Cho biết,
Áp suất tại ngõ ra bơm = 30 bar
Vận tốc xy lanh khi hạ tải = 0.07 m/s
Diện tích piston Ap = 78.5 cm2
Diện tích ti Ar = 40 cm2
Giá trị cài đặt van giới hạn áp suất = 35 bar
Tải W = 30 kN
Hiệu suất thể tích = 0.90
Hiệu suất tổng = 0.81
Thể tích riêng Dp = 30 cm3/vòng
Số vòng quay np = 1400 vòng/min
104 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 18/03/2022 | Lượt xem: 415 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 2: Bơm - Lê Thể Truyền, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CENNITEC
Bơm
Le The Truyen
GIỚI THIỆU VỀ BƠM THỂ TÍCH
1 Bơm cánh dẫn
2 Bơm thể tích
3 Bơm lý tưởng
4 Bơm thực tế
5 Các lọai bơm quay
CENNITEC
Bơm cánh dẫn
Lưu luợng
Ngõ ra
Bánh công tác
o Áp suất cực đại
Hình 2.1 Bơm ly tâm-nguyên lý và đặc tính
Dạng bơm cánh dẫn phổ biến là bơm ly tâm. Đối với bơm dạng này, lưu
lượng được cung cấp bởi bơm giảm dần khi áp suất làm việc của bơm tăng
lên. Sơ đồ nguyên lý và đường đặc tính lưu lượng-áp suất của bơm ly tâm
được trình bày trong hình 2.1. Lưu chất được hút vào và đẩy ra nhờ lực ly
tâm được tạo ra ở cánh dẫn.
CENNITEC
Bơm thể tích
Đường đẩy
np
L Van một chiều
d
h
n
í
k
g
n
ờ
ư
Đ
Đường hút
Van một chiều
Hình 2.2 Bơm thể tích
Nguyên lý làm việc của bơm thể tích có thể tóm tắt như sau:
1 Trong lúc tăng thể tích làm việc của mình, các buồng hoạt động của bơm được kết nối với
đường hút. Sự gia tăng thể tích của các buồng làm việc kéo theo sự giảm áp suất bên trong
nó, dẫn đến chất lỏng bị hút vào bên trong.
2. Khi thể tích các buồng làm việc đạt tới giá trị lớn nhất, các buồng làm việc được cách ly với
đường hút.
3. Trong giai đoạn giảm thể tích, các buồng làm việc được kết nối với đường đẩy. Lưu chất khi
đó được đẩy đến ngõ ra của bơm và được nén tới áp suất cần thiết để thắng lực cản tồn tại
trong ống dẫn.
4. Giai đoạn đẩy dầu kết thúc khi buồng làm việc giảm đến thể tích nhỏ nhất. Sau đó, buồng
làm việc được tách khỏi đường đẩy.
CENNITEC
Bơm lý tưởng
Thể tích riêng của bơm là thể tích chất lỏng được cung cấp bởi bơm sau 1 vòng
quay với giả thiết không có sự rò rỉ bên trong bơm và bỏ qua độ nén của chất lỏng.
Nó phụ thuộc vào giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất có thể có được của các buồng
làm việc, số lượng các buồng làm việc, và số lần hút và đẩy trong một vòng quay
của trục bơm.
Thể tích này phục thuộc vào hình dáng hình học của bơm nên nó còn được gọi
là là thể tích hình học, Dp (geometric volume). Nó được xác định theo công thức
sau:
Dp = (Vp_max – Vp_min)zi
Trong đó,
i = số lần hút và đẩy trong một chu kỳ quay,
z = số lượng buồng làm việc,
3
Vp_max = thể tích lớn nhất của buồng làm việc (m ),
Vp_min= thể tích nhỏ nhất của buồng làm việc,
3
Dp = thể tích riêng của bơm (m /rev).
CENNITEC
Bơm lý tưởng
Giả thiết rằng không có sự rò rỉ bên trong bơm, không ma sát, không có sự mất áp,
lưu lượng của bơm lý tưởng là (xem hình 2.3):
Pi Pp
Qt
HỆ THỐNG
ωT
M
Hình 2.3 Minh họa bơm lý tưởng
Lưu lượng lý thuyết Qt = Dpnp
3
Qt = lưu lượng lý thuyết của bơm, m /s
np = vận tốc quay của trục bơm, rev/s
CENNITEC
Bơm lý tưởng
Với các giả thiết như trên của bơm lý tưởng, năng lượng cơ khí cung cấp sẽ bằng
năng lượng thủy lực tạo ra trong hệ thống thủy lực, và mối quan hệ đó được trình
bày theo công thức sau:
2πnpTp = Qt (Pp - Pi)= Dp np ΔP
Hoặc
Tp = (Dp /2π) ΔP
Trong đó, Tp = mô-men kéo tại trục bơm (N.m), ΔP = Sự gia tăng áp suất do bơm (Pa).
Pi Pp
Qt
HỆ THỐNG
ωT
M
CENNITEC
Bơm lý tưởng
Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực
F
Pi
Pp P = 0
Dp
v
Pp , Q
Ap
n, T
e, i
M
T = DpPp/2π Pp = F/Ap
e T Pp F
F, v
HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN BƠM XY LANH TẢI
i 2πn Q v
Qt= Dpnp v = Qt / Ap
Hình 2.4 Minh họa sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực
CENNITEC
Bơm thực tế
Công suất thủy lực cung cấp bởi bơm thực tế nhỏ hơn so với năng lượng cơ khí mà
nó nhận được. Nguyên nhân là do hiệu suất thể tích, ma sát, và mất mát năng
lượng thủy lực.
Lưu lượng thực tế bơm cung cấp nhỏ hơn so với lưu lượng lý thuyết là do các
nguyên nhân chính sau:
1. Rò rỉ bên trong bơm
2. Bơm bị xâm thực và hiện tượng tạo bọt khí
3. Dầu bị nén Q
Lưu lượng lý thuyết
Qt =Dpnp
Qp = Qt - QL
Lưu lượng thực tế
QL = P / RL
Qp = Qt - QL
Lưu lượng rò rỉ
QL = P/RL
Pmax
P
Hình 2.6 Đường đặc tính của bơm thể tích
Lực cản tạo ra bởi khe hở, RL, tỉ lệ thuận với độ nhớt của dầu, và tỉ lệ nghịch với
thể tích của nó
CENNITEC
Bơm thực tế
Hiệu suất thể tích
Q
Lưu lượng lý thuyết
Qt =Dpnp
Qp = Qt - QL
Lưu lượng thực tế
Lưu lượng rò rỉ
QL = P/RL
Pmax
P
Hiệu suất thể tích của bơm thường nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.99. Bơm
piston có hiệu suất thể tích cao nhất, trong khi bơm bánh răng và bơm cánh gạt,
nhìn chung, có hiệu suất thể tích thấp hơn.
CENNITEC
Bơm thực tế
Hiệu suất cơ khí
Ma sát là nguyên nhân thứ hai làm mất năng lượng của hệ thống thủy lực. Ma sát nhớt và ma
sát cơ khí giữa các thành phần của bơm làm triệt tiêu năng lượng. Một phần mô-men kéo cấp
cho bơm bị mất do các lực ma sát sinh ra trong quá trình bơm vận hành.
