Giáo trình Điều khiển thủy lực

................................................................ 12 1. Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực ...................................................... 12 2. Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực .................................................................. 12 3. Cấu trúc của hệ thống thủy lực ...................................................................................................... 13 4. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản ...................................................................................................... 13 5. Phạm vi ứng dụng .......................................................................................................................... 13 6. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực......................................................................................... 14 7. Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................................ 14 Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu ..................................................................................................... 15 1. Trạm dầu ....................................................................................................................................... 15 2. Bơm dầu ........................................................................................................................................ 16 3. Bơm bánh răng .............................................................................................................................. 17 4. Bơm piston .................................................................................................................................... 18 5. Bộ lọc dầu ...................................................................................................................................... 20 6. Bình trích chứa (Bình tích áp) ..................................................................................................... 20 7. Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................................ 21 Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng ................................................................................................. 22 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực ........................................................................... 23 2. Van áp suất .................................................................................................................................... 23 3. Van chặn ........................................................................................................................................ 25 4. Van tiết lưu .................................................................................................................................... 26 5. Bộ ổn tốc ....................................................................................................................................... 26 6. Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................................ 26 Bài 4: Các phần tử điện - thuỷ lực cơ bản ............................................................................................... 27 1. Van đảo chiều ................................................................................................................................ 27 2. Van đảo chiều 2/2 .......................................................................................................................... 29 3. Van đảo chiều 3/2 .......................................................................................................................... 29 4. Van đảo chiều 4/2 .......................................................................................................................... 29 5. Van đảo chiều 4/3 .......................................................................................................................... 30 6. Van tỷ lệ ........................................................................................................................................ 31 7. Van Servo ...................................................................................................................................... 31 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 11 8. Xi lanh thủy lực............................................................................................................................. 33 9. Động cơ thủy lực ........................................................................................................................... 35 10. Ống dẫn, ống nối ......................................................................................................................... 36 11. Câu hỏi ôn tập ................................................................................... Error! Bookmark not defined. Bài 5: Các mạch điện - thuỷ lực ứng dụng. .................................................. Error! Bookmark not defined. 1. Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay ................................................. Error! Bookmark not defined. 