1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PGS.TS. LÊ VĂN THÁI (Chủ biên)TS. PHẠM VĂN TỈNH - ThS. NGUYỄN HOÀNG TÂN

Giáo trìnhTRUYỀN ĐỘNGTHỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN

(Giáo trình Đại học Lâm nghiệp)

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆPHà Nội - 2018

2

3

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................................7

Phần thứ nhất. TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 9

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC ..............................11

1.1. Khái niệm chung về truyền động thủy lực 11

1.1.1. Phân loại 111.1.2. Các đại lượng cơ bản của truyền động thủy lực 11

1.2. Ưu, nhược điểm của truyền động thủy lực 141.2.1. Ưu điểm 141.2.2. Nhược điểm 15

1.3. Nguyên lý làm việc của truyền động thủy lực 15

1.4. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 15

1.4.1. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến 151.4.2. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay 16

1.5. Các định luật chất lỏng 171.5.1. Định luật áp suất thủy tĩnh 171.5.2. Phương trình dòng chảy liên tục 181.5.3. Phương trình Bernulli 18

1.6. Tổn thất trong hệ thống truyền động thủy lực 19

1.6.1. Tổn thất thể tích 191.6.2. Tổn thất cơ khí 201.6.3. Tổn thất áp suất 201.6.4. Ảnh hưởng của các thông số hình học đến tổn thất áp suất 21

1.7. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 251.7.1. Độ nhớt 251.7.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực 25

Chương 2. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝDẦU .............................................................................................................................27

2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng 27

2.1.1. Nguyên lý biến đổi năng lượng 272.1.2. Bơm và động cơ thủy lực 272.1.3. Xi lanh thủy lực 43

4

2.2. Hệ thống xử lý dầu 45

2.2.1. Thùng dầu thủy lực 452.2.2. Bộ lọc dầu 472.2.3. Bình trích chứa (tích áp) 502.2.4. Ống dẫn, ống nối 532.2.5. Vòng chắn 55

Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỆN THỦY LỰC ...............57

3.1. Khái niệm 57

3.2. Các phần tử của hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực 57

3.2.1. Van áp suất 573.2.2. Van đảo chiều 633.2.3. Van tiết lưu 683.2.4. Bộ ổn tốc 723.2.5. Bộ phân dòng 753.2.6. Van chặn 763.2.7. Các loại van điện - thủy lực 79

Chương 4. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNGTHỦY LỰC ...............................................................................................................87

4.1. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng thủy lực 87

4.1.1. Máy dập thủy lực 874.1.2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình công nghệ đúc 874.1.3. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy 884.1.4. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 904.1.5. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ 914.1.6. Máy khoan bàn 92

4.2. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng điện - thủy lực 934.2.1. Thiết bị uốn tôn 934.2.2. Thiết bị ép lắp chi tiết 944.2.3. Máy dập ép 964.2.4. Điều khiển đóng mở cửa 974.2.5. Máy ép 994.2.6. Thiết bị lắp ráp với hai cơ cấu chấp hành 1014.2.7. Thiết bị nâng gói hàng 103

4.3. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển tự động thủy lực 1054.3.1. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van servo 1054.3.2. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ 1084.3.3. Hệ thống truyền động và điều khiển tốc độ sử dụng van servo 109

5

4.4. Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 110

4.4.1. Tính toán một số đại lượng của bơm và động cơ thủy lực 1104.4.2. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến 1114.4.3. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động quay 1144.4.4. Tính toán ống dẫn thủy lực 1154.4.5. Tính toán một số mạch thủy lực điển hình 117

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

Chương 5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN.................................127

5.1. Khả năng ứng dụng của khí nén 127

5.1.1. Trong lĩnh vực điều khiển 1275.1.2. Trong các hệ thống truyền động 127

5.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 1285.2.1. Ưu điểm 1285.2.2. Nhược điểm 128

5.3. Một số đặc điểm của hệ thống truyền động khí nén 129

5.4. Cơ sở lý thuyết tính toán truyền động khí nén 130

5.4.1. Thành phần hóa học và các đại lượng vật lý cơ bản của không khí 1305.4.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học 1315.4.3. Phương trình dòng chảy 1365.4.4. Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp 1375.4.5. Tổn thất áp suất trong truyền động khí nén 140

Chương 6. SẢN XUẤT, PHÂN PHỐI VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN...........................................148

6.1. Sản xuất khí nén 148

6.1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí 1486.1.2. Máy nén khí kiểu píttông 1486.1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt 1496.1.4. Máy nén khí kiểu trục vít 1506.1.5. Máy nén khí kiểu Root 152

6.2. Phân phối khí nén 1526.2.1. Yêu cầu 1526.2.2. Bình trích chứa khí nén 1536.2.3. Mạng đường ống dẫn khí nén 154

6.3. Xử lý khí nén 157

6.3.1. Yêu cầu về khí nén 1576.3.2. Các phương pháp xử lý khí nén 158

6

Chương 7. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN ......................166

7.1. Khái niệm 166

7.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén và điện khí nén 167

7.2.1. Van đảo chiều 1677.2.2. Van chặn 1757.2.3. Van tiết lưu 1787.2.4. Van áp suất 1797.2.5. Van điều chỉnh thời gian 1817.2.6. Van chân không 1817.2.7. Cơ cấu chấp hành 182

Chương 8. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍNÉN ...........................................................................................................................187

8.1. Ứng dụng hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén 187

8.1.1. Thiết bị chuyển hướng 1878.1.2. Điều khiển phễu 1888.1.3. Ổ nạp đứng 1908.1.4. Ổ nạp đứng có nhiều khoang 1918.1.5. Điều khiển dây đai băng chuyền 1928.1.6. Bàn quay chỉ vị trí 1948.1.7. Hệ thống ép vật liệu rời thành khối 1958.1.8. Cơ cấu ép khi hàn nhiệt điện 1968.1.9. Máy thở tích cực trong y tế 197

8.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 198

8.2.1. Biểu đồ trạng thái 1988.2.2. Các phương pháp điều khiển bằng khí nén 199

8.3. Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén 2118.3.1. Nguyên tắc thiết kế 2128.3.2. Mạch điều khiển điện - khí nén với một xilanh 2128.3.3. Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp có 2 xilanh khí nén 2148.3.4. Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầng 216

PHỤ LỤC .....................................................................................................................................218

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................230

7

LỜI NÓI ĐẦU

Để đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên và yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo,giáo trình “Truyền động thủy lực và khí nén” được biên soạn để làm tài liệu giảng dạy vàhọc tập cho giảng viên, sinh viên các ngành Kỹ thuật cơ khí, Công nghệ kỹ thuật Cơ điệntử và Công nghệ kỹ thuật ô tô tại Khoa Cơ điện và Công trình - Trường Đại học Lâmnghiệp, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành kỹ thuật khác, các kỹsư, cán bộ kỹ thuật khi vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa và tính toán thiết kế hệ thốngthủy lực - khí nén trên các máy và thiết bị công nghiệp.

Nội dung của giáo trình gồm hai phần chính:

Phần thứ nhất. Truyền động thủy lực, bao gồm các nội dung:

Chương 1 - Cơ sở lý thuyết về truyền động thủy lực;

Chương 2 - Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu;

Chương 3 - Hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực;

Chương 4 - Ứng dụng và thiết kế hệ thống truyền động thủy lực;

Phần thứ hai. Truyền động và điều khiển khí nén, bao gồm các nội dung:

Chương 5 - Cơ sở lý thuyết về truyền động khí nén;

Chương 6 - Sản xuất, phân phối và xử lý khí nén;

Chương 7 - Hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén;

Chương 8 - Ứng dụng và thiết kế hệ thống điều khiển khí nén;

Tập thể tác giả chân thành cảm ơn bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa Cơ điện và Côngtrình, trường Đại học lâm nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quýbáu nhằm nâng cao chất lượng của giáo trình.

Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng trình bày những vấn đề cơ bản nhất,cập nhật những kiến thức mới, hiện đại và một số ứng dụng từ thực tế sản xuất để đápứng yêu cầu đào tạo và phù hợp với thực tiễn ở Việt Nam. Tuy nhiên, do điều kiện thờigian có hạn, trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôimong sự góp ý của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau.

Thư góp ý xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa Cơ điện và Công trình trường Đạihọc Lâm nghiệp - Hà Nội.

Các tác giả

8

9

Phần thứ nhất.TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

10

11

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

1.1. Khái niệm chung về truyền động thủy lực

1.1.1. Phân loạiTruyền động thủy lực (TĐTL) được chia làm hai loại: Thủy động học và thủy

tĩnh học:

- Thủy động học: Năng lượng được truyền đi bao gồm: Động năngg

v

2

2

và áp năng

p

(hình 1.1a), năng lượng được truyền đi nhờ sự tác động va đập của chất lỏng vào các

cánh quạt tua bin (dùng động năng của chất lỏng chuyển biến thành cơ năng).- Thủy tĩnh học (truyền động thể tích): Năng lượng được truyền đi chủ yếu nhờ áp

năng (hình 1.1b), năng lượng được truyền đi bằng cách tác dụng một lực đẩy làm cholưu chất tạo ra áp suất cân bằng với tải ngoài.