Nó phụ thuộc vào vận tốc của bơm, áp suất làm việc, và độ nhớt của dầu. Để đánh giá sự
mất năng lượng do ma sát, ta dùng thông số hiệu suất cơ khí, pηt, được xác định như sau:
CENNITEC
Hiệu suất tổng của bơm
Hiệu suất tổng
Hiệu suất tổng của bơm pηo là tỉ lệ giữa công suất nhận được và công suất cung
cấp, được xác định như sau:
Công thức trên có thể biến đổi thành
Hiệu suất tổng bằng tích của hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ khí
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Ví dụ 2.1
Một bơm có thể tích riêng là 14 cm3/rev được kéo bởi một động cơ điện có vận tốc
quay là 1440 rev/min và làm việc ở áp suất 150 bar. Hiệu suất thể tích của bơm là
0.9 và hiệu suất tổng là 0.8. Tính:
1. Lưu lượng của bơm cung cấp trong 1 phút (l/min)
2. Công suất cần cung cấp tại trục bơm (kW)
3. Mô-men tại trục bơm
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Công suất thủy lực
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
1) Lưu lượng thực tế của bơm = Hiệu suất thể
tích x Thể tích riêng x Vận tốc quay
= 0.9 x (14 x 10-3) x 1440 (cm3)x (l/cm3) x
(rev/min)) = 18.14 (l/min)
2) Công suất cần cung cấp tại trục bơm =
Công suất thủy lực / Hiệu suất tổng
Công suất thủy lực tại đầu ra của bơm = Lưu
lượng thực tế x Áp suất
Q P
N p p (kW)
Hydraulic 600
18.14150
4.535(kW)
600
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Công suất cung cấp
= 4.535 / 0.8 = 5.67 (kW)
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
3) Hiệu suất cơ khí = Hiệu suất tổng /
Hiệu suất thể tích
Mặt khác
Do vậy, mô-men tại trục bơm là
6 5
14 10 15010 3 2
T (m x N/m ) 37.6Nm
p 23.140.89
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Bơm thể tích khác với bơm cánh dẫn ở
điểm, về lý thuyết bơm sẽ cung cấp một
lưu luợng cố định sau 1 vòng quay.
Nếu ngõ ra của bơm thể tích vì lý do nào
đó bị khóa lại, thì áp suất sẽ tăng cao rất
nhanh cho đến giá trị mà bơm sẽ bị hư
hỏng do gãy, vỡ.
Ví dụ sau đây minh họa cho điều vừa trình
bày.
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Một bơm thể tích có lưu lượng là 1 l/min
đẩy dầu vào một ống dẫn có thể tích là 1
lít. Nếu đầu kia của ống đột ngột bị khóa
kín, tính áp suất trong ống dẫn sau 1 giây,
tính từ thời điểm ống bị khóa.
(Bulk modulus của dầu là 2000 MPa
(20000 bar) bỏ qua sự giãn nở của ống
dẫn)
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Hệ số bulk modulus của dầu được tính theo
công thức sau
P
B
V
V
Trong đó, ΔP là độ thay đổi áp suất, ΔV là độ
thay đổi thể tích, và V là thể tích ban đầu.
Trước khi ống bị khóa ở đầu kia thì thể tích chất
lỏng trong ống là 1 lít (bằng thể tích ống dẫn).
Tính từ thời điểm ống bị khóa sau đó 1s thì thể
tích dầu trong ống tăng lên một lượng đúng
bằng thể tích dầu mà bơm cấp trong 1s.
CENNITEC
Hiệu suất của bơm
Nghĩa là ΔV = 1/60 lít
Như vậy
V 1/ 60
P B 2000 (MPa)
V 1
33.3(MPa) 333bar
Như vậy, 333 bar là giá trị áp suất trong ống sau
1s kể từ khi ống bị khóa.
Bơm thể tích được sử dụng với vai trò là bơm
chính trong các hệ thống truyền động thủy lực.
Nó được chia ra làm hai nhóm chính, đó là, bơm
quay và bơm piston.
CENNITEC
Bài tập chương 2-Phần I
2.1 Một bơm có thể tích riêng Dp = 1.7
cm3 được kéo ở vận tốc 1500 vòng/phút.
Nếu bơm có hiệu suất thể tích là 87 % và
hiệu suất tổng là 76 %, tính:
. a) Lưu lượng bơm cung cấp (l/min)
. b) Công suất cần để kéo bơm khi nó làm việc
ở áp suất 150 bar.
CENNITEC
Bài tập chương 2-Phần I
2.2 Một bơm bánh răng cung cấp lưu
lượng 15 l/min ở áp suất vận hành là 200
bar. Bơm được kéo ở vận tốc 1430
vòng/min. Nếu công suất cung cấp là 6.8
kW và hiệu suất cơ khí của bơm là 87 %.
Tính thể tích riêng của bơm (cm3).
CENNITEC
Bài tập chương 2-Phần I
2.3 Hệ thống thủy lực cần lưu lượng là 32
l/min ở áp suất 260 bar. Bơm được dùng là
loại bơm có thể tích riêng thay đổi được và
được hiệu chỉnh bằng tay. Thể tích riêng
cực đại của bơm là 28 cm3. Bơm được kéo
ở vận tốc quay là 1430 vòng/phút. Hiệu
suất tổng của bơm là 0.85, hiệu suất thể
tích là 0.90. Tính:
. a) Thể tích riêng của bơm được hiệu chỉnh ở
mức bao nhiêu % so với giá trị cực đại.
. b) Công suất cần để kéo bơm.
CENNITEC
Bài tập chương 2-Phần I
2.4 Một hệ thống thủy lực dùng 25 lít dầu trong
1 phút được cung cấp bơm có thể tích riêng là
12.5 cm3, vận tốc quay của bơm là 2880
vòng/phút. Bơm có hiệu suất thể tích là 0.85 và
hiệu suất tổng là 0.75. Nếu van giới hạn áp suất
của hệ thống được cài ở giá trị 180 bar, tính:
. a) Lưu lượng cung cấp bởi bơm
. b) Công suất cần thiết để kéo bơm
. c) Mô-men kéo tại trục bơm
. d) Năng lượng dư do dầu xả qua van giới hạn áp
suất.
CENNITEC
Hiện tượng xung ở lưu lượng bơm thể tích
Về lý thuyết, lưu lượng cung cấp bởi Q
bơm được tính theo Qt = Dpnp. Giá trị
này thể hiện giá trị trung bình của lưu Qmax
lượng bơm. Thực tế, lưu lượng bơm
không phải là hằng số. Từng buồng Qm
làm việc của bơm cung cấp lưu lượng
đúng bằng phần giảm thể tích của nó.
Lưu lượng tinh của bơm tại thời điểm Qmin
xác định là tổng lưu lượng được cung
cấp bởi các buồng được nối với
đường hút tại thời điểm đó. Thời gian (s)
Hình 2.7 Minh họa hiên tượng xung lưu lượng ở bơm thể tích
Lưu lượng cung cấp bởi các buồng làm việc của bơm bắt đầu từ giá trị zero tại
điểm bắt đầu của hành trình đẩy. Nó tăng dần cho đến khi đạt giá trị cực đại tại
điểm giữa của hành trình. Sau đó, nó giảm dần cho đến giá trị 0 tại điểm kết thúc
của hành trình đẩy dầu.
Do vậy, lưu lượng tinh của bơm có dạng xung, như được minh họa theo hình dưới
đây.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Buồng hút
tăng thể tích
khi các răng
Buồng đẩy giảm thể tích
nhả khớp
khi các răng vào khớp
Đường đẩy
Đường hút
1. Thân bơm, 2. Mặt trước, 3. Trục bơm, 4. Ổ đỡ, mặt bên, 5. Bạc đạn, 6. Đĩa, 7. Ngõ vào, 8.
Ngõ ra, 9. Bánh răng chủ động, 10. Bánh răng bị động.
Hình 2.9 Bơm bánh răng
Thể tích riêng của bơm bánh răng ăn khớp ngoài có thể tính theo công thức sau:
Trong đó,
b = chiều dài răng, m.
V 2bm2 (z sin2 ) m = mô-đun răng, m.
g z = số răng của mỗi bánh răng.
γ = góc nghiên của răng, rad.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Rò rỉ bên trong bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Rò rỉ bên trong bơm bánh răng được diễn ra theo hai hướng
chính:
•Qua đỉnh răng
•Giữa hai mặt bên của bánh răng và mặt của thân bơm
Rò rỉ qua đỉnh răng chịu sự ảnh hưởng của khe hở giữa đỉnh răng
và thân bơm, số răng, và áp suất tại ngõ ra của bơm.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
- Rò rỉ qua mặt bên của bánh răng phụ thuộc vào khe hở giữa hai mặt bên của bánh răng và các mặt bên (4).