2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc ................................................... Error! Bookmark not defined. 3. Hệ thống cơ cấu nâng hạ ..................................................................... Error! Bookmark not defined. 4. Máy khoan bàn .................................................................................... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... Error! Bookmark not defined. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 12 Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Giới thiệu: Bài học này chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực, các ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực, đơn vị đo, cấu trúc chung của hệ thống thủy lực. Mục tiêu: - Trình bày được đơn vị đo các đại lượng cơ bản: áp suất, lưu lượng, thể tích, công suất; Trình bày được các yêu cầu của dầu dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. - Phân Biệt được đơn vị đo của các đại lượng áp suất, lưu lượng, thể tích, công suất; - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung: 1. Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực - 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ. - 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nh-: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không, ... - 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suất lớn 2. Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 2.1 Ưu điểm - Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về 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 có sẵn). - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau. - 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 sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện). - Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. - Dễ đề phòng quá tải 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 hoá. 2.2. Nhược điểm - Mất mát 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. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 13 3. Cấu trúc của hệ thống thủy lực - Thùng dầu: Dùng để chứa dầu thủy lực. - Bơm dầu: Dùng để tạo áp lực truyền năng lượng cho dầu. - Lọc dầu: Dùng để lọc bụi và nước trong dầu - Bình tích năng: Bổ sung lưu lượng vào cho mạch, hệ thống. Ổn định áp suất cho hệ thống đang hoạt động khi bơm gặp sự cố hoặc dừng lại. Dự trữ năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Giảm sốc cho dòng chảy vận tốc cao, khử dao động trong mạch với các mạch đóng ngắt liên tục ở áp suất cao. - Van thủy lực: Dùng để điều chỉnh và điều khiển dòng dầu - Cơ cấu chấp hành: Dùng để dẫn động máy sản xuất 4. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal (Pa) Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1Newton (N) 1Pa = 1N/m 2 1Pa = 1 kgm/s2/m2 = 1 kg/m2 Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa) 1Mpa = 1000000 Pa Ngoài ra còn sử dụng đơn vị bar: 1 bar = 105 Pa Và đơn vị kgf/cm2 (theo tiêu chuẩn cộng hòa liên bang Đức) 1 kgf/ cm2 = 0.980665 bar = 0.981 bar 1 bar =1.02 kgf/cm2 Trong thực tế có thể coi: 1bar = 1kgf/cm2 = 1at Ngoài ra một số nước Anh, Mỹ còn sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) : 1bar = 14.5 psi 5. Phạm vi ứng dụng Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp như trong các máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời... Dưới đây là một số ứng dụng của điều khiển thủy lực: Thùng dầu Bơm dầu Lọc dầu Bình tích năng Van thủy lực Cơ cấu chấp hành TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 14 Hình 1.1: Hệ thống bão dưỡng xe,tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén Hình 1.2: Máy cắt thủy lực-Khuôn tạo dè xe máy Hình 1.3: Máy ép thủy lực-Ghép các cơ cấu khuôn Hình 1.4: Máy chấn thủy lực-Máy ép đế giày Hình 1.4: Máy uốn ống thủy lực-Đóng gói sản phẩm-Phân loại sản phẩm 6. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 6.1 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. - Độ nhớt động lực Độ nhớt động lực η là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt 1m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s. - Độ nhớt động Độ nhớt động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực η với khối lượng riêng ρ của chất lỏng (1.1) 7. Câu hỏi ôn tập 1. Thủy lực là gì? A. Là sử dụng chất lỏng để truyền năng lượng B. Là sử dụng khí nén để truyền năng lượng C. Là sử dụng điện năng để truyền năng lượng D. Là sử dụng động cơ điện để truyền năng lượng 2. Đơn vị nào sau đây dùng để đo áp lực? A. Bar B. Psi C. Kgf/cm2 D. Cả ba đáp án trên 3. 1 bar bằng bao nhiều Psi? A. 14 Psi. B. 15 Psi. C. 14,5 Psi. D. 15,4 Psi 4. 