Hầu hết truyền động thủy lực trên các máy công nghiệp ngày nay đều hoạt độngtheo nguyên lý thủy tĩnh.

a) b)

Hình 1.1. Phân loại truyền động thủy lực

a) Thiết bị thủy động; b) Thiết bị thủy tĩnh

1.1.2. Các đại lượng cơ bản của truyền động thủy lực

1.1.2.1. Áp suất

a) Áp suất khí quyểnBao xung quanh trái đất một lớp không khí dày 80,5km (khoảng 50 dặm). Không

khí rất nhẹ nhưng có khối lượng nên tạo nên lực trọng lượng tác dụng lên bề mặt trái đất

12

tạo ra áp suất. Như vậy, áp suất được tạo ra bởi khí quyển trái đất gọi là áp suấtkhí quyển.

Lực tạo ra bởi một cột không khí có chiều cao 80,5km so với mặt nước biển và diệntích đáy 1in2 là 14,7 pounds.

Do đó ở điều kiện bình thường, mọi nơi trên mặt đất có độ cao như nhau so với mặtnước biển đều chịu áp suất khí quyển có giá trị là:

20 1

7,14

in

poundsp =14,7 psi = 101300 N/m2 = 1 at

Pound (0,4536 kg) per square inch (6,4521 cm2); Ký hiệu lbs/in2 (psi).

Ở những vùng núi cao thì áp suất khí quyển sẽ thấp hơn vì chiều cao cột khôngkhí giảm.

b) Áp suất tuyệt đốiÁp suất tuyệt đối là áp suất tính cả áp suất khí quyển; Đơn vị đo áp suất tuyệt đối là

psia (pounds per square inches absolute).

c) Áp suất đoÁp suất đo là áp suất không tính đến áp suất khí quyển.Vì vậy:

Áp suất tuyệt đối = áp suất đo + 14,7 (psi)Áp suất đo = áp suất tuyệt đối - 14,7 (psi)

Chú ý:

Đơn vị đo: Theo hệ đơn vị SI đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa): 1 Pa = 105N/m2.

Đơn vị khá nhỏ nên thường dùng MPa = 106 Pa = 10at hoặc N/m2; N/cm2, bỏ đơn vịcũ kG/cm2;

Ngoài ra còn dùng: 1bar = 105N/m2 và 1 at = 9,81.104 N/m2. Ở Đức theo tiêu chuẩnDIN dùng Kp/cm2

1Kp/cm2 = 1KG/cm2 hay 1bar = 1,02 KG/cm2

1.1.2.2. Vận tốcVận tốc của lưu chất là tốc độ trung bình của các hạt đi qua một điểm cho trước;

Đơn vị vận tốc tính là: (m/s) hoặc Feet/giây (ft/s), (1ft = 0,3048 m).

1.1.2.3. Lưu lượngLưu lượng là lượng chất lỏng đi qua trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính lưu

lượng là (lít/phút); (dm3/phút); (ml/ phút); (cm3/phút) hoặc gallon/phút (gpm);

1 gallon = 231 in3 = 3788,4 (ml); 1 in

3= 16,4 (ml).

13

Trong hệ thống thủy lực thì lưu lượng là lượng chất lỏng do bơm tạo ra trong mộtđơn vị thời gian, thường dùng đơn vị (lít/phút).

Lưu lượng riêng của bơm, động cơ (dung lượng) q là lượng chất lỏng do bơm cungcấp trong 1 vòng quay (bơm rotor) hoặc trong một chu kỳ hoạt động (bơm píttông). Đơnvị: (ml/vòng), (cm3/vòng) hoặc (in3

/rev)

Ta có mối quan hệ giữa lưu lượng và lưu lượng riêng theo công thức:

1000

.nqQ (lít/phút) (1.1)

Trong đó:q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng);

n - Số vòng quay của trục bơm, (vòng/phút);

Q - Lưu lượng, (lít/phút).Ví dụ: Một bơm có vận tốc 1200 (rpm), có lưu lượng riêng là q = 2(in

3/rev). Tính lưulượng của bơm ra lít/phút (lpm) và gallons/phút (gpm).

Ta có: 1in3 = 16,387 cm3 nên 2in3 = 32,8 cm3. Vậy q = 32,8 (cm3/rev).

1000

1200.8,32

1000

.

nqQ =39,3 (l/p)

Và 1 galolls = 231 in3 nên231

1200.2

231

./3

rpmrevin

Q = 10,4(gpm)

- Lưu lượng danh định: Lưu lượng được xác định ở tốc độ danh định với áp suất ởcửa ra và cửa vào của bơm theo tiêu chuẩn (bảng 1.1).

Bảng 1.1. Tốc độ và áp suất cửa vào, cửa ra của bơm theo tiêu chuẩn

Thông số Bơm cánh gạt Bơm piston

Tốc độ 1200 rpm 1800 rpm

Áp suất cửa ra 100 psi (6,9 bar) 100 psi (6,9 bar)

Áp suất cửa vào 0 psi 0 psi

Ví dụ: Bơm cánh gạt có lưu lượng 15 (gpm) là bơm cung cấp 15 gallons trong 1phút với các điều kiện tốc độ danh định là 1200 rpm và áp suất ở cửa vào, ra theo tiêuchuẩn ở bảng 1.1.

- Khi vận hành ở tốc độ bất kỳ, lưu lượng thực tế của bơm sẽ là:

gpm = (gpm (danh định) rpm)/rpm (danh định)Ví dụ: Bơm cánh gạt có lưu lượng danh định là 15 (gpm) thì khi vận hành ở tốc độ

600 (rpm) sẽ là:

Gpm(600) = 15.600/1200 = 7,5

14

Vậy hiệu suất thể tích sẽ là:

%100dđ

ttv Q

Q (1.2)

Ví dụ: Bơm cánh gạt cung cấp lưu lượng 15 gpm ở 100 psi, nhưng chỉ cung cấp 12gpm ở 200 psi.

Vậy hiệu suất thể tích của bơm này là: %100.15

12v =80%

1.1.2.4. Công suất- Công suất danh định ở cửa ra của bơm được tính theo công thức:

kW = 0,00167 Q (lít/phút) p (bar); (1.3)

Hoặc: HP = 0,000583 Q(gpm) p (psi); (1.4)

HP (horse power) - Sức ngựa (mã lực) do James Watt phát minh;

- Công suất đầu vào: Do có sự tổn thất do ma sát và sự rò rỉ trong hệ thống nên côngsuất đầu vào luôn lớn hơn công suất đầu ra. Đánh giá sự mất mát công suất giữa đầu vàovà đầu ra thông qua hệ số hiệu suất ( ):

vào

ra

Q

Q (1.5)

Công suất đầu vào: ravao

QQ

1.2. Ưu, nhược điểm của truyền động thủy lực

1.2.1. Ưu điểm- Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt

động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít phải chăm sóc, bảo dưỡng.- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo

điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn.- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không phụ thuộc vào nhau,

các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ.- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên cóthể sử dụng ở vận tốc cao mà không bị va đập mạnh như trong trường hợp truyền độngcơ khí hay truyền động điện.

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơcấu chấp hành.

- Bảo vệ quá tải an toàn và thuận lợi nhờ van an toàn.

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu

chuẩn hóa.

15

1.2.2. Nhược điểm- Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất

và hạn chế phạm vi sử dụng.- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất

lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổido độ nhớt của chất lỏng thay đổi.

1.3. Nguyên lý làm việc của truyền động thủy lựcTrong hệ thống thủy lực, trước tiên cơ năng được chuyển thành năng lượng thủy

lực, sau đó được truyền đi và điều khiển theo quy luật, cuối cùng được truyền trở lạithành cơ năng. Dựa vào đó người ta chia hệ thống truyền động thủy lực bao gồm cácnhóm phần tử có chức năng khác nhau, một hệ thống bao gồm:

- Quá trình chuyển đổi năng lượng (tạo ra năng lượng): Phần tử tạo ra năng lượngđóng vai trò chủ yếu trong hệ thống thủy lực là bơm thủy lực còn thứ yếu là xi lanh vàđộng cơ thủy lực. Ngoài ra bình tích áp cũng có vai trò tạo năng lượng.

- Điều khiển năng lượng: Năng lượng thủy lực dưới dạng áp suất và lưu lượng đượcđiều khiển nhờ các van cũng như các khối điều áp của các bơm thủy lực có lưu lượngthay đổi;

- Truyền năng lượng: Thực hiện nhờ dầu thủy lực chảy qua ống cứng, ống mềm, lỗ..- Các thành phần khác: Để lưu giữ và chuẩn bị cho sự hoạt động của chất lỏng thủy

lực người ta cần một số thiết bị như: Bộ lọc dầu, thùng chứa dầu, bộ làm mát dầu, bộtản nhiệt, bộ phát nhiệt...

1.4. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực

1.4.1. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiếnSơ đồ hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến ở hình 1.2.

Bơm thủy lực (1) hút dầu từ thùng chứa để cung cấp dầu cho hệ thống với lưulượng Qb. Dầu thủy lực được đưa đến van tiết lưu (3) để điều khiển lưu lượng cung cấpcho cơ cấu chấp hành nhằm mục đích thay đổi vận tốc của cần píttông. Tùy vào vị trílàm việc của van đảo chiều (4) để dầu thủy lực có áp được đưa vào khoang phải hoặckhoang trái của xi lanh thủy lực (5). Giả sử dầu thủy lực đưa vào khoang bên trái của xilanh (5), thì dưới tác dụng của áp suất dầu thủy lực tác dụng vào mặt của píttông sẽ tạonên lực đẩy cần píttông sang phải. Khi đó, dầu ở khoang bên phải xi lanh bị dồn qua vanđảo chiều rồi đến van một chiều để về thùng chứa. Muốn đổi chiều chuyển động củapíttông, ta điều khiển van đảo chiều cho dầu cung cấp vào khoang phải của xi lanh.Dưới tác dụng của áp suất dầu lên mặt píttông tạo nên lực đẩy píttông sang bên trái. Dầuở khoang bên trái bị dồn qua van đảo chiều và van tiết lưu để về thùng chứa. Van antoàn (2) lắp song song với bơm thủy lực (1) có công dụng bảo vệ hệ thống khi áp suấtlàm việc vượt quá áp suất quy định, khi đó van sẽ mở cho dầu qua van về thùng chứađảm bảo an toàn cho hệ thống.