- Bơm làm việc ở áp suất thấp thì lượng dầu rò rỉ qua đường này là rất nhỏ và như thế các mặt bên (4) này được
cố định. Khi đó, độ mòn của các mặt bên (4) sẽ ảnh hưởng đến lượng dầu rò rỉ.
- Nếu bơm làm việc ở áp suất cao thì lượng dầu rò rỉ qua đường này là đáng kể. Khi đó, bơm phải được thiết kế
để có sự cân bằng thủy lực cho khe hở này. Các mặt bên (4) sẽ ép sát vào các bánh răng bằng lực thủy lực tỉ lệ
thuận với áp suất.
Áp suất tại ngõ ra của bơm được kết nối để tác động lên các đĩa (6). Diện tích của các đĩa này phải được tính
toán hợp lý để lực tác động lên các bánh răng là vừa đủ lớn để tránh làm gia tăng lực ma sát. Bằng cách này, khe
hở giữa các bánh răng và mặt bên được điều chỉnh theo áp suất ngõ ra của bơm. Trong trường hợp này, độ mòn
của các mặt bên (4) không ảnh hưởng lớn đến lượng dầu rò rỉ bởi vì nó luôn được ép sát vào các bánh răng dưới
tác động của áp suất.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Sự dao động của lưu lượng trong bớm bánh răng
Lưu lượng tại ngõ ra của bơm bị dao động do sự thay đổi thể
tích của các buồng làm việc. Tần số dao động lưu lượng của
bơm bánh răng có thể tính théo công thức sau:
f = 2zn
Trong đó,
f = tần số dao động của lưu lượng, Hz.
n = vận tốc bơm, rev/s.
z = số răng của mỗi bánh răng
Đối với bơm bánh răng, hệ số dao động được tính theo công
thức sau:
2 cos2
100%
4(z 1)
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Giới hạn vận tốc quay của bơm bánh răng
Đối với bơm bánh răng, dầu di chuyển theo đường chu vi của các bánh răng. Khi
vào bơm, dầu bắt đầu quay cùng với bánh răng và vì vậy nó bị tác động bởi lực ly
tâm. Lực ly tâm này có xu hướng đẩy dầu ra xa theo phương hướng kính, và ra
ngoài buồng làm việc của bơm. Do vậy, vận tốc quay lớn nhất của bơm bánh răng
bị giới hạn và áp suất tại cửa vào của bơm và không quá lớn để tránh hiện tượng
nêu trên.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Xét áp suất và lực ly tâm tác động lên một phần tử chất lỏng như hình trên, ta có:
(P dP)brd Pbrd Fr
Fr brddP
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Lực ly tâm Fr được biết với
2 2
Fr mr (rdbdr)r
Vậy,
dP r2dr
Lấy tích phân hai vế biểu thức trên ta có
Pc r
dP 2rdr
0 0
2
P r 2
C 2
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Áp suất tại ngõ vào của bơm Pi phải lớn hơn áp suất sinh
ra bởi lực ly tâm PC để chất lỏng không bị đẩy ra ngoài. Do
vậy, vận tốc lớn nhất của bơm bánh răng được giới hạn
bởi:
2n Pi PC
1
n P / 2
max r i
Trong đó,
Pi = áp suất tại cửa vào, Pa.
r = bán kính bánh răng, m.
ρ = khối lượng riêng của dầu, kg/m3.
CENNITEC
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Hiện nay bơm bánh răng được chế tạo có thể tích riêng
dao động từ 0.2 đến 400 cm3 và vận tốc quay được thiết
kế từ 500 đến 6000 rev/min, trong một vài trường hợp đặc
biệt có thể cao hơn. Hiệu suất tổng của bơm bánh răng
thay đổi tùy theo nhà sản xuất và giá thành, nhưng phần
lớn bơm bánh răng có hiệu suất tổng là 90% và có thể làm
việc ở áp suất 300 bar.
CENNITEC
Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt hành trình đơn
Trục bơm
Đường đẩy
Đường hút
Rotor
Cánh gạt
Hình 2.11 Bơm cánh gạt hành trình đơn
Thể tích riêng của bơm cánh gạt có thể tính theo
Vg bz(Amax Amin )
Trong đó,
b = chiều cao của rotor, m.
z = số buồng làm việc
CENNITEC
Bơm cánh gạt hành trình kép
Trục bơm
Đường hút
Đường đẩy
Cánh gạt Rotor
Hình 2.12 Bơm cánh gạt hành trình kép
Bơm này có ưu điểm là có được sự cân bằng tại trục của rotor do cùng một thời
điểm có hai buồng chứa dầu có áp suất bằng nhau tác động cùng lúc lên rotor ở hai
hướng đối diện nhau. Điều này làm cho bơm ít bị mòn và do vậy có tuổi thọ cao hơn
so với bơm cánh gạt có hành trình đơn.
Thể tích riêng của bơm cánh gạt trong trường hợp này là
Vg 2bz(Amax Amin )
CENNITEC
Bơm cánh gạt có thể tích riêng thay đổi
Lò xo cân bằng Nút điều chỉnh lưu lượng
Nút điều chỉnh lực lò xo
Hình 2.13 Bơm cánh gạt thay đổi được thể tích riêng
CENNITEC
Bơm piston hướng trục
1. Trục bơm, 2. Đĩa nghiêng, 3. Chân trượt, 4. Đĩa, 5. Piston block, 6. Piston, 7.
Đĩa các cửa bơm, 8. Ổ chặn, 9. Lò xo
Hình 2.14 Bơm piston hướng trục
Thể tích riêng của bơm piston hướng trục có thể tính theo:
V d 2Dztan
g 4
Trong đó,
α = độ nghiên của đĩa nghiêng, rad.
z = số piston
CENNITEC
Hình 2.15 Áp suất và lưu lượng của bơm, P/Pm và Q/Qm
Sự dao động của lưu lượng trong bơm piston trong bơm lượng lưu củađộng dao Sự
lưu lượng của bơm có 5 piston
Sự dao động của áp suất và
T
h
ờ
i
g
i
a
n
,
s
.
Hình 2.16
Áp suất và lưu lượng của bơm, P/Pm và Q/Qm
của của áp suất vàlưu lượng của bơm piston
Ảnh hưởng của số piston đến sự dao động
T
h
ờ
i
g
i
a
n
,
s
.
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Điều khiển bằng tay (manual servo control)
Chuyển động của đĩa nghiêng bơm
tỉ lệ thuận với chuyển động của cần
điều khiển
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Bơm thường được thiết kế luôn cung cấp một lưu lượng tối thiểu để bôi trơn
và làm mát (góc nghiêng của đĩa bơm luôn lớn hơn 0)
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Điều khiển bằng phương pháp cân bằng áp suất (pressure-compensated
control)
Đĩa nghiêng của bơm được tự động điều chỉnh để thay đổi lưu lượng bơm
nhằm duy trì áp suất hiệu chỉnh ban đầu.
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Đường đặc tính của bơm được điều khiển bằng phương pháp cân bằng áp suất
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Điều khiển công suất không đổi (constant power control)
Nhằm giới hạn công suất tối đa cung cấp cho bơm.
Khi áp suất làm việc tăng thì góc nghiêng của bơm dẫn đến lưu lượng
cung cấp bởi bơm giảm, và công suất được duy trì không đổi
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Đường đặc tính của bơm được điều
khiển bằng phương pháp duy trì
công suất không đổi.
CENNITEC
Điều khiển bơm piston
Điều khiển lưu lượng không đổi (constant-flow control
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Điều khiển bơm có thể tích riêng cố định
. Phần lớn các hệ thống thủy lực đơn giản đều sử dụng bơm có
thể tích riêng cố định vì giá thành giảm.
. Bơm được kéo bởi một động cơ điện có vận tốc quay không đổi.
Nó hầu như cung cấp một lưu lượng không đổi khi động cơ họat
động.