1 bar bằng bao nhiêu Pa? A. 106 Pa B. 100 Pa C. 105 Pa D. 107Pa TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 15 5. Đơn vị nào sau đây là đơn vị đo lưu lượng? A. Lít/phút B. Kg C. Kw D. N 6. Hệ thống điều khiển thủy lực gồm những thành phần cơ bản nào? A. Động cơ điện, bơm dầu, động cơ thủy lực, van điều khiển B. Thùng dầu, bơm dầu, thiết bị đo lường, van an toàn, van điều khiển, bình tích năng, cơ cấu chấp hành C. Bơm dầu, thùng dầu, van điều khiển, van an toàn D. Thùng dầu, bơm dầu, thiết bị đo lường, van điều khiển, cơ cấu chấp hành Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu Giới thiệu: Bài học này sẽ cung cấp cho chúng ta những kiến thức liên quan đến bể dầu và các thiết bị xử lý dầu trước khi dầu thủy lực được cung cấp cho mạch điều khiển. Mục tiêu: - Trình bày được nguyên lý hoạt động cuả các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính cuả thùng dầu, bình trích chứa; - Phân loại và nhận dạng được các thiết bị cung cấp và xử lý dầu như: các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính cuả thùng dầu, bình trích chứa; - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung: 1. Trạm dầu 1.1 Ký hiệu: Hình 2.1: Ký hiệu bể dầu 1.2 Nhiệm vụ - Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về). - Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc. - Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc. - Tách nước TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 16 1.3. Cấu tạo và chức năng của các bộ phận trong bể dầu 1. Động cơ điện; 2. ống nén; 3. Bộ lọc; 4. Phía hút; 5. Vách ngăn; 6. Phía xả; 7. Mắt dầu; 8. Đổ dầu; 9. ống hồi dầu. Hình 2.2: Cấu tạo bể dầu 2. Bơm dầu 2.1. Ký hiệu Hình 2.3: Ký hiệu bơm dầu 2.2. Nhiệm vụ Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy theo kết cấu và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại giống nhau. Bơm dầu: là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép 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, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén. Tuỳ 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 có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh. Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất. Động cơ dầu: là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 17 vào buồng công tác của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay. Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra. 2.3 Phân loại a. Bơm với lưu lượng cố định Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; Bơm bánh răng ăn khớp trong; Bơm pittông hướng trục; Bơm trục vít; Bơm pittông dãy; Bơm cánh gạt kép; Bơm rôto. b. Bơm với lưu lượng thay đổi Bơm pittông hướng tâm; Bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng); Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu); Bơm cánh gạt 3. Bơm bánh răng 3.1. Cấu tạo 1. Bánh răng 2. Bạc lót 3. Vỏ bơm 4. Mặt bích trước và sau của bơm 5. Phớt làm kín sau 6. Phớt làm kín trước 7. Vòng khóa hãm Hình 2.4: Cấu tạo bơm bánh răng 3.2. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén 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. 3.3 Ứng dụng TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 18 Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp,.... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể đến 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo). Bơm bánh răng gồm có: Loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử 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. Hình 2.5: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong 4. Bơm piston Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston - 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 = 700bar). Bơm piston thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn. Ví dụ: máy xúc, máy ép thủy lực Dựa trên cách bố trí pisotn bơm có thể phân thành hai loại: Bơm piston hướng tâm. Bơm piston hướng trục. Bơm piston có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh được. 4.1 Bơm piston hướng tâm 4.1.1 Cấu tạo Hình 2.6: Cấu tạo bơm piston hướng tâm 4.1.2 Nguyên lý hoạt động Pít tông bố trí trong các lỗ hướng tâm rôto, quay xung quanh trục. Nhờ các rãnh và các lỗ bố trí thích hợp trên trục phân phối, có thể nối lần lượt các xi lanh trong một nữa vòng quay của rô to với khoang hút nữa kia với khoang đẩy. Sau một vòng quay của rôto, mỗi pít tông thực hiện một khoảng chạy kép có lớn bằng 2 lần độ lệch tâm e. Trong các kết cấu mới, truyền động pít tông bằng lực ly tâm. Pít tông tựa trực tiếp trên đĩa vành khăn. Mặt đầu của pít tông là mặt cầu đặt hơi nghiêng và tựa trên mặt côn của đĩa dẫn. Rô to quay được nối với trục qua ly hợp. Để điều khiển độ lệch tâm e, ta sử dụng vít điều chỉnh. 4.1.3 Ứng dụng Thông thường, bơm đa dạng mức áp suất làm việc, có thể đặt 700 bar hoặc 10000 Psi, có thể lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau như trên thùng dầu Bơm dầu thủy lực cung cấp dầu cho xi lanh đơn và cả cho xi lanh kép với hành trình và đường kính đa dạng. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 19 4.2 Bơm piston hướng trục 4.2.1 Cấu tạo Hình 2.7: Cấu tạo bơm piston hướng trục đĩa nghiêng Bơm thủy lực piston hướng trục là một loại bơm có cấu tạo đặc biệt. cấu tạo piston hướng trục có các piston trong bơm được đặt song song nhau và hướng trục, được truyền bằng khớp nối hay đĩa nghiêng nên vẫn thường được gọi bơm piston đĩa nghiêng. Các piston này luôn tì sát vào đĩa nghiêng nên vừa chuyển động quay của rotor vừa chuyển động tịnh tiến của piston. 