16

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến

1. Bơm thủy lực; 2. Van an toàn; 3. Van tiết lưu; 4. Van đảo chiều; 5. Xi lanh thủy lực; 6. Van một chiều

1.4.2. Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay

Sơ đồ hệ thống truyền độngthủy lực chuyển động quay ở hình1.3.

Bơm thủy lực (1) hút dầu từthùng chứa để cung cấp dầu cho hệthống với lưu lượng Qb. Dầu thủylực được đưa đến van tiết lưu (3) đểđiều khiển lưu lượng cung cấp chocơ cấu chấp hành nhằm mục đíchthay đổi tốc độ của trục động cơthủy lực (5). Tùy vào vị trí làm việccủa van đảo chiều (4), dầu thủy lựccó áp được đưa vào khoang phảihoặc khoang trái của động cơ thủylực (5). Giả sử dầu thủy lực đưa vàokhoang bên trái của động cơ thủylực (5), thì dưới tác dụng của ápsuất dầu thủy lực sẽ tạo nên mômen quay trên trục động cơ làm nóquay theo chiều kim đồng hồ. Khiđó, dầu ở khoang bên phải của động cơ bị dồn qua van đảo chiều rồi đến van một chiềuđể về thùng chứa. Muốn đổi chiều chuyển động của động cơ, ta điều khiển van đảo

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống truyền độngthủy lực chuyển động quay

1. Bơm thủy lực; 2. Van an toàn; 3. Van tiết lưu;4. Van đảo chiều; 5. Động cơ thủy lực; 6. Van một chiều

17

chiều để cho dầu cung cấp vào khoang phải của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất dầutạo nên mô men quay trên trục động cơ và trục sẽ quay theo chiều ngược kim đồng hồ.Van an toàn (2) lắp song song với bơm thủy lực (1) để phòng khi áp suất làm việc tronghệ thống vượt quá áp suất quy định, khi đó van sẽ mở cho dầu qua van để về thùng chứađảm bảo an toàn cho hệ thống.

1.5. Các định luật chất lỏng

1.5.1. Định luật áp suất thủy tĩnhTrong chất lỏng, áp suất (do trọng lượng và ngoại lực) tác dụng lên mỗi phần tử

chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa (hình 1.4).

h

l 2l 1

a) b) c)

Hình 1.4. Áp suất thủy tĩnh

Ở hình 1.4a ta có: Ls pghp .. (1.6)

Ở hình 1.4b ta có:A

FpF (1.7)

Và ở hình 1.4c ta có:2

2

1

1

A

F

A

FpF và

2

1

1

2

2

1

F

F

A

A

l

l (1.8)

Trong đó: - Khối lượng riêng của chất lỏng;h - Chiều cao của cột nước;g - Gia tốc trọng trường;pS- Áp suất do lực trọng trường;pL- Áp suất khí quyển;

pF- Áp suất của tải trọng ngoài;

A, A1, A2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc;F - Tải trọng ngoài.

18

1.5.2. Phương trình dòng chảy liên tụcLưu lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi. Lưu

lượng (Q) của chất lỏng qua mặt cắt của ống có tiết diện A bằng nhau trong toàn ống(điều kiện liên tục). Ta có phương trình dòng chảy như sau:

constvAQ . (hằng số) (1.9)

Với v là vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tiết diện A;Nếu tiết diện dòng chảy là hình tròn có tiết diện tương ứng tại vị trí mặt cắt 1 và 2 là

A1 và A2, ta có:

21 QQ hay 2211 .. vAvA (1.10)

Từ công thức (1.10) suy ra:4

.4

.22

2

21

1

dv

dv

(1.11)

Từ công thức (1.11) suy ra vận tốc dòng chảy tại vị trí mặt cắt 2 là:

22

21

12 .d

dvv (1.12)

Hình 1.5. Dòng chảy liên tục

Trong đó:Q1(m

3/s), v1(m/s), A1(m2), d1 (m) lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng

chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí mặt cắt 1;

Q2(m3/s), v2(m/s), A2(m

2), d2(m) lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòngchảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí mặt cắt 2.

1.5.3. Phương trình Bernulli

Theo hình 1.6 ta có áp suất tại một điểm của chất lỏng đang chảy được xác địnhtheo phương trình:

19

constv

hgpv

hgp 2

...

2

...

22

22

21

11

(1.13)

Trong đó:

22

11

..

..

hgp

hgp

: Áp suất thủy tĩnh;

2

.;

2

. 22

21 vv

: Áp suất thủy động;

g. : Trọng lượng riêng;

Hình 1.6. Phương trình Bernulli

1.6. Tổn thất trong hệ thống truyền động thủy lực

Trong hệ thống truyền động thủy lực có các loại tổn thất sau:

1.6.1. Tổn thất thể tíchLoại tổn thất này do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ

thống gây nên. Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thấtcàng lớn.

Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm, động cơ vàxi lanh thủy lực);

Đối với bơm thủy lực, tổn thất thể tích được thể hiện bằng hiệu suất sau:

0Q

Qtttb (1.14)

Trong đó: ttQ - Lưu lượng thực tế của bơm thủy lực;

0Q - Lưu lượng danh nghĩa của bơm thủy lực;

Nếu lưu lượng chảy qua động cơ thủy lực là đQ0 và lưu lượng thực tế là đQ thì tổnthất thể tích của động cơ sẽ là:

đ

đtđ Q

Q0 (1.15)

Nếu không kể đến lượng dầu rò rỉ ở các mối nối và ở các van thì tổn thất trong hệthống thủy lực có bơm dầu và động cơ sẽ là:

tđtbt . (1.16)

20

1.6.2. Tổn thất cơ khíTổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở trong bơm

dầu và động cơ dầu gây nên.

Tổn thất cơ khí của bơm (động cơ) được thể hiện bằng hiệu suất cơ khí:

N

Nc

0 (1.17)

N0 - Công suất cần thiết để quay bơm (động cơ) thủy lực (công suất danh nghĩa),tức là công suất cần thiết để đảm bảo lưu lượng Q và áp suất p của dầu.

N - Công suất thực tế đo được trên trục bơm (do mô men xoắn trên trục).* Đối với bơm thủy lực:

N

N bcb

0 (1.18)

Trong đó:

40 10.6

.QpN b (kW) (1.19)

* Đối với động cơ thủy lực:

đ

đcđ N

N

0

(1.20)

Trong đó:

40 10.6

. đđ

QpN (kW) (1.21)

Tổn thất cơ khí của hệ thống thủy lực là:

cdcbc . (1.22)

1.6.3. Tổn thất áp suấtTổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ

bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ dầu, xi lanh truyền lực). Tổn thất này phụ thuộcvào các yếu tố sau:

- Chiều dài ống dẫn;- Độ nhẵn thành ống;- Độ lớn tiết diện ống dẫn;- Tốc độ dòng chảy;- Sự thay đổi tiết diện;- Sự thay đổi hướng chuyển động

21

- Trọng lượng riêng, độ nhớt.Nếu p0 là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ở cửa ra, thì tổn thất áp suất được biểu

thị bằng hệ số hiệu suất:

00

10

p

p

p

ppa

(1.23)

Hiệu áp p là trị số tổn thất áp suất;

Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ gây nên được tính theo công thức sau:

d

lv

gp ..

2..10 2

(N/m2) =d

lv

g..

2..10 24

(bar) (1.24)

Trong đó: - Khối lượng riêng của dầu, (914 kg/m3);

g - Gia tốc trọng trường, (9,81 m/s2);v - Vận tốc trung bình của dầu, (m/s); - Hệ số tổn thất cục bộ;l - Chiều dài ống dẫn, (m);d - Đường kính ống, (m).

1.6.4. Ảnh hưởng của các thông số hình học đến tổn thất áp suất

a) Tiết diện dạng tròn (hình 1.7)

Nếu ta gọi:p - Tổn thất áp suất;

l - Chiều dài ống dẫn; - Khối lượng riêng của chất lỏng;Q - Lưu lượng chất lỏng chảy qua;D- Đường kính đường ống; Hình 1.7. Dạng tiết diện tròn

- Độ nhớt động học; - Hệ số ma sát của ống.

LAM - Hệ số ma sát đối với chảy tầng;

TURB - Hệ số ma sát đối với chảy rối;

Tổn thất áp suất được tính theo công thức:

5

2

2

....

8

D

Qlp

(1.25)

VớiQ

vDLAM

..

256

(1.26)

22

Và4

..

4

316,0.

vD

QTURB

(1.27)

Số Reynold: 3000.

.4

vD

Q

Hình 1.8. Chảy tầng, chảy rối

b). Tiết diện thay đổi lớn đột ngột (hình 1.9)

Tổn thất áp suất:4

1

22

22

21 .

.8

.1D

Q

D

Dp

(1.28)

Trong đó:

D1 - Đường kính ống dẫn vào;

D2 - Đường kính ống dẫn ra.