. Áp suất làm việc của hệ thống được giới hạn bởi van giới hạn áp
suất (relief valve)
M
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Bất kỳ lưu lượng nào cung cấp từ bơm vượt qua giá trị
cần của cơ cấp chấp hành đều được trả về bể chứa dầu
thông qua van giới hạn áp suất này. Năng lượng thủy
lực thừa này chuyển thành nhiệt năng, gây nên hiện
tượng nóng dầu.
Dạng điều khiển bơm này phù hợp cho các hệ thống mà:
. a) Luôn luôn cần lưu lượng của bơm
. b) Lưu lượng của bơm có thể xả trực tiếp về chứa khi
không cần thiết
. c) Công suất tiêu hao qua van giới hạn áp suất là rất
nhỏ và dễ dàng làm nguội dầu
. d) Việc dừng động cơ điện là rất hiếm
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Đặc điểm b) ở trên có thể được thực hiện bởi hệ thống thủy lực
dùng van phân phối tâm mở. Hệ thống này sử dụng van phân phối
4 cửa, 3 vị trí điều khiển bằng tay như hình vẽ.
Chuyển động của cơ cấu chấp hành được thực hiện bằng cách tác
động vào cần gạt điều khiển van phân phối. Khi không gạt cần, các
lò xo giữ van làm việc tại ví trí nghỉ.
Lưu lượng cung cấp bởi bơm về lại bể chứa dầu qua van phân phối
với lực cản nhỏ. Như vậy dầu ít bị nóng hơn.
M
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Điều khiển bơm dùng bình tích áp
Lưu lượng của bơm được nạp vào bình tích áp vào những thời điểm
cần thiết.
Khi giá trị áp suất trong hệ thống đạt tới ngưỡng áp suất được cài
đặt trước, công tắc áp suất sẽ chuyển trạng thái và ngắt nguồn điện
cung cấp cho cuộn dây của van điện từ.
Lúc này, lưu lượng của bơm được xả trở về bể chứa. Đồng thời,
một lượng dầu đã được nén trong bình tích áp.
Bình tích áp
On/Off
n
Công tắc áp suất ồ
u
g
N
Đến hệ thống
M
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Một xy lanh thủy lực làm việc theo chu
trình như sau: tiến ra trong 5s với áp suất
25 bar, lưu lượng là 12 l/min; sau đó dừng
lại trong 25s với áp suất 200 bar. Tiếp
theo lùi về trong 4s với áp suất 35 bar, lưu
lượng là 12 l/min; dừng lại trong 26s với
áp suất 200 bar.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Áp suất/lưu lượng cần cho hệ thống được trình bày ở hình vẽ. Ta thấy
rằng lưu lượng chỉ cần cho 15% trên tòan bộ chu trình. Nếu sử dụng bơm
có lưu lượng riêng cố định với lưu lượng là 12 l/min thì lưu lượng này phải
xả qua van giới hạn áp suất được cài đặt ở giá trị 200 bar trên 85% chu
trình.
r
a
b
, 200
t
ấ
u
s
p
Á
35
25
0 5 30 34 60 Thời gian, s
n
i 12
m
/
l
,
g
n
ợ
ư
l
u
ư
L
0 5 30 34 60 Thời gian, s
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Công suất cung cấp theo lý thuyết là
Lưu lượng x Áp suất = (12/60) x 200 x 105
= 4000 Nm/s
= 4 kW
Nếu sử dụng hệ thống thủy lực như hình dưới thì phần lớn năng lượng cung
cấp này chuyển thành nhiệt năng khi dầu xả qua van giới hạn áp suất.
200 bar
M
12 l/min
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Thể tích dầu cần cung cấp cho 1 chu trình làm việc là:
. Cho hành trình đi ra = 12 x 5/60 = 1 lít
. Cho hành trình đi về = 12 x 4/60 = 0.8 lít
. Lượng dầu cần cho 1 phút là (1+0.8) = 1.8 lít.
Như vậy, nếu ta trữ trước dầu trong bính tích áp (lượng dầu này được cung
cấp bởi bơm trong lúc cơ cấu chấp hành dừng lại)thì bơm có lưu lượng 1.8
l/min là đủ.
Tuy nhiên, vì áp suất 200 bar cần duy trì cho khoảng thời gian cơ cấu chấp
hành dừng lại, nên áp suất dầu nén trong bình tích áp phải cao hơn giá trị
này, ví dụ 250 bar. Khi đó áp suất trong hệ thống sẽ dao động trong phạm
vi từ 200 đến 250 bar. Đây là nhược điểm của hệ thống.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Bình tích áp
On/Off
n 250
Công tắc áp suất ồ
u
g 200
N
Đến hệ thống
M
0 5 30 34 60Thời gian, s
Việc xác định chính xác kích thước của bơm để cung cấp dầu cho cơ cấu chấp
hành thực hiện đúng theo thời gian yêu cầu trong trường hợp này là rất khó.
Để cho chắc chắn, ta chọn bơm có lưu lượng lớn hơn, ví dụ 2 l/min.Khi đó,
công suất cung cấp cần là:
[(2)x(10-3) / 60]x(250)x(105)x(10-3) = 0.83 kW
Giá trị này nhỏ hơn rất nhiều so với khi hệ thống không sử dụng bình tích áp.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Hệ nhiều bơm
Khi hệ thống cần làm việc ở nhiều mức khác nhau về lưu lượng
hoặc áp suất thì hệ điều khiển kết hợp nhiều bơm có thể được chọn.
Hệ 2 bơm
Đến hệ thống
Van xả tải (unloader valve)
Van giới hạn áp suất (relief
Q
valve) ,
g Bơm A + Bơm B
D n
ợ
E C ư
l
u
ư
L
Chỉ có bơm A
B A
P
Giá trị cài bởi van giới hạn áp
,
M t
ấ suất
u
s
p
Á
Giá trị cài bởi van xả tải
Sơ đồ về lưu lượng và áp suất của hệ thống hai bơm
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Một máy ép cần lưu lượng là 200 l/min ở giai đoạn làm
việc vận tốc cao cho công đoạn đóng và mở khuôn với
áp suất là 30 bar. Giai đoạn ép áp suất làm việc là 400
bar, lưu lượng dao động từ 12 đến 20 l/min.
Công suất cần ở giai đoạn đóng/mở khuôn là:
[(200x10-3)/60]x30x105 Nm/s = 10 000 Nm/s = 10 kW
Nếu giai đoạn ép vẫn cùng công suất thì:
q x 400 = 200 x 30
q = 15 l/min, q là lưu lượng cần cho giai đoạn ép.
Áp suất cao, lưu lượng thấp = 15 l/min
Áp suất thấp, lưu lượng lớn = (200 – 15) = 185 l/min.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Hệ 3 bơm b
a
Một sơ đồ hệ thống thủy lực c
truyền động cho băng tải được
trình bày ở hình bên.
Hệ thống sử dụng ba bơm có M A B C
lưu lượng tương ứng là 10
l/min, 20 l/min và 40 l/min.
Bơm Lưu lượng Cuộn dây
Lưu lượng đến động cơ (l/min)
Bằng cách thay đổi trạng thái A 40 l/min a b c
0 0 0 0
của các cuộn dây của các van B 20 l/min
0 0 1 10
điện từ a, b, c, hệ thống có thể C 10 l/min 0 1 0 20
cung cấp 7 mức lương lượng 0 1 1 30
1 0 0 40
khác nhau cho động cơ thủy 1 0 1 50
lực. 1 1 0 60
1 1 1 70
CENNITEC
Truyền Động Bơm
Bơm có thể được kéo bởi động cơ điện, động cơ đốt trong hoặc
động cơ dầu. Cũng có thể dùng động cơ khí nén hoặc động cơ thủy
lực để kéo bơm.
Mô-men kéo của các động cơ điện và động cơ dầu tại vận tốc quay
thấp là rất nhỏ. Do vậy, ở thời điểm khởi động các bơm thủy lực
cần được xả tải để giảm mô-men cản cho các động cơ kéo nó. Điều
này có thể được thực hiện dễ dàng bằng van giới hạn áp suất tác
động gián tiếp.