4.2.2 Nguyên lý hoạt động Trục của bơm sẽ nối với động cơ điện cụ thể là motor. Các piston sẽ được bố trí trong khoang bơm. Thông thường một bơm piston sẽ có trung bình 6 piston. Các đầu piston lắp tì vào đĩa nghiêng. Trong nửa vòng quay đầu tiên, các piston sẽ biến đổi khoảng cách để tạo nên khoảng trống bên trong bơm làm giảm áp suất và hút dầu, chất lỏng thủy lực đi vào. Tiếp nửa vòng quay còn lại piston sẽ chuyển động để thể tích trong bơm giảm đi, dầu và các chất được bơm bị ép ra ngoài với một áp nhất định. Và do kết nối với motor nên khi motor quay vài nghìn vòng trên 1 phút thì lượng dầu hút và đẩy ra liên tục rất lớn. 4.2.3 Ứng dụng Bơm này có rất nhiều ưu điểm như: độ tin cậy khi làm việc cao. Kích thước của bơm nhỏ gọn, nếu so với bơm hướng tâm thì cụ thể nhỏ hơn khoảng 2 lần. Bơm có hai khoang đẩy, khoang hút được bố trí riêng biệt nên dù có kích thước lớn nhưng không làm tăng kích thước của bơm. Khách hàng có thể nâng cao số vòng quay của bơm để có lưu lượng lớn hơn. Bơm piston hướng trục được phân chia thành 2 dòng: bơm piston cong, bơm piston thẳng. Bơm cong là khi các piston chuyển động tịnh tiến lệch phương so với trục còn bơm thẳng thì chuyển động tịnh tiến piston cùng phương với trục. Áp lực có thể lên đến 700 bar. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 20 5. Bộ lọc dầu 5.1 Ký hiệu Hình 2.8: Ký hiệu bộ lọc dầu 5.2 Nguyên lý làm việc Khi dầu đi qua bộ lọc nước và bụi bẩn sẽ bị màng lọc giữ lại còn dầu sạch đi tiếp đến cơ cấu chấp hành, bơm dầu hoặc hồi về thùng dầu. 5.3 Chức năng 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 chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu sử dụng dầu thủy lực, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của hệ thống. Do đó trong các hệ thống điều khiển thủy lực đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn và nước thâm nhập vào bên trong các cơ cấu chấp hành, van thủy lực. 5.4 Lắp đặt Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm, ở cửa ra của bơm và một bộ ở ống xả của hệ thống dầu thủy lực. 5.5 Ứng dụng Tùy thuộc vào kích thước chất bẩn có thể lọc đuợc. Bộ lọc dầu có thể phân thànhcác 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. Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc những chất bẩn đến 0,001mm. Các hệ thống dầu trong máy công cụ thường dùng bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh Bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng các phòng thí nghiệm. 6. Bình trích chứa (Bình tích áp) 6.1 Ký hiệu Hình 2.9: Ký hiệu bình tích áp 6.2 Cấu tạo Hình 2.10: Ký hiệu bình tích áp 6.3 Nguyên lý hoạt động Nguyên tắc hoạt động của bình trích chứa loại này gồm có hai quá trình đó là quá trình nạp và quá trình xả. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 21 Hình 2.11: Quá trình nạp Hình 2.12: Quá trình nạp Túi cao su ở trong bình sẽ được nạp đầy khí Nitơ thông qua cửa trên của bình. Ở quá trình nạp dầu thủy lực sẽ đi vào bình thông qua cửa dưới của bình. Dầu sẽ nén túi cao su lại đến khi áp suất dầu thủy lực bằng áp suất khí Nitơ trong túi. Khi cơ cấu chấp hành làm việc bình thực hiện quá trình xả. Nhờ áp lực khí Nitơ trong túi cao su sẽ đẩy dầu thủy lực ra khỏi bình và cấp bổ sung áp lực cho cơ cấu chấp hành. 6.4 Chức năng Bình trích 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 áp làm việc theo hai quá trình: tích năng lượng vào và cấp năng lượng ra. Bình trích chứa được sử dụng rộng rãi trong các loại máy rèn, máy ép, trong các cơ cấu tay máy,... nhằm làm giảm công suất của bơm, tăng độ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thủy lực. 6.5 Lắp đặt Bình tích áp được lắp đặt trên dường ống thủy lực, sau đầu ra của bơm thủy lực và trước van điều khiển 6.6 Ứng dụng. Bình tích áp được sử dụng ở những hệ thống thủy lực có cơ cấu dẫn động lớn. 7. Câu hỏi ôn tập 1. Thùng dầu dùng để làm gì? A. Chứa dầu. B. Chứa nước. C. Tích điện năng. D. Chứa khí nén 2. Lọc dầu dùng để làm gì? A. Lọc khí B. Lọc chất bản trong dầu C. Điều khiển dầu D. Báo mức dầu 3. Mắt dầu dùng để làm gì? A. Quan sát mức dầu trong thùng B. Xả dầu C. Đổ dầu vào thùng D. Lọc dầu 4. Bơm thủy thực biến đổi năng lượng gì thành năng lượng dầu? A. Động năng B. Thế năng C. Quang năng D. Cơ năng 5. Bơm thủy lực được dẫn động bằng thiết bị gì? A. Động cơ điện B. Máy nổ C. Tay người D. Đáp án A và B 6. Bơm thủy lực có những loại nào? A. Piston B. Cánh gạt C. Bánh răng D. Cả 3 ý trên 7. Bơm thủy lực dùng để làm gì? A. Quay cơ cấu chấp hành B. Điều khiển dầu C. Bơm dầu cho hệ thống D. Lọc dầu 8. Bơm thủy lực hoạt động trên nguyên lý nào? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 22 A. Giảm lưu lượng B. Tăng lưu lượng C. Tăng thể tích D. Giảm thể tích 9. Bơm thủy lực loại bánh răng có mấy bánh răng A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 10. Bơm thủy lực kiều piston có những loại nào? A. Hướng tâm B. Hướng trục C. Vô hướng D. Đáp án A và B 11. Động cơ điện có nhiệm vụ gì trong hệ thống thủy lực? A. Dẫn động cơ cấu chấp hành B. Điều khiển dầu C. Dẫn động bơm thủy lực D. Làm mát dầu thủy lực 12. Để làm mát dầu thủy lực chúng ta sử dụng thiết bị nào? A. Máy sấy B. Động cơ điện C. Bơm D. Giàn làm mát 13. Đồng hồ đo áp lực có nhiệm vụ gì trong hệ thống thủy lực A. Đo lưu lượng dầu B. Đo thể tích dầu C. Đo áp lực dầu D. Đo nhiệt độ dầu 14. Dùng thiết bị nào sau đây để đo lưu lượng? A. Đồng hồ nhiệt độ B. Đồng hồ áp lực C. Đồng hồ lưu lượng D. Đồng hồ tốc độ 15. 