Hình 1.9. Tiết diện thay đổi lớn đột ngột

c) Tiết diện thay đổi nhỏ đột ngột (hình 1.10)

Tổn thất:4

1

2

221

22 .

.8

).1.(5,0D

Q

D

Dp

(1.29)

Hình 1.10. Tiết diện thay đổi nhỏ đột ngột

Trong đó: D1 - Đường kính ống dẫn vào;D2 - Đường kính ống dẫn ra.

23

d) Tiết diện thay đổi lớn từ từ (hình 1.11)

Tổn thất áp suất:

41

2

241

42 .

.8

).1.(2,012,0D

Q

D

Dp

(1.30)

Hình 1.11. Tiết diện thay đổi lớn từ từ

e). Tiết diện thay đổi nhỏ từ từ (hình 1.12)

Tổn thất áp suất:0p (1.31)

Hình 1.12. Tiết diện thay đổi nhỏ từ từ

f). Khi vào ống dẫn (hình 1.13)

Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:

4

2

2

..

8.

D

Qp E

(1.32)

Trong đó: E là hệ số thất thoát, được chia thành hai trường hợp như bảng 1.2

Bảng 1.2. Hệ số thất thoát ( E ) (hình 1.13)

Cạnh Hệ số thất thoát ( E )

Sắc 0,5

Gẫy khúc 0,25a

Tròn 0,06

b Có trước <3

24

a) b)

Hình 1.13. Đầu vào ống dẫn

g). Khi ra khỏi ống dẫn (hình 1.14)

Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:4

2

2

..

8.

D

Qp U

(1.33)

Bảng 1.3. Hệ số thất thoát ( U )

Hệ số thất thoát ( U )

3000.

.4

vD

Q

2,0

3000.

.4

vD

Q

1,0

h). Ống dẫn gẫy khúc (hình 1.15) và (hình 1.16)

Khi 4D

R

Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:

4

2

2

..

8.

D

Qp U

(1.34) Hình 1.15. Ống dẫn gẫy khúc góc

Hệ số thất thoát U được tra theo bảng 1.4

Bảng 1.4. Hệ số thất thoát U

Góc Hệ số thất thoát ( U )

20o 0,06

40o 0,2

60o 0,47

Hình 1.14. Đầu ra ống dẫn

Hình 1.16. Ống dẫn gẫy khúc góc

25

1.7. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

1.7.1. Độ nhớtĐộ 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 hoặcbiến dạng cắt của chất lỏng. Có hai loại độ nhớt:

a) Độ nhớt động lựcĐộ nhớt động lực là lực ma sát tính bằng 1 N tác động trên một đơn vị diện tích

bề mặt 1 m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m vàcó vận tốc 1 (m/s).

Độ nhớt động lực được tính bằng (Pa.s). Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vịPoazơ (Poiseuille), ký hiệu là P: 1P = 0,1 N.s/m2 = 0,010193 kG.s/m2

Trong tính toán kỹ thuật, thường dùng gần đúng: 1P = 0,0102 kG.s/m2 và 1P = 100cP (centipoiseuille)

b) Độ nhớt độngĐộ nhớt động là tỷ số giữa độ nhớt động lực với khối lượng riêng của chất lỏng,

ký hiệu là và được tính theo công thức:

(1.35)

Đơn vị của độ nhớt động lực là (m2/s), ngoài ra còn dùng đơn vị stốc (stoke), kýhiệu là St hoặc centistoke, ký hiệu là cSt.

1St = 1cm2/s = 10-4 m2/s

1cSt = 10-2 St = 1mm2/s

c) Độ nhớt EnglerĐộ nhớt Engler (E0) là một tỷ số quy ước dùng để so sánh thời gian chảy 200cm3

dầu qua ống dẫn có đường kính 2,8mm với thời gian chảy của 200cm3 nước cất ở nhiệt

độ 20oC qua ống dẫn có cùng đường kính, ký hiệunt

tE 0

Độ nhớt Engler thường được đo khi dầu ở nhiệt độ 20, 50, 100o và ký hiệu tươngứng 20 50 100, ,o o oE E E .

1.7.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lựcNhững chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng

chịu nhiệt, độ ổn định tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khảnăng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc.

26

Dầu thủy lực làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau:- Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất;- Độ nhớt của dầu ít phụ thuộc vào nhiệt độ;- Có tính trung hòa (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm

nhập của khí nhưng dễ dàng tách khí ra;

- Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết ditrượt nhằm đảm bảo độ rò rỉ dầu bé nhất cũng như tổn thất ma sát ít nhất;

- Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hòa tan trong nước và không khí, dẫnnhiệt tốt, có mô đun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ.

Trong các yêu cầu trên thì dầu khoáng chất thỏa mãn đầy đủ nhất.

27

Chương 2. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNGVÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ DẦU

2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng

2.1.1. Nguyên lý biến đổi năng lượng

Bơm, động cơ là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền động và điềukhiển thủy lực - khí nén, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu - khí nén vàngược lại.

Trong hệ thống thủy lực - khí nén thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơmthực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khithể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu - khí, thực hiện chu kỳ hút và khi thểtích của buồng làm việc giảm, bơm đẩy dầu - khí ra thực hiện chu kỳ nén. Tùy thuộcvào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có thể phân ra hai loạibơm thể tích:

+ Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định.

+ Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh.

Những thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất.

Lưu lượng của bơm về lý thuyết không phụ thuộc vào áp suất (trừ bơm ly tâm), màchỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Nhưng trong thực tế dosự rò rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy, giữa khoang đẩy với bên ngoài nênlưu lượng thực tế của bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết và giảm dần khi áp suất tăng.

2.1.2. Bơm và động cơ thủy lực

Bơm, động cơ là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền động và điềukhiển thủy lực, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu và ngược lại.

Bơm và động cơ thủy lực là hai phần tử có chức năng khác nhau:

Bơm dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng) còn động cơthủy lực thì ngược lại. Trong hệ thống truyền động thủy lực thường dùng bơm, động cơlàm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích, tức là loại bơm, động cơ thực hiện việc biếnđổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc. Mặc dù chức năng khácnhau nhưng kết cấu và phương pháp tính toán bơm và động cơ cùng loại giống nhau.

28

2.1.2.1. Phân loại và phạm vi sử dụnga) Phân loại bơm và động cơ thủy lực* Phân loại bơm thủy lực- Căn cứ vào khả năng điều chỉnh lưu lượng:+ Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định.+ Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh.- Căn cứ theo cấu tạo và nguyên lý làm việc có các loại ghi ở bảng 2.1:

Bảng 2.1. Các loại bơm thủy lực

Cấu tạo Ký hiệu

Với píttông 1 cấp 1Bơm tay

Với píttông 2 cấp 2

Piston nén trong 3Bơm píttông hướng tâm

Piston nén ngoài 4

Trục thẳng 5Bơm píttông hướng trục

Trục nghiêng 6

Bơm píttông chuyểnđộng tịnh tiến

Bơm nhiều píttông 7

Ăn khớp ngoài 8Bơm bánh răng

Ăn khớp trong 9

Bơm cánh gạt 10

Bơm tấm nén 11

Bơm Gerater 12

Bơm thủy lực

Bơm píttông chuyểnđộng quay

Bơm vít 13

* Phân loại động cơ thủy lựcTheo cấu tạo và nguyên lý làm việc, động cơ thủy lực gồm các loại được ghi ở

bảng 2.2:

Bảng 2.2. Các loại động cơ thủy lực

Cấu tạo Ký hiệu

Trục thẳng 1

Động cơ thủy lực píttônghướng trục

Trục cong (nghiêng) 2

Nén trong 3

Động cơ píttôngchuyển động

tịnh tiến

Động cơ thủy lực píttônghướng tâm

Nén ngoài 4

Động cơ thủy lực bánh răng Ăn khớp ngoài 5

Động cơ thủy lực cánh gạt 6

Động cơthủy lực

Động cơ píttôngchuyển động

quayĐộng cơ thủy lực Gerator 7

29

b) Phạm vi sử dụngPhạm vi sử dụng một số loại bơm thủy lực theo áp suất làm việc được ghi ở bảng

2.3 và động cơ thủy lực ghi ở bảng 2.4 và bảng 2.5:

Bảng 2.3. Phạm vi sử dụng các loại bơm thủy lực

Loại Áp suất làm việc p (Mpa)

0 10 20 30 40 50 60

1 xxxxxxxx xxxxxxx

2 xxxxxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxx xx

3 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xx

4 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx

5 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xx

6 xxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx

Bơmpíttôngchuyển

động

tịnh tiến

7 xxxxxxxxx xx

8 xxxxxxxx xxxxx

9 xxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxx

10 xxxxxxxx xx

11 xxxxxxxx xxxx

12 xxxxxxxx xx

Bơmpíttôngchuyển

động quay

13 xxxxxxxx xx

Bảng 2.4. Phạm vi sử dụng theo số vòng quay các loại động cơ thủy lực

Loại Số vòng quay (vòng/phút)

0 10 50 100 500 1000 2000 3000 4000

1 Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

2 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

3 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

4 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

5 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

6 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

7 xxxxxxxxxxxxxxxxxx

Phạm vi sử dụng các loại động cơ thủy lực theo mô men quay được ghi ở bảng 2.5.

