh trong phạm vi rất rộng: từ 5 ÷ 63 bar hoặc có thể cao hơn. Van giảm áp Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau.
Lúc này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết. 6 Kết cấu của van giảm áp 13 Ví dụ: mạch thủy lực có lắp van giảm áp Hình 1. 7 Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp Trong hệ thống này, xilanh 1 làm việc với áp suất p 1, nhờ van giảm áp tạo nên áp suất p 1 > p2 cung cấp cho xilanh 2. Áp suất ra p2 có thể điều chỉnh được nhờ van giảm áp.
Ta có lực cân bằng của van giảm áp: p2.x => p2 = => A=const, x thay đổi => p2 thay đổi A 1. Van cản Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống ? hệ thống luôn có dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập. 8 Mạch thủy lực có lắp van cản Trên hình 1.8, van cản lắp vào cửa ra của xi lanh có áp xuất p 2. Nếu lực lò xo của van là Flx và tiết diện của pit tông trong van là A, thì lực cân bằng tĩnh là: Flx p2 .1) A Như vậy ta thấy rằng áp suất ở cửa ra ( tức cản ở cửa ra) có thể điều chỉnh được tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực lò xo Flx.
Rơle áp suất (áp lực) Rơle áp suất thường dùng trong hệ thống thủy lực. Nó được dùng như một cơ cấu phòng quá tải, vì khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định, rơle áp suất sẽ ngắt dòng điện => Bơm dầu, các van hay các bộ phận khác ngưng hoạt động. Van đảo chiều ( van phân phối) 1. Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành.
Các khái niệm +/ Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường 2, 3 và 4, 5. 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. Nguyên lý làm việc a. Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) Hình 1.
9 Van đảo chiều 2/2 b. Van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí (3/2) Hình 1. 10 Van đảo chiều 3/2 16 c. Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) Hình 1.
11 Van đảo chiều 4/2 Ký hiệu: P- cửa nối bơm; T- cửa nối ống xả về thùng dầu; A, B- cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp hành; L- cửa nối ống dầu thừa về thùng. 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 thay đổi vị trí làm việc của nòng van đảo chiều. Loại tín hiệu tác động bằng tay Hình 1.
12 Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng tay 17 b. Loại tín hiệu tác động bằng cơ Hình 1. 13 Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng cơ 1. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, các mép của nó sẽ đóng hoặc mở các cửa trên thân van nối với kênh dẫn dầu.
Van đảo chiều có mép điều khiển dương (hình 1.14a), được sử dụng trong những kết cấu đảm bảo sự rò dầu rất nhỏ, khi nòng van ở vị trí trung gian hoặc ở vị trí làm việc nào đó, đồng thời độ cứng vững của kết cấu (độ nhạy đối với phụ tải) cao. Van đảo chiều có mép điều khiển âm (hình 1.14b), đối với loại van 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.