1Mpa bằng bao nhiêu Bar? A. 100 bar B. 1 bar C. 10 bar D. 0,1 bar 16. Bình trích chứa có tác dụng gì? A. Điều hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc B. Chứa dầu C. Điều khiển dầu D. Điều khiển cơ cấu chấp hành 17. Bình trích chứa hoạt động có bao nhiêu quá trình? A. Tích năng và cấp năng lượng B. Xả năng lượng C. Tích năng lượng D. Tiêu hao năng lượng Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng Giới thiệu: Bài học này sẽ cung cấp cho Sinh viên các kiến thức cơ bản về van áp suất và van chặn. Giúp cho Sinh viên có thể lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng các loại van trên sau khi ra trường. Mục tiêu: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 23 - Trình bày được ký hiệu, công dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cuả các loại van thủy lực thông dụng. - Nhận biết được các loại van dùng trong thủy lực; - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung: 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực Hệ thống điều khiển bằng 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, van điều chỉnh áp suất (...) Phần tử đưa tín hiệu: các loại nút ấn, công tắc hành trình, cảm biến (...) Phần tử xử lý: van AND, van OR, bộ điền khiển tuần tự (...) Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...) Cơ cấu chấp hành: xi lanh, động cơ dầu Hình 3.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực Hình 3.2: Hệ thống điều khiển bằng thủy lực 2. Van áp suất 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. 2.1. Van tràn và van an toàn 2.1.1. Ký hiệu Hình 3.3: Ký hiệu van tràn và van an toàn 2.1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc a. Kiểu van bi Hình 3.4: Cấu tạo van an toàn và van tràn kiểu bi 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. 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 b. Kiểu van con trượt Hình 3.5: Cấu tạo van an toàn và van tràn kiểu con trượt 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 pít tông, thì pít tông sẽ Phần tử đưa tín hiệu TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 24 dịch chuyển lên trên, dầu sẽ qua cửa 2 về bể. Lỗ 4 dùng để tháo dầu rò ở buồng trên ra ngoài. Loại van này có độ giảm chấn cao hơn loai 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 chung của van. c. Van điều chỉnh hai cấp áp suất Hình 3.6: Cấu tạo van an toàn và van tràn kiểu 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 tượt 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 l-u, nên p1 > p2, tức là một hiệu áp ∆p = p1 - p2 đ-ợc hình thành giữa phía d-ới và phía trên con trượt. (Lúc này cửa 3 vẫn đóng) 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 từ 63 bar hoặc có thể cao hơn. 2.1.3 Ứng dụng 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 xuyên, còn van an toàn làm việc khi quá tải 2.2. Van giảm áp 2.2.1. Ký hiệu Hình 3.7: Ký hiệu van giảm áp 2.2.2. Cấu tạo Hình 3.8: Cấu tạo van giảm áp TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 25 - Thân van - Vít chỉnh - Nòng van 2.2.3. Nguyên lý hoạt động Sử dụng vít điều chỉnh để thay đổi lực căng của lò xo, nhờ lực căng của lò xo tác động lên nòng van giúp áp suất của đầu ra ở cửa P2 sẽ nhỏ hơn áp suất ở cửa p1. 2.2.4 Ứng dụng 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. 3. Van chặn 3.1. Van một chiều 3.1.1. Ký hiệu Hình 3.9: Cấu tạo van giảm áp 3.1.2. Cấu tạo Hình 3.10: Cấu tạo van một chiều kiểu bi và con trượt 3.1.3. Nguyên lý hoạt động Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướng và ở hướng kia dầu bị ngăn lại 3.1.4. Ứng dụng - Đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể). - Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm). - Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống. 3.2. Van một chiều điều khiển hướng chặn 3.2.1. Ký hiệu Hình 3.11: Ký hiệu van 1 chiều điều khiển hướng chặn 3.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 3.12: Cấu tạo và nguyên lý van một chiều điều khiển hướng chặn TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 26 a) Chiều A qua B, tác dụng như van một chiều; b) Chiều B qua A có dòng chảy, khi có tác dụng tín ngoài X; Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên ngoài tác động vào cửa X. 4. Van tiết lưu 4.1 Ký hiệu Hình 3.13: Ký hiệu van tiết lưu cố định Hình 3.13: Ký hiệu van tiết lưu thay đổi được lưu lượng 4.2 Ứng dụng Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực. 5. Bộ ổn tốc 5.1 Ký hiệu Hình 3.14: Ký hiệu bộ ổn tốc 5.2 Chức năng Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: một van giảm áp và một van tiết lưu. Bộ ổn tốc có thể lắp trên đường vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành như ở van tiết lưu, nhưng phổ biến nhất là lắp ở đường ra của cơ cấu chấp hành. Bộ ổn tốc là cấu đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp (∆p = const), và do đó đảm bảo một lưu lượng không đổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc của cơ cấu chấp hành có giá trị gần như không đổi. 6. Câu hỏi ôn tập 1. Chức năng của van giảm áp? A. Điều chỉnh áp lực đầu ra cấp cho hệ thống điều khiển B. Điều chỉnh áp lực đầu vào cấp cho hệ thống điều khiển C. Điểu khiển lưu lượng dầu D. Điều khiển cơ cấu chấp hành 2. Chức năng của van an toàn? A. Điều