M
Van giới hạn áp suất tác động
gián tiếp
CENNITEC
Truyền Động Bơm
Một phương pháp dùng để giảm công suất khi kéo bơm ở thời điểm
bắt đầu vận hành là dùng “airbleed van”.
M
Airbleed valve
Nó không những dễ dàng cho việc mồi bơm và xả khí trong hệ thống
mà còn cho phép bơm giảm tải tại thời điểm hệ thống bắt đầu vận
hành. Ở giai đọan đầu bơm đẩy dầu về bể chứa qua airbleed van, vì
lực cản do van này tạo ra rất nhỏ nên tải cần kéo bơm tại thời điểm đó
cũng nhỏ. Tiếp theo áp suất của hệ thống tăng dần lên, dưới tác động
của áp suất van này bị khóa lại, buộc bơm đẩy dầu lên hệ thống.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Động cơ khí nén đôi khi cũng được dùng để kéo bơm nhưng chỉ dùng cho các hệ
thống có công suất tương đối nhỏ. Các ứng dụng có dùng động cơ khí nén thường là
các hệ thống bơm nước có lưu lượng lớn nhưng áp suất rất thấp.
M
Ưu điểm:
Áp suất khí nén có thể được điều chỉnh tương ứng với áp suất làm việc của
bơm thủy lực mà tại đó bơm bị quá tải. Điều này làm cho hệ thống có thể duy trì
áp suất nhờ động cơ khí nén đang bị nén. Việc này có thể thực hiện trong thời
gian dài mà không gây ra hiện tượng mất năng lương thủy lực, và do vậy không
làm nóng dầu.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Thiết kế hệ điều khiển bơm
Để chọn hệ điều khiển bơm cho một hệ thống truyền
động thủy lực cụ thể đòi hỏi người thiết kế phải phân
tích và nắm rõ nhu cầu về áp suất và lưu lương mà hệ
thống đó cần.
Một điều mà người thiết kế luôn mong muốn đạt tới đó
là tính hiệu quả của hệ thống. Các hệ thống luôn được
thiết kế để họat động với năng lượng cung cấp là nhỏ
nhất có thể.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Yêu cầu thiết kế
Một hệ thống thủy lực được cung cấp dầu bởi một bơm
mà sơ đồ đặc tính về lưu lượng và áp suất trong một
chu kỳ làm việc được mô tả ở hình sau. Thời gian để
thực hiện hết một chu trình là 30s. Hệ thống chỉ cần lưu
lượng trong một phần hai chu trình. Nhưng thời gian cần
duy trì áp suất chiếm 2/3 trên tổng số thời gian. Bốn
phương pháp điều khiển được xem xét là:
. 1) Sử dụng bơm có thể tích riêng cố định
. 2) Sử dụng 2 bơm có thể tích riêng cố định
. 3) Sử dụng hệ thống bình tích áp
. 4) Sử dụng bơm có thể tích riêng thay đổi được.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Sơ đồ về lưu lượng và áp suất trong một chu kỳ
làm việc
30
25 l/min
25
n
i 20 l/min
m
/ 20
l
,
g
n
ợ 15
ư
l
u
ư
L 10
5
0 5 10 15 20 25 30
150 bar
r
a 150
b
,
t
ấ 100 bar
u
s 100
p
Á
50
0 5 10 15 20 25 30
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Yêu cầu đặt ra có thể thực hiện
được bằng hệ thống thủy lực ở
hình.
Từ giây thứ 15 đến giây thứ 20
(cũng như từ giây 0 đến giây 5), cơ
cấu chấp hành không cần lưu
lượng cũng như áp suất.
Điều này thực hiện được khi van
phân phối làm việc ở vị trí trung
tâm. Khi đó, lưu lượng của bơm
chảy trực tiếp về bể chứa dầu với M 165 bar
áp suất bằng 0.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Lưu lượng lý thuyết của bơm là 25 l/min. Tuy nhiên, để
đảm bảo an tòan thông thường giá trị này được cộng
thêm khỏang chừng 10%. Vậy lưu lượng thực của bơm
là 27.5 l/min.
Áp suất gây ra bởi tải là 150 bar.
Van giới hạn áp suất phải chỉnh lớn hơn áp suất gây ra
bởi tải 10%. Như vậy, áp suất lớn nhất bơm sẽ chịu là
150 + 10%= 165 bar
Chọn động cơ điện để kéo bơm có vận tốc quay là 1440
rev/min. Như vậy, tại vận tốc quay là 1500 rev/min lưu
lượng của bơm là
27.5 x (1500/1440) = 28.7 l/min.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Dạng bơm Vận tốc (rev/min)
Thể tích riêng (cm3) Áp suất (bar) Minimum Maximum Lưu lượng tại 1500
rev/min
OPL 003 1.22 280 500 4000 1.50
OPL 004 1.63 280 500 4000 1.95
OPL 006 2.18 280 500 4000 2.91
OPL 008 2.87 280 500 4000 3.95
OPL 011 3.81 280 500 4000 5.32
OPL 013 4.46 280 500 4000 6.27
OPL 015 5.14 280 500 4000 7.27
OPL 019 6.26 280 500 4000 8.95
OPL 025 8.08 225 500 4000 11.73
1PL 020 7.02 250 500 3000 10.13
1PL 028 9.46 250 500 3000 13.72
1PL 036 11.89 250 500 3000 17.32
1PL 044 14.33 250 500 3000 20.95
1PL 052 16.76 250 500 3000 24.50
1PL 060 19.20 250 500 3000 28.10
1PL 072 22.84 210 500 3000 33.60
1PL 090 28.12 175 500 2500 41.50
2PL 050 16.66 250 500 2500 24.36
2PL 070 22.71 250 500 2500 33.45
2PL 090 28.77 250 500 2500 42.45
2PL 105 33.23 250 500 2500 49.10
2PL 120 37.85 250 500 2500 55.91
2PL 146 45.50 210 500 2500 67.32
2PL 158 49.35 210 500 250 73.05
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Các bơm theo tiêu chuẩn có thông số gần với kết quả tính tóan là:
. a) Bơm 1PL 060 với lưu lượng cung cấp tại vận tốc 1500 rev/min
là 28.1 l/min (tương đương với 27 l/min tại vận tốc 1440
rev/min). Áp suất có thể làm việc đến 250 bar.
. b) Bơm 1PL 072 với lưu lượng cung cấp tại vận tốc 1500 rev/min
là 33.6 l/min (tương đương với 33.2 l/min tại vận tốc 1440
rev/min). Áp suất có thể làm việc đến 210 bar.
Như vậy, lựa chọn a) là phù hợp với yêu cầu mà hệ thống cần. Khi
chọn bơm này, công suất động cơ điện dùng để kéo bơm phải là:
(27 x 165)/600 = 7.4 kW
Từ giây thứ 5 đến giây thứ 10 hệ thống cần lưu lượng là 25 l/min và
áp suất lớn nhất là 150 bar, do vậy năng lượng cần cấp là:
(25 x 150)/600 = 6.25 kW
Năng lượng thủy lực cần từ giây thứ 10 đến giây thứ 30 là:
(20 x 100)/600 = 3.3 kW
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Vì bơm được sử dụng là lọai có
thể tích riêng cố định (bơm luôn
cung cấp lưu lượng khi động cơ
họat động). Do vậy, mặt dù từ
giây 10 đến giây 15 cơ cấu chấp
hành không nhận lưu lượng,
nhưng áp suất trong suốt thời
27 l/min
gian này vẫn yêu cầu duy trì ở
giá trị 150 bar. Nên bơm vẫn
phản nén dầu lên hệ thống. Tuy
nhiên tòan bộ lượng dầu này
phải xả về bể chứa qua nhánh
M
van giới hạn áp suất (mục đích 165 bar
của việc cấp dầu lúc này là duy 27 l/min
trì áp suất)
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
)
W
k 8
(
Phần gạch chéo trong hình thể hiện năng 7.4
g
n
ợ 7
lượng cung cấp bị thừa. Năng lượng dư ư
l
g 6.25
này sẽ biến thành nhiệt năng. Năng n
ă 6
lượng lý thuyết được cung cấp bởi động N
5
cơ là 7.4 kW cho thời gian làm việc là
20s. Nhưng năng lượng tạo ra công 4
được dùng giữa giây thứ 5 và 10, và giữa 3 3.3
giây thứ 20 và 30. Như vậy
2
Năng lượng cung cấp lý thuyết là:
7.4 x 20 = 148 kJ 1
Năng lượng sử dụng có ích là
(6.25 x 5/2) + (3.3 x 10/2) = 32.12 kJ 5 10 15 20 25 30
Năng lượng cần Time (s)
Hiệu suất của hệ thống là:
(32.12 x 100)/148 = 21.7 % Năng lượng cung cấp
Năng lượng dư
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Sử dụng hai bơm có thể tích riêng cố định
a
Khi sử dụng hai bơm có 165 bar b
lưu lượng cố định, một
bơm dùng để cấp lưu
lượng lớn và một bơm
dùng để cấp lưu lượng
nhỏ.