30

Bảng 2.5. Phạm vi sử dụng theo mô men quay các loại động cơ thủy lực

Mô men làm việc (Nmm)Loại

100 500 1000 5000 10000 20000 30000 40000

1 xxxxxxxxxxxxxxxx

2 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

3 xxxxxxxxxxxxxxxx

4 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

5 xxxxxxxxxxxxxxx

6 xxxxxxxxxxxxxxxxx

7 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

2.1.2.2. Thông số đặc trưng của bơm và động cơ thủy lựcNhững thông số đặc trưng cơ bản của bơm và động cơ thủy lực, bao gồm:a) Lưu lượngNhư ta đã biết, về lý thuyết thì lưu lượng của bơm không phụ thuộc vào áp suất mà

chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Trong thực tế do có sựrò rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy cũng như giữa khoang đẩy và bên ngoàinên lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết. Mặt khác do ống hút quá nhỏ hoặcchất lỏng có độ nhớt quá cao và vận tốc quay quá lớn sẽ tạo ra hiện tượng “hổng”. Dovậy, trong thực tế hiện nay, số vòng quay của bơm thủy lực thường bị hạn chế với n <4000 (v/p). Khi bộ lọc đặt trên đường hút bị bẩn, cùng với sự tăng sức cản của dòngchảy, lưu lượng của bơm giảm dần, bơm làm việc ngày một ồn và cuối cùng tắc hẳn.Bởi vậy cần phải lưu ý trong lúc thiết kế, lắp ráp làm sao để ống hút to, ngắn và thẳng.

Lưu lượng của bơm được xác định theo công thức 2.1.

1000

. blt

nqQ (2.1)

Trong đó: Qlt - Lưu lượng lý thuyết (lít/phút);q - Lưu lượng riêng (thể tích dầu do bơm cung cấp ứng với một vòngquay hay một hành trình (cm3/vòng);nb - số vòng quay trong một phút của trục bơm (vòng/ phút).

b) Lưu lượng riêng

Lưu lượng riêng là thể tích dầu tải đi (cung cấp) tương ứng với một vòng quay haymột hành trình làm việc.

Nếu ta gọi:q – Lưu lượng riêng;

A - Diện tích làm việc mặt cắt ngang của bơm;

31

h - Hành trình làm việc của píttông;VZL- Thể tích khoảng hở giữa hai răng;Z - Số răng của bánh răng.Ta có thể tích dầu tải đi (lưu lượng riêng) tương ứng với một vòng quay hay một

hành trình làm việc của bơm được xác định theo công thức 2.2 và 2.3, (hình 2.1):

Đối với bơm và động cơ píttông: hAq . (2.2)

Đối với bơm và động cơ bánh răng: 2..ZVq ZL (2.3)

Hình 2.1. Bơm thể tích

Mối quan hệ giữa lưu lượng (Q) và lưu lượng riêng (q) theo công thức 2.4:

1000

.nqQ (2.4)

Trong đó: Q - Lưu lượng (lít/phút).q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng);n - Số vòng quay (vòng/phút)

Hay231

.nqQ (2.5)

Nếu q (in3/vòng); n (vòng/phút) và Q (galon/phút) thì lưu lượng được tính:3

.

231

inrpm

revgpm hoặc.

1000

ccrpm

revlpm

c) Áp suất làm việcSự thay đổi áp suất làm việc của bơm được biểu diễn trên hình 2.2.

Trong đó:+/ Áp suất ổn định p

1;

+/ Áp suất cao p2;

+/ Áp suất đỉnh p3

(áp suất qua van an toàn).

Hình 2.2. Sự thay đổi áp suất của bơm thủy lực

32

Theo định luật Pascal, ta có quan hệ giữa áp suất, lưu lượng riêng với mô menxoắn theo công thức :

q

Mp x (2.6)

Từ đó ta suy ra công thức tính áp suất của bơm thủy lực:

10..

q

Mp tlx (2.7)

Trong đó: p - Áp suất, (bar);Mx - Mô men xoắn, (N.m);

q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng);

tl - Hiệu suất thủy lực của bơm.

d) Hiệu suấtHiệu suất toàn phần của bơm dầu được xác định theo công thức 2.8:

ηtb

= ηv. η

ck. η

tl(2.8)

Trong đó: ηv - Hiệu suất thể tích;

ηck - Hiệu suất cơ khí;

ηtl - Hiệu suất thủy lực;

e) Công suất- Công suất động cơ điện: N

E= M

E. Ω

E(2.9)

- Công suất của bơm:tb

b pQN

.60

. (kw) (2.10)

Trong đó: Qb - Lưu lượng của bơm (l/p);p - Áp suất làm việc (MPa);

tb - Hiệu suất của bơm, ckvtltb ..

Như vậy ta có công thức tính công suất của động cơ điện theo công suất của bơm:

tbt

b

tE

QpNN

..60

.

. (2.11)

Trong đó: NE, M

E, Ω

E- Công suất, mômen và vận tốc góc trên trục động cơ điện dẫn

động bơm;N, p, Q

b- Công suất, áp suất và lưu lượng của bơm;

ηtb

- Hiệu suất toàn phần của bơm;

t - Hiệu suất của hệ thống truyền lực từ động cơ đến bơm.

33

Công suất ở cửa ra của bơm tính theo công thức:pQN b ..00167,02 (kw) (2.12)

Trong đó: Q - Lưu lượng của bơm (lít/phút);p - Áp suất dầu do bơm cung cấp (bar).

Công suất ở cửa vào của bơm tính theo công thức:

tb

NN

2

1 (2.13)

tb - Hiệu suất của bơm, ckvtltb .. (2.14)

Một số công thức tính toán đơn giản có thể lấy: tb = 80%.

f) Mối quan hệ giữa lưu lượng và tốc độ động cơ- Lưu lượng cần thiết (Q) để tạo ra tốc độ yêu cầu (n) trên trục động cơ được xác

định theo công thức:

1000

.qnQ (l/p) (2.15)

- Tốc độ động cơ: Nếu biết lưu lượng và lưu lượng riêng thì tốc độ động cơ đượcxác định:

q

Qn

.1000 (2.16)

Trong đó: Q (l/p), q (ml/vòng); n (vòng/phút)

g) Mô men quay của động cơMô men quay danh định của động cơ là mô men quay được xác định tại áp suất tiêu

chuẩn 100 psi đơn vị của mô men quay là Nm hoặc lbs.in hoặc ft.lbs.

Ví dụ: Một động cơ 25 lbs.in/100 psi, nghĩa là cần:Áp suất 100 psi để vận hành tải 25 lbs.in.

Áp suất 200 psi để vận hành tải 50 lbs.in.

Áp suất 300 psi để vận hành tải 75 lbs.in.

Tổng quát, áp suất làm việc của động cơ được xác định theo công thức:

dđ

tailv M

Mp

100. (2.17)

Trong đó: Mtải - Mô men tải trọng trên trục động cơ;Mdđ - Mô men danh định của động cơ;

- Mô men quay cực đại của động cơ phụ thuộc vào áp suất cực đại động cơ chịuđược và mô men quay danh định:

34

100

. maxmax

pMM dđ (2.18)

Từ định luật Pascal ta còn suy ra công thức tổng quát tính mô men quay của độngcơ thủy lực là:

20

qp.M q (2.19)

Trong đó: p - Áp suất (bar);q - Lưu lượng riêng (ml/vòng);

Mq – Mô men quay, (N.m).

Khi p - áp suất (psi), Q - lưu lượng riêng (in3/vòng) thì Mq (lbs.in)

Từ công thức trên nhận thấy: Khi tăng áp suất hoặc tăng lượng dầu tương ứng mỗivòng quay sẽ làm tăng mô men quay của động cơ.

Liên hệ giữa mô men quay và công suất của thiết bị chuyển động quay:

NM 9550.

n (2.20)

Trong đó: N - Công suất (kw);n - Số vòng quay (v/ph);M - Mô men xoắn (Nm).

Hoặc NM 63025.

n

Trong đó: N - Công suất (HP);n - Số vòng quay (v/ph);M - Mô men xoắn (lbs.in).

Từ đó suy ra công thức xác định công suất theo mô men và số vòng quay:

9550

M.nN (2.21)

Nếu số vòng quay n (v/ph); Mô men xoắn M (lbs.in) thì công suất N (HP); còn khimô men xoắn M (Nm); số vòng quay n (v/ph) thì công suất N (kw).

Khi biết áp suất và lưu lượng có thể tính được công suất thủy lực như sau:pQ..00167,0N (2.22)

Trong đó: Q - Lưu lượng (lít/phút); p - áp suất (bar)Hoặc: pQN ..000583,0 (2.23)

Trong đó: Q - Lưu lượng (gallon/phút);p - Áp suất (psi).

35

2.1.2.3. Cấu tạo bơm, động cơ thủy lực

a) Bơm, động cơ bánh răng

Bơm, động cơ thủy lực bánh răng là loại bơm, động cơ được dùng rộng rãi nhất vìnó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm, động cơ thủy lực bánhrăng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ hoặc trung bình trên các máy khoan, doa,bào, phay, máy tổ hợp... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm, động cơ bánh răng hiện naytrong khoảng: (10 200) bar.

Bơm, động cơ bánh răng gồm có: Bơm, động cơ bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ănkhớp trong, loại răng có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V.

Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưngbánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn, nhẹ hơn.

* Cấu tạo chungKết cấu bơm, động cơ bánh răng (hình 2.3).