chỉnh lưu lượng dầu B. Bảo vệ hệ thống thủy lực khi áp lực dầu vượt quá định mức C. Điều chỉnh áp lực của hệ thống D. Bảo vệ hệ thống thủy lực khi nhiệt độ dầu vượt quá định mức 3. Van an toàn làm việc khi nào? A. Khi non tải B. Khi đủ tải C. Khi quá tải D. Thường xuyên 4. Van cản có tên gọi khác là gì? A. Van đảo chiều B. Van hai chiều C. Van an toàn D. Van một chiều TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 27 5. Rơ le áp suất có tác dụng gì trong hệ thống thủy lực? A. Cắt điện cấp cho động cơ điện khi áp suất của hệ thống vượt qua giới hạn quy định B. Cắt dầu cấp cho hệ thống C. Cắt khí cấp cho hệ thống D. Đóng của cấp dầu 6. Van một chiều cho dòng dầu đi thế nào? A. Đi theo một chiều nhất định B. Đi theo hai chiều C. Không cho dầu đi qua D. Cả 3 đáp án trên 7. Van tiết lưu dùng để làm gì? A. Điều chỉnh áp lực B. Điều chỉnh nhiệt độ C. Điều chỉnh lưu lượng D. Điều chỉnh thể tích 8. Bộ ổn tốc gồm nhưng van nào? A. van một chiều và van đảo chiều B. Van tiến lưu và van đảo chiều C. Van giảm áp và van tiết lưu D. Van an toàn và van tiết lưu Bài 4: Các phần tử điện - thuỷ lực cơ bản Giới thiệu: Để lắp đặt, sửa chữa được mạch điều khiển điện thủy lực các kỹ thuật viên phải có kiến thực và các loại van đảo chiều và cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực. Bài học này sẽ trang bị cho Sinh viên các kiến thức cơ bản về các loại và đảo chiều và cơ cấu chấp hành trong hệ thống điều khiển điện thủy lực. Mục tiêu: - Trình bày được ký hiệu, công dụng và nguyên lý hoạt động cuả các loại phần tử điện- thủy lực cơ bản; - Nhận biết được các phần tử điện – thủy lực cơ bản; - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung: 1. Van đảo chiều 1.1 Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng, mở dòng năng lượng dầu thủy lực để điều khiển các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. 1.2. Cấu tạo TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 28 - Thân van - Nòng van - Tín hiệu tác động 1.3 Nguyên lý làm việc Bằng cách tác động vào nòng van để đóng mở các cửa van giúp điều khiển dòng năng lượng dầu cung cấp cho cơ cấu chấp hành. 1.4 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 tr-ờng 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 hoặc3 vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn 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. 1.5. Các loại tín hiệu tác động 1.5.1 tín hiệu tác động bằng tay 1.5.2 Tín hiệu tác động bằng cơ 1.5.3 Tín hiệu tác động bằng điện 1.5.4 Gọi tên van đảo chiều Gọi tên van đảo chiều như sau: Van đảo chiều + Số cửa + Số vị trí + Tín hiệu tác tác động. 1.5.5 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 4.1a), 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 4.1b), 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 của hệ. Van đảo chiều có mép điều khiển bằng không (hình 4.1c), được sử dụng phần lớn trong các hệ thống điều khiển thủy lực có độ chính xác cao ví dụ như ở van thủy lực tuyến tính hay cơ cấu servo. Công nghệ chế tạo loại van này tuơng đối khó khăn. Hình 4.1: Ký hiệu bộ ổn tốc a. Mét điều khiển dương b. Mét điều khiển âm TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 29 c. Mép điều khiển bằng không 2. Van đảo chiều 2/2 2.1 Ký hiệu Hình 4.2: Ký hiệu van đảo chiều 2/2 2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2.3. Ứng dụng Được sử dụng để đóng cắt nguồn dầu cung cấp cho mạch điều khiển. 3. Van đảo chiều 3/2 3.1. Ký hiệu Hình 4.3: Ký hiệu van đảo chiều 3/2 3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3.3 Ứng dụng Được sử dụng để điều khiển cơ cấu chấp hành trong mạch điều khiển thủy lực. 4. Van đảo chiều 4/2 4.1 Ký hiệu Hình 4.4: Ký hiệu van đảo chiều 4/2 4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 30 4.3 Ứng dụng Được sử dụng điều khiển cơ cấu chấp hành trong các mạch điều khiển thủy lực. 5. Van đảo chiều 4/3 5.1. Ký hiệu Hình 4.5a: Ký hiệu van đảo chiều 4/3 tác động trực tiếp bằng nam châm điện Hình 4.5b: Ký hiệu van đảo chiều 4/3 tác động gián tiếp bằng nam châm điện và van phụ trợ 5.2 Cấu tạo Hình 4.6a: Cấu tạo van đảo chiều 4/3 tác động trực tiếp bằng nam châm điện 1, 2. Cuộn dây của nam châm điện; 3, 6. Vít hiệu chỉnh của lõi sắt từ; 4, 5. Lò xo. Hình 4.6b: Cấu tạo van đảo chiều 4/3 tác động gián tiếp bằng nam châm điện và van phụ trợ 1. Van sơ cấp 2. Van thứ cấp 5.3. Nguyên Lý hoạt động Cấu tạo của van điện từ gồm các bộ phận chính là: loại điều khiển trực tiếp (hình 4.6a) gồm có thân van, con trượt và hai nam châm điện; loại điều khiển gián tiếp (hình 4.6b) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con trượt của van sẽ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 31 hoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm. Có thể gọi van điện từ là loại van điều khiển có cấp. 5.4. Ứng dụng Dùng để đóng mở (như van phân phối thông thường), điều khiển bằng nam châm điện được dùng trong các mạch điều khiển logic. 6. Van tỷ lệ 6.1. Ký hiệu Hình 4.7: Ký hiệu van tỷ lệ 6.2. Cấu tạo Hình 4.8: Cấu tạo của van tỷ lệ Cấu tạo của van tỷ lệ có gồm ba bộ phận chính là : thân van, con trượt, nam châm điện.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. 