M 22.9 l/min
Hai bơm được chọn có
5.7 l/min
lưu lượng là 20 l/min và 165 bar
5l/min.
Để an tòan, lưu lượng của
bơm nên cao hơn 10% so
với lưu lượng cần. Vì vậy,
hai bơm nên có lưu lượng
là 22 l/min và 5.5 l/min.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Lưu lượng thực tế của hai bơm sau khi chọn theo catalog của nhà
sản xuất là 22.9 l/min và 5.7 l/min tại vận tốc quay là 1440 rev/min
với áp suất làm việc 175 bar.
Áp suất làm việc thực thế của bơm là 165 bar. Như vậy lựa chọn
trên là chấp nhận được. Khi bơm làm việc ở áp suất 165 bar thì lưu
lượng cung cấp sẽ cao hơn các giá trị 22.9 l/min và 5.7 l/min một
chút.
Bơm size Thể tích riêng Lưu lượng tại 1440 Max. Max. Lưu lượng thực
rev/min(l/min) áp suất vận tốc (l/min)
(rev/min)
4 4.4 6.34 250 3000 5.7
8 8.5 12.24 250 3000 11.1
12 11.9 17.14 240 2500 15.8
16 17.3 24.9 220 2000 22.9
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Năng lượng thủy được cung cấp bởi bơm
30
22.9 l/min ớ áp suất 165 bar là: 28.6
n 25
i 22.9 Lưu lượng cần
m
(22.9 x 165)/600 = 6.3 kW /
l
20
, Lưu lượng cung cấp
g
n
ợ 15
ư
l Lưu lượng dư
Năng lượng thủy được cung cấp bởi bơm u 10
ư
L 5.7
5.7 l/min ớ áp suất 165 bar là: 5
(5.7 x 165)/600 = 1.6 kW Thời gian, s
5 10 15 20 25 30
Hình bên trình bày sơ đồ năng lượng cung
Cuộn dây a Kích họat
cấp cho hệ thống và năng lượng tiêu thụ b
trong một chu trình làm việc. Tổng năng a)
lượng cung cấp cho hệ thống là
[(1.6+6.3) x 5]+ (1.6 x5) +(6.3 x 10) = 110.5 8 7.9
7
W 6.3 Năng lượng cần
k 6.25
kJ , 6
g
n 5 Năng lượng cung cấp
Phần trước ta đã biết năng lượng sử dụng ợ
ư
l 4
g 3.3 Năng lượng dư
có ích là 32.12 kJ. Vậy hiệu suất của hệ n 3
ă
N 2 1.6
thống này là 1
(32.12 / 110.5) x 100 = 29.1% Thời gian, s
5 10 15 20 25 30
b)
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Trong hệ thống có sử dụng bình tích áp, lưu lượng cung
cấp bởi bơm sẽ được lưu trữ trong bình tích áp với 1 áp
suất nén nhất định tùy theo các thông số hiện có của hệ
thống.
Để tính kích thước của một bình tích áp, các thông số
sau đây cần phải được xác định:
. a) Lưu lượng lớn nhất cần từ bình tích áp
. b) Áp suất làm việc lớn nhất
. c) Áp suất làm việc nhỏ nhất
. d) Áp suất cần nạp cho bình tích áp
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Để tính lưu lượng lớn nhất từ bình tích áp ta tìm lưu
lượng trung bình cần trong một chu trình làm việc. Theo
dữ liệu bài toán ta tính như sau:
. Thể tích dầu đến hệ thống = 25 l/min cho 5s + 20 l/min cho 10s
=(25/60 x 5) + (20/60 x 10)
=5.42 lít cho 1 chu trình
Lưu lượng trung bình cho 1 chu trình được tính như sau
. Thể tích dầu trong 1 chu trình / Thời gian thực hiện = 5.42 / 0.5
= 10.84 l/min = 0.18 l/s
Thể tích dầu vào/ra bình tích áp được tính bằng cách
nhân lưu lượng trung bình với thời gian.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 25 0.417 l/s
/
i) Từ giây 0 đến giây 5 l
,
g
n 1.185
Lưu lượng cung cấp bởi bơm = ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min
u 1.53
0.18 l/s ư 15 -
L + Lưu lượng vào bình tích áp
Hệ thống nhận = 0 10 - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp
Lưu lượng vào bình tích áp là 0.9 1.8
5 + +
0.18 l/s.
0 5 10 15 20 25 30
Thể tích dầu vào bình tích áp Thời gian, s
g p
á
n h
từ giấy 0 đến giây 5 là o
íc
r t
t h
1.8
ìn
a b
L
ứ
l o +1.53
0.18 x 5 = 0.9 lít. ư
à
h
, v u
c g l
p
ư
1.4 n ợ
á
c ợ
n
lư g
ợ
h
u r
ư
c a
ư
í k
đ L
t h
+0.9 ỏ
u 1.0 i
h b
ầ
n ìn
ì
d h
b
tí
h c
h
c
í 0.6 á
t p
ể
h
T 0.2
10
0
5 15 20 25 30
Thời gian, s
-0.4 -0.285
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 25 0.417 l/s
/
l
,
g
n 1.185
ợ 20 20 0.333 l/s
(ii) Từ giây thứ 5 đến giây thứ 10 ư
l
- Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min
u 1.53
ư 15 -
L + Lưu lượng vào bình tích áp
Bơm cung cấp = 0.18 l/min 10 - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp
0.9 1.8
5 + +
Hệ thống cần = 25 l/min = 0.417 l/s
0 5 10 15 20 25 30
Thời gian, s
g p
á
n h
Lưu lượng cần phải bù từ bình tích o íc
r t
t h
1.8
ìn
a b
L
ứ
l o +1.53
ư
à
áp = 0.417 – 0.18 = 0.237 l/min h
, v u
c g l
p
ư
1.4 n ợ
á
c ợ
n
lư g
ợ
h
u r
ư
c a
ư
í k
đ L
t h
+0.9 ỏ
u 1.0 i
h b
ầ
n ìn
ì
Như vậy thể tích dầu cần từ bình d
h
b
tí
h c
h
c
í 0.6 á
t p
tích áp từ giây 5 đến giây 10 là
ể
h
T 0.2
10
0
5 15 20 25 30
0.237 x 5 = 1.185 lít. Thời gian, s
-0.4 -0.285
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 25 0.417 l/s
/
l
,
g
n 1.185
ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min
u 1.53
ư 15 -
L + Lưu lượng vào bình tích áp
(iii) Tương tự, từ giây thứ 10 10 - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp
0.9 1.8
đến giây thứ 20 của chu trình 5 + +
0 5 10 15 20 25 30
Lưu lượng vào bình tích áp là Thời gian, s
g p
á
n h
0.18 x 10 = 1.8 lít o c
í
r t
t h
1.8
ìn
a b
L
ứ
l o +1.53
ư
à
h
, v u
c g l
p
ư
1.4 n ợ
á
c ợ
n
lư g
ợ
h
u r
ư
c a
ư
í k
đ L
t h
+0.9 ỏ
u 1.0 i
h b
ầ
n ìn
ì
d h
b
tí
h c
h
c
í 0.6 á
t p
ể
h
T 0.2
10
0
5 15 20 25 30
Thời gian, s
-0.4 -0.285
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 25 0.417 l/s
/
l
,
g
n 1.185
ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min
(iv) Từ giây thứ 20 đến giây thứ 30 u 1.53
ư 15 -
Bơm cung cấp = 0.18 l/min L + Lưu lượng vào bình tích áp
10 - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp
0.9 1.8
Hệ thống cần = 20 l/min = 0.333 l/s 5 + +
0 5 10 15 20 25 30
Lưu lượng cần phải bù từ bình tích Thời gian, s
g p
á
áp = 0.333 – 0.18 = 0.153 l/min n h
o íc
r t
t h
1.8
ìn
a b
L
ứ
l o +1.53
ư
à
h
, v u
c g l
p
ư
1.4 n ợ
á
c ợ
Như vậy thể tích dầu cần từ bình n
lư g
ợ
h
u r
ư
c a
ư
í k
đ L
t h
tích áp từ giây 20 đến giây 30 là +0.9 ỏ
u 1.0 i
h b
ầ
n ìn
ì
d h
b
tí
h c
h
c
í 0.6 á
t p
0.153 x 10 = 1.53 lít. ể
h
T 0.2
10
0
5 15 20 25 30
Thời gian, s
-0.4 -0.285
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 25 0.417 l/s
/
l
,
g
Thể tích dầu được lưu trữ lớn n 1.185
ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- Lưu lượng bơm = 0.18 l/s = 10.84 l/min
nhất trong bình tích áp là (1.53 u 1.53
ư 15 -
+ 0.285) = 1.815 l. L + Lưu lượng vào bình tích áp
10 - Lưu lượng cần cung cấp bởi bình tích áp
0.9 1.8
Áp suất làm việc của hệ thống là 5 + +
150 bar.