Hình 2.3. Kết cấu bơm, động cơ bánh răng

1. Cặp bánh răng; 2. Vành chắn; 3. Thân bơm; 4.1 và 4.2. Các mặt bích; 5. Vòng chắn dầu ở trục quay;6. Ổ đỡ; 7. Vòng chắn để điều chỉnh độ hở mặt hông của cặp bánh răng và vành chắn

* Nguyên lý làm việc (hình 2.4).

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích làm việc, khi thể tích củabuồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầura ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt một vậtcản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớncủa sức cản và kết cấu của bơm. Nguyên lý làm việc của động cơ bánh răng thì ngượclại nguyên lý làm việc của bơm, nghĩa là động cơ biến áp năng của dầu thành cơ năngtrên trục của động cơ.

36

a) c) b)

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm bánh răng

a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b) Bơm bánh răng ăn khớp trong; c) Ký hiệu bơm

* Tính toán lưu lượng.

Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thểtích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích thướcnhư nhau.

Nếu ta gọi: m - Modul của bánh răng (cm).

d - Đường kính vòng chia bánh răng (cm).

b - Bề rộng bánh răng (cm).

n - Số vòng quay trong một phút (vg/ph).Lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng (lưu lượng riêng):

q = 2..d.m.b (cm3/vòng) (2.24)

Nếu gọi Z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích t của bơm và số vòng quay n, thìlưu lượng của bơm bánh răng sẽ là:

Q = 2. .Z.m2.b.n. t (cm3/phút) (2.25)

b) Bơm, động cơ cánh gạtBơm, động cơ gạt cánh cũng là loại được dùng rộng rãi sau bơm, động cơ bánh

răng, và cũng chủ yếu dùng ở hệ thống có áp suất thấp và trung bình. So với bơm bánhrăng thì bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Kếtcấu của bơm, động cơ cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hailoại chính:

- Bơm, động cơ cánh gạt tác dụng đơn.

- Bơm, động cơ cánh gạt tác dụng kép.Bơm cánh gạt tác dụng đơn là khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ làm

việc bao gồm một lần hút và một lần nén.Bơm cánh gạt tác dụng kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm

việc, bao gồm hai lần hút và hai lần nén (hình 2.5).

37

* Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt kép trên hình 2.5

Hình 2.5. Cấu tạo bơm cánh gạt kép

* Tính toán lưu lượngNếu các kích thước hình học có đơn vị là (cm), số vòng quay n (vg/ph), thì lưu

lượng qua bơm sẽ là:

Q = 2.10-3.e.n. (B.D + 4.b.d) (lít/phút) (2.26)

Trong đó: D - Đường kính stato, (cm);B - Chiều rộng cánh gạt, (cm);b - Chiều sâu của rãnh, (cm);e - Độ lệch tâm, (cm);d - Đường kính con lăn, (cm).

* Bơm cánh gạt tác dụng đơn điều chỉnh được lưu lượngLưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng

trượt) (hình 2.6).

Hình 2.6. Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn

a) Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh; b) Điều chỉnh lưu lượng bằng lò xo- vít;c) Điều chỉnh lưu lượng bằng thủy lực; d) Ký hiệu

38

c) Bơm, động cơ píttông* Phân loại và phạm vi sử dụngBơm, động cơ píttông là loại cũng làm việc dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích

của cơ cấu píttông - xi lanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàngđạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thựchiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p = 700 bar).

Bơm píttông thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượnglớn, thường gặp trên các máy truốt, máy xúc, máy nén....

Dựa trên cách bố trí píttông, bơm, động cơ có thể phân thành hai loại:- Bơm, động cơ píttông hướng tâm.- Bơm, động cơ píttông hướng trục.Bơm, động cơ píttông có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều

chỉnh được.* Bơm, động cơ pittông hướng tâm (hình 2.7)

Kết cấu của bơm, động cơ píttông hướng tâm được thể hiện ở hình 2.7.

Hình 2.7. Kết cấu bơm piston hướng tâm

* Tính toán lưu lượngLưu lượng bơm được tính toán bằng việc xác định thể tích của xi lanh.

Nếu ta gọi d là đường kính của xi lanh bơm (cm), thì thể tích của một xilanh khirôto quay một vòng sẽ là:

q =4

. 2d.h (cm3/vòng) (2.27)

Trong đó: h - Hành trình làm việc của píttông (cm).

Vì hành trình của píttông h = 2e (e là độ lệch tâm của rôto và stato), nên nếu bơm cóz píttông và làm việc với số vòng quay là n (vg/ph), thì lưu lượng của bơm sẽ là:

39

Q = q. z. n. 10-3 (lít/phút) (2.28)

Hành trình của píttông thông thường là h = (1,3 1,4).d và số vòng quay nmax =1500 vg/ph.

Một số kết cấu của bơm píttông hướng tâm giới thiệu ở hình 2.8.

Hình 2.8. Một số kết cấu của bơm píttông hướng tâm

a) Bơm píttông hướng tâm đơn; b) Bơm píttông hướng tâm kép;c) Bơm píttông hướng tâm 3 píttông; d) Bơm píttông hướng tâm 5 píttông

* Bơm píttông hướng tâm điều chỉnh được lưu lượngLưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vòng

trượt) (hình 2.9).

Hình 2.9. Kết cấu và nguyên lý điều chỉnh lưu lượng của bơm píttông hướng tâm

1. Mặt đầu của píttông là mặt cầu; 2. Đĩa vành khăn; 3. Píttông; 4. Trục;5. Ly hợp; 6. Rôto; 7. Trục phân phối; 8. Vít điều chỉnh

40

Píttông (3) bố trí trong các lỗ hướng tâm rôto (6), quay xung quanh trục (4). Nhờcác rãnh và lỗ bố trí thích hợp trên trục phân phối (7), có thể nối lần lượt các xi lanhtrong một nửa vòng quay của rôto với khoang hút và nửa kia với khoang đẩy.

Sau một vòng quay của rôto, mỗi píttông thực hiện một khoảng chạy kép có độ lớnbằng 2 lần độ lệch tâm e.

Trong các kết cấu mới, truyền động píttông bằng lực ly tâm. Píttông (3) tựa trực tiếptrên đĩa vành khăn (2). Mặt đầu của píttông là mặt cầu (1) đặt hơi nghiêng và tựa trênmặt côn của đĩa dẫn. Rôto (6) quay được nối với trục (4) qua ly hợp (5). Để điều khiểnđộ lệch tâm e, ta sử dụng vít điều chỉnh (8).

* Bơm, động cơ píttông hướng trụcBơm, động cơ píttông hướng trục là loại có píttông đặt song song với trục của rôto

và được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng (hình 2.10).

Hình 2.10. Bơm píttông hướng trục

1) Píttông; 2) Xilanh; 3) Đĩa dẫn dầu; 4) Độ nghiêng; 5) Píttông; 6) Trục truyền động

Ngoài những ưu điểm như của bơm píttông hướng tâm, bơm píttông hướng trục còncó ưu điểm nữa là kích thước của nó nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ lưu lượng, áp suấtso với bơm hướng tâm.

Nếu các ký hiệu lấy giống như ở bơm píttông hướng tâm và đường kính trên đóphân bố các xilanh là D (cm), thì lưu lượng của bơm sẽ là:

Q = 10-3.4

. 2d. h. z. n = 10-3.

4

. 2d. z. n. D. tg (lít/phút) (2.29)

Bơm píttông hướng trục hầu hết là điều chỉnh được lưu lượng (hình 2.11).

Trong công nghiệp người ta sử dụng loại bơm này, khi lưu lượng yêu cầu ít nhất là500 (lít/phút). Ở áp suất lớn, lưu lượng nhỏ, bơm chỉ làm việc ở chế độ không liên tục,do khả năng làm nguội kém và chóng mòn.

41

Trong các loại bơm píttông, độ không đồng đều của lưu lượng không chỉ phụ thuộcvào đặc điểm của píttông, mà còn phụ thuộc vào số lượng píttông. Độ không đồng đềuđược xác định như sau:

k =max

minmax

Q

QQ (2.30)

Từ thực nghiệm, người ta xác định rằng, bơm có số lượng píttông lẻ có độ khôngđồng đều k nhỏ hơn so với bơm có số lượng píttông chẵn.

Hình 2.11. Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng của bơm píttông hướng trục

1. Thân bơm; 2. Píttông; 3. Đĩa nghiêng; 4. Lò xo; 5,6. Tay quay điều chỉnh góc nghiêng

c) Bơm, động cơ trục vít

* Phân loại và phạm vi sử dụng

Bơm, động cơ trục vít là sự biến dạng của bơm, động cơ bánh răng. Nếu bánh răngnghiêng có số răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ thànhtrục vít. Bơm, động cơ trục vít thường có hai trục vít ăn khớp với nhau (hình 2.12).

Hình 2.12. Bơm trục vít

42

Bơm, động cơ trục vít thường được phân thành 3 loại:- Loại áp suất thấp: p = 10 15 bar.

- Loại áp suất trung bình: p = 30 60 bar.

- Loại áp suất cao: p = 60 200 bar.

Bơm, động cơ trục vít có đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồngnén theo chiều trục, và không có hiện tượng chèn dầu ở chân ren.

Nhược điểm của bơm, động cơ trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp.Ưu điểm là chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng nhỏ.

2.1.2.4. Tiêu chuẩn chọn bơm, động cơ thủy lựcNhững đại lượng đặc trưng cho bơm và động cơ thủy lực gồm có:a) Lưu lượng riêng (dung lượng bơm, thể tích nén, lưu lượng vòng): là đại lượng

đặc trưng quan trọng nhất, ký hiệu q (cm3/vòng). Ở bơm píttông, đại lượng này tươngứng với chiều dài hành trình làm việc của píttông.