6.3. Nguyên lý hoạt động Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là loại van điều khiển vô cấp. 6.4. Ứng dụng Là phối hợp giữa hai loại van phân phối và van tiết lưu (gọi là van đóng, mở nối tiếp), có thể điều khiển được vô cấp lưu lượng qua van. Được dùng trong các mạch điều khiển tự động. 7. Van Servo Van servo là dạng van phối hợp giữa hai loại van: van phân phối và van tiết lưu, kết hợp với tín hiệu điều khiển điện. Van servo có thể điều khiển được vô cấp lưu lượng qua van với sai số khoảng 5%. Van servo được dùng trong các mạch điều khiển tự động chẳng hạn ở các máy điều khiển rô-bốt, các máy gia công cơ khí, máy ép nhựa đắt tiền xuất xứ từ Đức, Anh, Mỹ. Hiện nay sản xuất và cung cấp van servo có thể đến các hãng Rexroth, MOOG (Mỹ) hay Juken (Nhật) và có giá thành dao động từ vài ngàn USD trở lên. Link nguồn : https://www.ebookbkmt.com/2016/01/van-servo-cau-tao-va-nguyen-ly- hoat-ong.html 7.1 Ưu nhược điểm: + Ưu điểm Với các hệ thống thủy lực yêu cầu làm việc mượt và độ chính xác cao ở nhiều vận tốc và áp suất làm việc khác nhau trong các hành trình nhỏ, khi dùng van servo sẽ cho kết cấu gọn nhẹ và ít linh kiện thủy lực (giảm phức tạp đấu nối, tổn hao). - Khi một hệ thống thủy lực làm việc, tải thường xuyên thay đổi và công suất bơm có thời điểm sẽ lớn hơn nhiều công suất cần thiết, dẫn đến tổn thất năng lượng. Van servo có ưu điểm giúp bơm TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 32 thủy lực điều chỉnh công suất phù hợp với tải khi tải thay đổi (bơm linh hoạt theo tải), nâng cao hiệu suất hệ thống. + Nhược điểm Giá lắp đặt một hệ thống thủy lực có giá rất cao. Nguyên nhân là bởi vì van servo có giá thành đắt hơn nhiều so với các van thủy lực thông thường (ON/OFF), cộng thêm hệ thống điều khiển PLC đi kèm và yêu cầu hệ thống thủy lực phải đảm bảo kín, sạch. - Dải lưu lượng và áp suất làm việc cho phép nhỏ. Vì nhược điểm này nên thông thường người ta sử dụng kết hợp van servo và van tỷ lệ. Valve servo đóng vai trò nhận tín hiệu điện và chuyển thành tín hiệu dầu thủy lực để điều khiển valve tỷ lệ con trượt, được đóng vai trò valve làm việc chính. Van loại này gọi là “High Response Control Valve”. 7.2 Nguyên lý làm việc Có hai nguyên lý hoạt động của valve servo: 1- Nguyên lý vòi phun - bản chắn: Tên nguyên thủy tiếng Anh là: Double Flapper Nozzle 2- Nguyên lý ống phun: Jet pipe Các valve servo, dù theo nguyên lý nào, bao gồm 3 phần chính: - Cụm coil điện nhận tín hiệu điều khiển gắn liền với một bộ phát tín hiệu dầu thủy lực. - Phần thứ 2 là bộ nhận tín hiệu thủy lực và biến đổi thành tín hiệu điều khiển lõi con trượt phân phối. - Phần thứ 3 là lõi con trượt phân phối làm nhiệm vụ cung cấp lượng dầu cần thiết theo tín hiệu điều khiển ở trên. Dưới đây mô tả nguyên lý làm việc của valve servo kiểu vòi phun - bản chắn hay vòi phun – cánh chặn. Bộ phận điều khiển con trượt của van servo (torque motor) thể hiện trên hình gồm các chi tiết sau: Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con trượt của van servo Nam châm vĩnh cửu Phần ứng và hai cuộn dây Cánh chặn và càng đàn hồi Ống đàn hồi Miệng phun dầu Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữ nhật, phần ứng trên đó có hai cuộn dây và cánh chặn dầu (flapper) mềm, ngàm với phần ứng (gắn cố định), 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 là càng đàn hồi, càng này nối trực tiếp với con trượt. Khi dòng diện vào hai cuộn dây lệch nhau, dưới tác dụng của lực điện từ thì phần ứng bị hút lệch sang phải - trái theo biên độ tỷ lệ với tín hiệu điện đưa vào coil, do sự đối xứng của các cực nam châm mà phần ứng sẽ quay. Có hai vòi phun (tiết lưu - Nozzle) được đặt giữa bản chắn này và cả hai vòi phun này cùng được cấp một áp suất Ps. Khi bản chắn ở vị trí "0", áp suất ở hai đầu vòi phun là như nhau giữ cho áp lực của hai phía lõi valve chia con trượt bên dưới là như nhau. Lõi valve được cân bằng ở vị trí "0". TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 33 Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đàn hồi, cánh chặn bị lệch đi, khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phía này hở ra và phía kia hẹp lại), nó sẽ tiết lưu và làm thay đổi áp suất ở hai vòi phun. Do chênh lệch áp suất ở hai vòi phun dẫn đến áp suất ở hai phía của con trượt lệch nhau và con trượt được di chuyển tương ứng để mở các cửa dầu (Giữa lõi valve con trượt và bản chắn sẽ có một "que dò” hay “càng đàn hồi” để đẩy cánh chặn về vị trí "0" khi lõi con trượt đã xác lập được vị trí "mở" yêu cầu theo tín hiệu điện từ đưa vào cuộn coil) 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 (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 thuận chiều kim đồng hồ, cánh chặn dầu cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phía phải rộng ra và khe hở miệng phun phía trái hẹp lại, áp suất dầu vào hai buồng con trượt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con trượt di chuyển về bên phải, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đường dẫn dầu qua van). Quá trình trên thể hiện ở hình 2b. Đồng thời khi con trượt sang phải 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 phải hẹp lại và khe hở ở miệng phun trái 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 2c. Mômen quay phần ứng và mômen 