0 5 10 15 20 25 30
Thời gian, s
g p
á
n h
Áp suất khí nén trong bình tích o c
í
r t
t h
1.8
ìn
a b
L
ứ
áp được chọn bằng 90% giá trị l o +1.53
ư
à
h
, v u
c g l
p
ư
1.4 n ợ
á
c ợ
n
này, tức là 0.9 x 150 = 135 bar. lư g
ợ
h
u r
ư
c a
ư
í k
đ L
t h
+0.9 ỏ
u 1.0 i
Áp suất lớn nhất được chọn h
b
ầ
n ìn
ì
d h
b
tí
phải nằm trong vùng cho phép h c
h
c
í 0.6 á
t p
ể
của bơm, đối với bơm bánh h
T 0.2
10
răng áp suất này khỏang chừng 0
5 15 20 25 30
250 bar. Như vậy ta có thể chọn Thời gian, s
-0.4 -0.285
áp suất lớn nhất để tính tóan là
207 bar.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Để tính được kích thước thực của bình tích áp, các trạng thái khác
nhau của khí trong bình tích áp được xem xét. Chú ý rằng các giá trị
áp suất và nhiệt độ trong các phép tính liên quan đến chất khí phải
là các giá trị tuyệt đối.
. Áp suất khí ban đầu, P1 = 135 bar đồng hồ = 136 bar, áp suất tuyệt đối.
. Áp suất lớn nhất, P2 = 207 bar đồng hồ = 208 bar, áp suất tuyệt đối.
. Áp suất nhỏ nhất, P3 = 150 bar đồng hồ = 151 bar, áp suất tuyệt đối
Khí
P2
P1 P3
V2
V1 V3
Dầu
a) b) c)
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Thể tích dầu (nhỏ nhất) cần cung cấp bởi
bình tích áp như đã tính ở phần trên là:
V3 – V2 = 1.815 l
Giả sử quá trình chuyển đổi từ trạnh thái
a) sang b) là quá trình đẳng nhiệt, khi đó
P1V1 = P2V2
Hay
(V1/V2) = (P2/P1) = 208/136= 1.529
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Giả sử rằng quá trình chuyển trạng thái từ b)
sang c) là quá trình đẳng entropi, khi đó
γ γ
P2V2 = P3V3 , γ = 1.4
γ
(V3/V2) = P2/P3 = 208/151
1.4
(V3/V2) = (208/151) = 1.257
Vậy
V3 – V2 = 1.815
V1 = 1.529 V2
V3 = 1.257 V2
Từ các công thức trên ta tính được V1 = 10.8 l
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Như vậy, theo kết quả tính tóan ở trên thì
bình tích áp phải có thể tích tối thiểu là
10.8 lít.
Khí trong bình phải nén trước với áp suất
135 bar và áp suất lớn nhất là 207 bar.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Bơm cần phải cấp một lưu lượng là 10.84 l/min áp suất
làm việc lớn nhất là 207 bar.
Theo catalog của nhà sản xuất (xem bảng), ta có hai
bơm gần với thông số yêu cầu.
. Bơm thứ nhất là OPL 025 có lưu lượng tại vận tốc quay 1500
rev/min là 11.73 l/min, áp suất làm việc lớn nhất là 225 bar.
. Bơm thứ hai là 1PL 028 có lưu lượng tại vận tốc quay 1500
rev/min là 13.72 l/min, áp suất làm việc lớn nhất là 250 bar.
. Vì hệ thống làm việc ở áp suất tương đối cao nên bơm thứ hai
được lựa chọn để tăng độ an tòan cho hệ thống.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Bơm được chọn là OPL 028:
. Lưu lượng là 13.17 l/min tại vận tốc quay
1440 rev/min, nghĩa là 0.219 l/s.
. Sau khi đã chọn bơm, ta tính lại để chọn bình
tích áp như sau
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 0.417 l/s
/ 25
l
,
Để tránh hiện tượng dư g
n 0.99
ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- 1.14
dầu trong bình tích áp (vì u
ư 15
điều này làm giảm tuổi L -
10 Lưu lượng bơm = 0.219 l/s
1.095 + Lưu lượng vào bình tích áp
thọ của túi khí) thì cần 2.19
5 +
phải lắp thêm vào hệ + - Lưu lượng ra bình tích áp
thống 1 van xả tải 0 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s
l
,
(unloading valve). h
n
ì
b
g
n 1.4
o
r
t
a
Thời gian để xả tải là ứ Thời gian bơm xả tải xấp xỉ
h 1.0
c
5.27 s
u
ầ
1.155 / 0.219 (lưu lượng d
0.8
h
c
í
t
bơm) = 5.27 s ể 0.4
h
T
0
-0.2 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
n
i
m 25 0.417 l/s
/ 25
l
,
g
n 0.99
ợ 20 20 0.333 l/s
ư
l
- 1.14
Như vậy, u
ư 15
L -
V3 – V2 = 1.14 lít
10 Lưu lượng bơm = 0.219 l/s
1.095
2.19 + Lưu lượng vào bình tích áp
+
Giả sử áp suất là bằng 5 + - Lưu lượng ra bình tích áp
nhau như trong phần tính
tóan ở trên, vậy thì 0 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s
l
,
h
V = 1.529 V n
1 2 ì
b
V = 1.257 V g
3 2 n 1.4
o
r
t
a
ứ Thời gian bơm xả tải xấp xỉ
h 1.0
Từ đây ta tính được V = c
1 5.27 s
u
ầ
6.78 lít. d
0.8
h
c
í
t
ể 0.4
Như vậy bình tích áp có thể tích là h
T
10 lít là đủ để dùng cho trường hợp 0
này với bơm IPL 028 có lưu lượng -0.2 5 10 15 20 25 30 Thời gian, s
là 13.17 l/min.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Sơ đồ thủy lực của hệ thống được trình bày ở hình vẽ. Giá trị được cài đạt
cho công tắc áp suất là 207 bar.