Đối với bơm: Lưu lượng Q n.q (lít/phút); và động cơ dầu: Áp suất p M/q (bar).

b) Số vòng quay (vòng/phút)

c) Áp suất làm việc p (bar)

d) Hiệu suất (%)

e) Tiếng ồnKhi chọn bơm, động cơ

thủy lực cần phải xem xét đếncác yếu tố về kỹ thuật và kinh tếsau (hình 2.13):

- Giá cả; Tuổi thọ; Áp suất.

- Phạm vi số vòng quay.

- Khả năng chịu các hợpchất hoá học.

- Sự dao động của lưu lượng.

- Thể tích nén cố định hoặcthay đổi.

- Công suất; Hiệu suất.

- Khả năng bơm các loạitạp chất.

Hình 2.13. Sự phụ thuộc lẫn nhau của các yếu tốkhi chọn bơm, động cơ thủy lực

43

2.1.3. Xi lanh thủy lực

2.1.3.1. Nhiệm vụXi lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành của truyền dẫn thủy lực để thực hiện chuyển

động thẳng.

2.1.3.2. Phân loạiXi lanh thủy lực được chia làm hai loại: Xi lanh lực và xi lanh quay (hay còn gọi là

xi lanh mômen). Trong xi lanh lực, chuyển động tương đối giữa píttông với xi lanh làchuyển động tịnh tiến. Trong xi lanh quay chuyển động tương đối giữa píttông vớixilanh là chuyển động quay, góc quay thường nhỏ hơn 3600.

Píttông bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nó (lực ápsuất, lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển động(lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo...).

Ngoài ra, xi lanh truyền lực còn được phân loại theo:

a) Theo cấu tạo* Xi lanh đơn+ Lùi về nhờ ngoại lực+ Lùi về nhờ lò xo

* Xi lanh kép

+ Lùi về bằng thủy lực+ Lùi về bằng thủy lực có

giảm chấn+ Tác dụng cả hai phía

+ Tác dụng quay* Xi lanh vi sai

+ Tác dụng đơn+ Tác dụng kép

b) Theo kiểu lắp ráp+ Lắp chặt thân;

+ Lắp chặt mặt bích;

+ Lắp xoay được;

+ Lắp giá ở một đầu xilanh; Hình 2.14. Các loại xi lanh thủy lực

44

2.1.3.3. Cấu tạo xilanhXilanh gồm có các bộ phận chính là thân (gọi là xi lanh), píttông, cần píttông và

một số vòng làm kín. Hình 2.15 là ví dụ xi lanh tác dụng kép có cần píttông một phía.

Hình 2.15. Cấu tạo xi lanh tác dụng kép có cần píttông một phía

1. Thân; 2. Mặt bích hông; 3. Mặt bích hông; 4. Cần píttông; 5. Píttông; 6. Ổ trượt; 7. Vòng chắn dầu;8. Vòng đệm; 9. Tấm nối; 10. Vòng chắn hình O; 11. Vòng chắn pittông; 12. Ống nối; 13. Tấm dẫn hướng;

14. Vòng chắn O;15. Đai ốc; 16. Vít vặn; 17. Ống nối.

2.1.3.4. Một số xi lanh thông dụng

a) Xi lanh tác dụng đơn (hình 2.16)

Chất lỏng làm việc chỉ tác động một phía của píttông và tạo nên chuyển động mộtchiều. Chuyển động ngược lại được thực hiện nhờ lực lò xo.

a) b)

Hình 2.16. Xi lanh tác dụng đơn

a) Xi lanh tác dụng đơn (chiều ngược lại bằng lò xo); b) Ký hiệu.

b) Xi lanh tác dụng kép (hình 2.17)

Chất lỏng làm việc sẽ tác động hai phía của píttông và tạo nên chuyển động hai chiều.

45

Hình 2.17. Xi lanh tác dụng kép

a) Xi lanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình và ký hiệu;b) Xi lanh tác dụng kép có giảm chấn cuối hành trình và ký hiệu.

Ở giai đoạn cuối khoảng chạy, khi píttông chạm lên mặt đầu xi lanh, có thể xảy rava đập nếu vận tốc chuyển động của píttông hoặc xi lanh lớn, đặc biệt là đối với cácpíttông, xi lanh có khối lượng lớn. Để giảm khả năng va đập này trong xilanh thường cócác bộ phận giảm chấn. Phần lớn các bộ phận giảm chấn làm việc theo nguyên lý tăngáp suất khoang đối áp ở cuối khoảng chạy, áp suất khoang đối áp tăng, làm giảm vận tốcchuyển động (hình 2.18).

Hình 2.18. Kết cấu xi lanh có giảm chấn ở cuối hành trình

2.2. Hệ thống xử lý dầu

2.2.1. Thùng dầu thủy lực

a) Nhiệm vụThùng dầu thủy lực có nhiệm vụ chính như sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về).

46

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình hệ thống thủy lực làm việc.- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc.- Tách nước.b) Tính toán kích thước thùng dầuĐộ lớn của các kích thước của thùng dầu phải đủ lớn để chứa đựng chất lỏng cho hệ

thống thủy lực làm việc.

Kích thước của thùng chứa dầu thủy lực được tính toán theo công thức:B

T QKV max. (2.31)

Trong đó: BQmax - Lưu lượng lớn nhất của tất cả các bơm, (dm3/phút).

K - Hệ số tỷ lệ, được lấy từ (1,5 - 5) tùy thuộc vào điều kiện làm việc củabơm và hệ thống thủy lực. Đối với các loại thùng dầu di chuyển, ví dụthùng dầu trên các xe vận chuyển thì K = 1,5; Đối với các loại thùng dầucố định, thì K = (3,0 5,0).

c) Kết cấu của thùng dầu (hình 2.19)

Hình 2.19. Kết cấu thùng dầu thủy lực

1. Động cơ điện;2. Ống hút; 3. Bộ lọc; 4. Khoang hút; 5. Vách ngăn; 6. Khoang xả;7. Mắt dầu; 8. Cửa đổ dầu; 9. Ống xả

Thùng dầu được ngăn làm hai khoang bởi một màng lọc (5). Khi bơm dầu làm việc,dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vàokhoang khác của thùng để tránh hút trực tiếp vào bơm.

Dầu thường bổ sung vào thùng dầu qua một cửa (8) bố trí trên nắp thùng. Còn ốnghút với bộ lọc (3) được đặt vào gần sát đáy thùng chứa. Có thể kiểm tra mức dầu trongthùng nhờ mắt dầu (7).

47

Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch.Sau một thời gian làm việc định kỳ (tùy theo mức độ cụ thể ở từng máy cũng như cácchế độ làm việc ở từng nhà máy cụ thể) bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thaymới. Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta thường gắn vào một van trànđể điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu.

Kết cấu và ký hiệu của thùng dầu được thể hiện ở hình 2.20.

Hình 2.20. Kết cấu và ký hiệu của thùng dầu thủy lực

2.2.2. Bộ lọc dầu

a) Nhiệm vụTrong 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, cáctiết diện nhỏ trong các phàn tử thủy lực, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạtđộng của hệ thống. Do đó trong các hệ thống thủy lực đều dùng bộ lọc để ngăn ngừachất bẩn thâm nhập vào bên trong cơ cấu, phần tử trong hệ thống thủy lực.

Bộ lọc thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặtthêm bộ lọc nữa ở cửa ra của bơm, và một ở ống xả về thùng dầu của hệ thống thủy lực.

Ký hiệu bộ lọc dầu trong sơ đồ mạch thủy lực ở hình 2.21:

Hình 2.21. Ký hiệu lọc dầu

b) Phân loại* Theo kích thước lọcTùy theo kích thước chất bẩn có thể lọc được, bộ lọc dầu có thể phân thành các

loại sau:- Bộ lọc thô: có thể lọc những chất bẩn đến 0,1mm.- Bộ lọc trung bình: có thể lọc những chất bẩn đến 0,01mm.- Bộ lọc tinh: có thể lọc những chất bẩn đến 0,005mm.

48

- Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc những chất bẩn đến 0,001mm.

Các hệ thống thủy lực trong máy công nghiệp thường dùng bộ lọc trung bình và bộlọc tinh còn bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng ở các phòng thí nghiệm.

* Phân loại theo kết cấu

Dựa vào kết cấu, vật liệu lọc ta có thể phân biệt được các loại bộ lọc dầu như sau:bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm v.v...

Ta lần lượt xét một số bộ lọc dầu thường dùng nhất.

+ Bộ lọc lưới

Bộ lọc lưới là loại bộ lọc dầu đơn giản nhất. Nó gồm có khung cứng và lưới bằngđồng bao xung quanh. Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ để vào ống hút.Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tùy thuộc vào vị trí và công dụngcủa bộ lọc.

Do sức cản của lưới, nên áp suất dầu khi qua bộ lọc bị giảm, tổn thất áp suất ấy cóthể tính toán như ở chương 1. Khi tính toán tổn thất áp suất thường lấy p = 0,3-0,5 bar,

trường hợp đặc biệt có thể lấy p = 1 2 bar.

Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào các mặt lưới và khó tẩy ra. Dođó thường dùng nó để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm. Trường hợp này phải dùngthêm bộ lọc tinh ở đường ống dầu ra khỏi bơm.

+ Bộ lọc lá, sợi thủy tinh.