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. Qua nguyên lý của van servo để so sánh với van tỉ lệ ta nhận thấy. Van tỷ lệ thì bộ điều khiển chỉ làm cho dòng diện ở hai cuộn dây thay đổi, do đó làm cho con trượt của van phân phối chính thay đổi nhưng lại không có sự phản hồi lại, có chăng thì ở một số loại van có thêm bộ chuyển đổi tuyến tính vị trí con trượt (LVDT). Nhưng van servo thì khác, van servo có sự phản hồi này, khi con trượt thay đổi vị trí thì sẽ tạo ra một mô men trên thanh phản hồi "feedback spring" (đầu dò hay càng đàn hồi nêu ở trên) làm cho cánh chắn trở về vị trí cân bằng và giữ yên vị trí của con trượt cho tới khi có tín hiệu thay đổi dòng điện từ hai cuộn dây. Vì lý do trên mà van servo có độ chính xác cao hơn. 7.3 Ký hiệu Hình 4.9: Ký hiệu van servo 8. Xi lanh thủy lực Xi lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng 8.1 Xi lanh tác động đơn 8.1.1. Ký hiệu TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 34 Hình 4.10a: Ký hiệu xi lanh tác động đơn lùi về bằng ngoại lực Hình 4.10b: Ký hiệu xi lanh tác động đơn lùi về bằng lò xo 8.1.2. Cấu tạo - Vỏ xi lanh - Trục piston - Piston - Lò xo - Cửa điều khiển xi lanh 8.1.3. Nguyên lý hoạt động Khi dầu được cấp vào cửa điều khiển của xi lanh, xi lanh tiến lên. Khi ngừng cấp dầu vào cửa điều khiển, xi lanh lùi về bằng ngoại lực hoặc bằng lò xo. 8.1.4. Ứng dụng Được sử để dẫn động máy sản xuất hoặc phanh thủy lực. 8.2 Xi lanh tác động kép 8.2.1. Ký hiệu Hình 4.11a: Ký hiệu xi lanh tác động kép Hình 4.11b: Ký hiệu xi lanh tác động kép có giảm chấn điều chỉnh được Hình 4.11c: Ký hiệu xi lanh tác động cả hai phía TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 35 Hình 4.11d: Ký hiệu xi lanh quay Hình 4.11e: Ký hiệu xi lanh vi sai 8.2.2. Cấu tạo Hình 4.12: Cấu tạo của xi lanh tác động kép 1. Thân; 2. Mặt bích hông; 3.Mặt bích hông; 4. Cần pittông; 5. Pittông; 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 hình O; 15. Đai ốc; 16. Vít vặn; 17. ống nối. 8.2.3. Nguyên lý hoạt động Khi cấp dầu vào cửa sau của xi lanh xi lanh tiến, khi cấp dầu vào cửa trước của xi lanh thì xi lanh lùi. 8.2.4. Ứng dụng Được sử dụng để dẫn cơ cấu máy sản xuất. 9. Động cơ thủy lực Là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay. 9.1 Ký hiệu Hình 4.13a: Ký hiệu bơm thủy lực không đảo chiều quay Hình 4.13b: Ký hiệu bơm thủy lực có đảo chiều quay có thể điều chỉnh được tốc độ 9.2 Động cơ bánh răng 9.2.1 Cấu tạo Cấu tạo của loại motor này sẽ bao gồm 2 bánh răng: một bánh răng không tải và một bánh răng được gắn với trục ra. Cơ bản giống cấu tạo bơm bánh răng. 9.2.2 Nguyên lý làm việc Khi dầu hay chất lỏng thủy lực có áp suất cao được đưa vào ở một bên bánh răng. Nó sẽ chảy quanh bánh răng và đến vỏ động cơ sau đó được nén ra khỏi động cơ. 9.2.3 Ứng dụng – Ứng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng – Ứng dụng trong xe nâng hàng – Ứng dụng trong thang máy – Ứng dụng trong các nhà máy nước ép, nước sốt. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 36 9.3. Động cơ piston 9.3.1 Cấu tạo - Động cơ piston hướng kính gồm xy lanh quay quanh một trục cố định, dầu với áp suất cao đi vào các cổng trên trục, và buộc piston di chuyển ra ngoài, làm cho xy lanh quay theo chiều kim đồng hồ. - Động cơ piston hướng trục là loại động cơ được dùng trong hệ thống thủy lực để chuyển đổi áp suất chất lỏng thành chuyển động quay cơ học và điều khiển tốc độ, chiều quay được thực hiện dễ dàng và đơn giản. - Cấu tạo của động cơ giống cấu tạo của bơm. 9.3.2 Nguyên lý hoạt động Chức năng động cơ đạt được thông qua năm pít-tông, được vận chuyển triệt để trong một khối xi-lanh, được gắn trên trục khửu, kết hợp một phần bù từ tâm quay. Dầu thủy lực dưới áp suất từ một máy bơm được đưa đến từng piston thông qua các đường dẫn trong trục khuỷu. Tạo áp lực cho pít-tông bằng áp suất thủy lực trực tiếp từ dầu, khi kết hợp với trục truyền động tạo ra chuyển động quay. Chuyển động xoay này tạo ra sức mạnh cơ học điều khiển ứng dụng. 9.3.3 Ứng dụng Động cơ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị hạng nặng trong các ứng dụng năng lượng cao. Các ứng dụng điển hình bao gồm các máy đào được sử dụng để đào các kênh sâu 10 feet để đặt cáp điện và đường ống để thoát nước, cũng như các máy đẩy địa hình, được sử dụng để phá hủy nhanh chóng mặt đường, chuẩn bị một vị trí cho máy xây dựng hoặc khai thác bề mặt hoàn chỉnh. Động cơ hoàn hảo cho các ứng dụng này vì nó có thể chịu được tải trọng sốc cơ học và thủy lực cao, mang lại tuổi thọ tuyệt vời và sử dụng năng lượng cao liên tục. 10. 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, đầu nối. 10.1.Ống dẫn Ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực phổ biến là ống dẫn cứng (vật liệu ống bằng đồng hoặc thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống mềm bằng kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 1350C). 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 D. 27. Van đảo chiều 3/2 được ký hiệu như thế nào? A. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 37 B. C. D. 28. Van đảo chiều 2/2 được ký hiệu như thế nào? A. B. C. D. 29. Tín hiệu tác động bằng cuộn dây điện từ có phụ trợ bằng dòng dầu đầu vào ký hiệu như thế nào? A. B. C.