207 bar
Hệ thống sử dụng van giới hạn áp
suất tác động gián tiếp được điều
V
khiển nhờ một van điện từ. Điều này Đến hệ thống 230 bar
cho phép bơm khởi động không tải ở
giai đọan ban đầu.
Thời gian bơm xả tải trong một chu trình M
làm việc được tính bằng: 1.155/0.219 = a)
5.27 s.
7
W
k Năng lượng cần
, 6.25 kW
g 6
n Năng lượng cung cấp
Năng lượng thủy lực cung cấp bởi bơm là: ợ
ư
l
g 5 Năng lượng bơm
n 4.54 kW
(13.17 l/min x 207 bar) / 600 = 4.54 kW ă (bỏ qua giai đọan xả tải)
N
4
3.3 kW
Vì bơm xả tải trong 5s, do vậy hiệu suất 3
của hệ thống được tính là: 2
1
(5)(6.25)(0.5) (10)(3.3)(0.5)
0 5 10 15 20 25 30
100 28.3% b)
(30 5)(4.54) Thời gian, s
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Hệ điều khiển dùng một bơm thể tích riêng thay
đổi
Áp suất làm việc của hệ thống là 150 bar Hệ thống
do vậy các bơm cánh gạt không sử dụng
được (Vì các bơm cánh gạt chỉ làm việc ở
áp suất từ 70 cho đến 100 bar).
Trong trường hợp này bơm piston được
lựa chọn. Áp suất làm việc của các bơm
piston có thể lên đến 350 bar. Bơm được 180 bar
chọn phải có lưu lượng tối thiểu là 25 l/min
ở áp suất làm việc 150 bar. Từ catalog của M 150 bar
nhà sản xuất (bảng 2.3) bơm PVB10 có
lưu lượng lý thuyết là 21.1 l/min tại vận tốc
1000 rev/min với áp suất làm việc tối đa là
210 bar.
Như vậy tại vận tốc quay 1440 rev/min
bơm có lưu lượng là 30.4 l/min.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Ta có thể chỉnh thể tích riêng của bơm để có lưu
lượng lớn nhất là 25 l/min.
Ở hành trình từ giây thứ 20 đến giây thứ 30, lưu
lựơng mà hệ thống cần là 20 l/min, nhỏ hơn lưu
lượng lớn nhất của bơm.
Như vậy, cần thiết phải lắp vào hệ thống van
điều chỉnh lưu lượng để nhận được giá trị này.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Áp suất cân bằng của bơm Hệ thống
được chỉnh ở giá trị đúng
bằng áp suất làm việc lớn
nhất là 150 bar.
180 bar
Trong hệ thống vẫn phải có
1 van an tòan để để phòng M 150 bar
sự cố, van này được điều
chỉnh cao hơn áp suất cân
bằng của bơm, là 180 bar.
CENNITEC
Các mạch điều khiển bơm
Năng lượng thủy lực cung cấp là:
. Từ giây 5 đến giấy 10 : (25 x 150) / 600 = 6.25 kW
. Từ giây 20 đến 30: (20 x 150)/600 = 5 kW
. Hiệu suất của hệ thống là:
6.255 3.310 32.125
/6.255 510 100 39.5%
2 2 81.25
Năng lượng cần
Năng lượng cung cấp
Năng lượng dư
W
k
, 6.25 kW
g
n
ợ 6
ư
l
g 5 kW
n
ă 5
N
4
3.3 kW
3
2
1
5 10 15 20 25 30
Thời gian, s
CENNITEC
Thi giữa kỳ
Thời điểm: tuần thứ 7-8
Thời gian thi: 45-60 phút
Hình thức: không được sử dụng tài liệu
Nội dung:
. Nhận biết ký hiệu các thành phần thủy lực
. Tính toán công suất, lưu lượng, vận tốc, lực,
mô-men, hiệu suất thể tích, hiệu suất cơ khí
CENNITEC
Bài tập
2.1 Một bơm có thể tích riêng Dp = 1.7
cm3 được kéo ở vận tốc 1500 vòng/phút.
Nếu bơm có hiệu suất thể tích là 87 % và
hiệu suất tổng là 76 %, tính:
. a) Lưu lượng bơm cung cấp (l/min)
. b) Công suất cần để kéo bơm khi nó làm việc
ở áp suất 150 bar.
CENNITEC
Bài tập
2.2 Một bơm bánh răng cung cấp lưu
lượng 15 l/min ở áp suất vận hành là 200
bar. Bơm được kéo ở vận tốc 1430
vòng/min. Nếu công suất cung cấp là 6.8
kW và hiệu suất cơ khí của bơm là 87 %.
Tính thể tích riêng của bơm (cm3).
CENNITEC
Bài tập
2.3 Hệ thống thủy lực cần lưu lượng là 32
l/min ở áp suất 260 bar. Bơm được dung
là loại bơm có thể tích riêng thay đổi được
và được hiệu chỉnh bằng tay. Thể tích
riêng cực đại của bơm là 28 cm3. Bơm
được kéo ở vận tốc quay là 1430
vòng/phút. Hiệu suất tổng của bơm là
0.85, hiệu suất thể tích là 0.90. Tính:
. a) Thể tích riêng của bơm được hiệu chỉnh ở
mức bao nhiêu % so với giá trị cực đại.
. b) Công suất cần để kéo bơm.
CENNITEC
Bài tập
2.4 Một hệ thống thủy lực dùng 25 lít dầu trong
1 phút được cung cấp bơm có thể tích riêng là
12.5 cm3, vận tốc quay của bơm là 2880
vòng/phút. Bơm có hiệu suất thể tích là 0.85 và
hiệu suất tổng là 0.75. Nếu van giới hạn áp suất
của hệ thống được cài ở giá trị 180 bar, tính:
. a) Lưu lượng cung cấp bởi bơm
. b) Công suất cần thiết để kéo bơm
. c) Mô-men kéo tại trục bơm
. d) Năng lượng dư do dầu xả qua van giới hạn áp
suất.
CENNITEC
Bài tập
2.8 Hệ thống thủy lực nâng hạ tải được trình
bày như hình dưới đây. Vận tốc xy lanh khi hạ
tải được kiểm soát bởi van điều chỉnh lưu lượng
1 hướng.
. a) Gọi tên các thành phần thủy lực được đánh số
trong hình vẽ
. b) Vẽ trạng thái hệ thống đang trong lúc hạ tải, khi
đó tính áp suất trong buồng chứa ti của xy lanh, Pc,
lưu lượng vào xy lanh, Qin, lưu lượng ra của xy lanh,
Qout, lưu lượng bơm cung cấp, Qp, công suất đầu ra
của bơm, Nh, công suất để kéo bơm, Nin.
CENNITEC
Bài tập
c) Tính tiết diện của van điều chỉnh lưu lượng. Lưu
lượng qua van điều chỉnh lưu lượng được xác định theo
Q Cd At 2P/
. Q = Lưu lượng qua van điều chỉnh lưu lượng, m3/s.
2
. At = Tiết diện van, m
. Cd = Hệ số, Cd = 0.611
. ΔP = Độ chênh áp suất trên van, Pa
. ρ = Khối lượng riêng của lưu chất, ρ = 870 kg/m3
d) Năng lượng mất qua van điều chỉnh lưu lượng và qua
van giới hạn áp suất.
CENNITEC
Bài tập
Qin
12
Pc
Qout
10 11
W v
9
8
7
P Qp
3 M 2 6
5
4
1
CENNITEC
Bài tập
Cho biết,
Áp suất tại ngõ ra bơm = 30 bar
Vận tốc xy lanh khi hạ tải = 0.07 m/s
2
Diện tích piston Ap = 78.5 cm
2
Diện tích ti Ar = 40 cm
Giá trị cài đặt van giới hạn áp suất = 35 bar
Tải W = 30 kN
Hiệu suất thể tích = 0.90
Hiệu suất tổng = 0.81
3
Thể tích riêng Dp = 30 cm /vòng
Số vòng quay np = 1400 vòng/min
CENNITEC
CENNITEC
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_truyen_dong_thuy_luc_va_khi_nen_chuong_2_bom_le_th.pdf