Bộ lọc lá, sợi thủy tinh dùng những lá thép mỏng để lọc dầu. Đây là loại dùng rộngrãi nhất trong hệ thống dầu thủy lực trên các máy công cụ.

Kết cấu của nó bao gồm các lá thép hình tròn và những lá thép hình sao. Những láthép này được lắp đồng tâm trên trục, tấm nọ trên tấm kia. Giữa các cặp lắp chèn mảnhthép trên trục có tiết diện vuông.

Chất lượng lọc dầu phụ thuộc vào bề dày của lá thép. Bề dày này thông thường là:0,08; 0,12; 0,20; và 0,3mm. Số lượng lá thép cần thiết phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc,nhiều nhất là 1000 1200 lá.

Tổn thất áp suất lớn nhất của bộ lọc loại này lên tới 4 bar. Lưu lượng lọc có thể từ 8 100 (lít/ phút).

Bộ lọc lá chủ yếu cũng dùng để lọc thô. Ưu điểm lớn nhất của nó là khi tẩy chấtbẩn, khỏi phải dùng máy và tháo bộ lọc ra ngoài.

Hiện nay phần lớn người ta thay vật liệu các lá thép bằng vật liệu sợi thủy tinh. Độbền của các bộ lọc này cao và có khả năng chế tạo dễ dàng, các đặc tính không thay đổinhiều trong quá trình làm việc do ảnh hưởng về cơ và hoá của dầu.

49

a) b)

Hình 2.22. Các loại màng lọc

a) Màng lọc lưới; b) Màng lọc bằng sợi thủy tinh

c) Tính toán bộ lọc dầuĐể tính toán lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lượng

chảy qua lưới lọc:

Q =

pA.(lít/phút) (2.32)

Trong đó: A - Diện tích toàn bộ bề mặt lọc, (cm2)p = p1 - p2 là hiệu áp của bộ lọc, (bar) - Độ nhớt động lực của dầu, (P) - Hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tíchvà thời gian.Tùy thuộc vào đặc điểm của bộ lọc, ta có thể lấy trị số như sau:

= 0,006 0,009 ).

(2 phutcm

lit.

d) Cách lắp bộ lọc trong hệ thốngTùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển thủy lực, mà có thể

lắp bộ lọc dầu theo các vị trí khác nhau như sau (hình 2.23):

Hình 2.23. Cách lắp bộ lọc dầu trong hệ thống thủy lực

a) Bộ lọc lắp ở đường hút; b) Bộ lọc lắp ở đường nén; c) Bộ lọc lắp ở đường xả

50

2.2.3. Bình trích chứa (tích áp)

a) Nhiệm vụBình trích chứa (tích áp) là cơ cấu dùng trong các hệ truyền dẫn thủy lực để điều

hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc. Bình trích chứalàm việc theo hai quá trình: Tích năng lượng vào và cấp năng lượng ra.

Bình tích áp được sử dụng rộng rãi trong các loại máy rèn, máy ép, trong các cơ cấutay máy và đường dây tự động v.v... nhằm làm giảm công suất của bơm, tăng độ tin cậyvà hiệu suất sử dụng của toàn hệ thống thủy lực.

b) Phân loạiTheo nguyên lý tạo ra tải, bình trích chứa thủy lực (tích áp) được chia thành ba loại:

Bình trích chứa trọng vật, bình trích chứa lò xo và bình trích chứa thủy khí (hình 2.24);

Hình 2.24. Các loại bình trích chứa thủy lực

a) Bình trích chứa trọng vật; b) Bình trích chứa lò xo; c) Bình trích chứa thủy khí; d) Ký hiệu

* Bình tích áp trọng vậtBình tích áp trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua lực

ma sát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và píttông và không tính đến lựcquán tính của píttông chuyển dịch khi thể tích bình tích áp thay đổi trong quá trình làmviệc. Bình tích áp loại này yêu cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng so với píttông, nếukhông sẽ gây ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kín. Lực tác dụng ngang này sẽ làmhỏng cơ cấu làm kín và ảnh hưởng xấu đến sự làm việc ổn định của bình tích áp. Bìnhtích áp trọng vật là một cơ cấu đơn giản, nhưng cồng kềnh, vì vậy trong thực tế thườngđược bố trí ở ngoài xưởng. Vì những lý do nêu trên đã hạn chế sử dụng loại bình này.

* Bình tích áp lò xo

Quá trình năng lượng ở bình tích áp lò xo là quá trình biến dạng của lò xo. Bình tícháp lò xo có quán tính nhỏ hơn so với bình tích áp trọng vật, vì vậy nó được sử dụng để

51

làm tắt những va đập thủy lực trong các hệ thống thủy lực và giữ áp suất cố định trongcác cơ cấu kẹp.

* Bình tích áp thủy khí

Bình tích áp thủy khí lợi dụng tính chất nén được của không khí, để tạo ra áp suấtchất lỏng. Tính chất này làm cho bình tích áp có khả năng giảm chấn. Trong bình chứatrọng vật áp suất hầu như cố định không phụ thuộc vào vị trí của píttông. Trong bìnhtích áp lò xo, áp suất thay đổi tỷ lệ tuyến tính, còn trong bình tích áp thủy khí, áp suấtchất lỏng thay đổi theo những định luật thay đổi áp suất của chất khí.

Theo kết cấu bình tích áp thủy khí được chia thành hai loại chính:- Loại không có ngăn.

- Loại có ngăn.

Hình 2.25. Cấu tạo bình tích áp thủy khí loại có ngăn

+ Loại không có ngănNhững bình tích áp loại không có ngăn ít gặp trong thực tế. Sở dĩ chúng không

được ứng dụng rộng rãi vì có một nhược điểm rất cơ bản là không khí tiếp xúc trực tiếpvới chất lỏng. Trong quá trình làm việc không khí sẽ xâm nhập vào chất lỏng và gây rasự làm việc không ổn định cho toàn hệ thống. Muốn khắc phục nhược điểm này, bìnhtích áp phải có kết cấu hình trụ nhỏ và dài để giảm bớt diện tích tiếp xúc giữa không khívà chất lỏng.

+ Loại có ngăn

Bình tích áp thủy khí loại có ngăn phân cách hai môi trường được sử dụng rộng rãitrong những hệ thống thủy lực di động. Tùy thuộc vào kết cấu của màng ngăn phâncách, bình tích áp loại này được phân ra nhiều kiểu: Kiểu píttông, kiểu màng v.v...

Bình tích áp loại này không yêu cầu những thiết bị đặc biệt để theo dõi mức chấtlỏng làm việc như ở loại không có ngăn.

1. Ống cho khí vào

2. Thân bình chứa

3. Màng ngăn

4. Đế van5. Ống cho dầu vào

52

Cấu tạo của bình tích áp có ngăn bằng màng (hình 2.25) như sau: Ở khoang trên củabình tích áp thủy khí, được nạp không khí với áp suất nạp vào pn, khi không có chấtlỏng làm việc trong bình tích chứa. Nếu ta gọi pmin là áp suất nhỏ nhất của chất lỏng làmviệc của bình tích áp, thì pn pmin, áp suất pmax của chất lỏng đạt được khi thể tích chấtlỏng trong bình có được ứng với giá trị cho phép lớn nhất của áp suất không khí trongkhoang trên.

Khi sử dụng, trong bình tích áp thường là khí nitơ hoặc không khí, còn chất lỏnglàm việc là dầu. Trong bình tích áp thủy khí có ngăn thì việc làm kín giữa hai khoangkhí và chất lỏng là vô cùng quan trọng, đặc biệt là đối với loại bình làm việc ở áp suấtcao và nhiệt độ thấp. Bình tích áp được làm kín kiểu này có thể làm việc ở áp suất chấtlỏng đến 100 (kG/cm2).

Bình tích áp thủy khí có ngăn là màng đàn hồi, đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa haikhoang khí và chất lỏng làm việc. Vì ở hai loại bình tích áp này không có chi tiết dịchchuyển như ở bình kiểu píttông nên xuất hiện lực quán tính.

Bình tích áp kiểu này không yêu cầu nạp khí ngay cả khi thời gian làm việc bị giánđoạn dài. Đối với bình tích áp thủy khí có ngăn chia đàn hồi, nên sử dụng khí nitơ, vìkhông khí sẽ làm màng cao su mau hỏng.

Nguyên tắc hoạt động của bình tích áp thủy khí có màng ngăn đàn hồi trong quátrình nạp và quá trình xả (hình 2.26).

a) b)

Hình 2.26. Quá trình làm việc của bình trích chứa thủy lực loại có ngăn

a) Quá trình nạp b) Quá trình xả

* Ví dụ ứng dụng bình trích chứa thủy lực: Giữ áp suất kẹp chi tiết trong quá trìnhgia công (hình 2.27).

Trong quá trình gia công, chi tiết luôn được kẹp chặt bởi áp suất của dầu thủy lực.Trong trường hợp có sự cố của hệ thống thủy lực (ví dụ như bơm mất điện) thì dưới ápsuất của dầu trong bình tích chứa chi tiết vẫn nằm ở vị trí cũ.

53

Hình 2.27. Bình tích áp thủy lực lắp trong mạch điều khiển

1. Bơm dầu; 2. Bộ lọc; 3. Van tràn; 4. Van đảo chiều; 5. Van đảo chiều;6. Bình trích chứa; 7. Van một chiều

2.2.4. Ống dẫn, ống nốiĐể nối liền các phần tử điều khiển (các loại van) với các cơ cấu chấp hành, với hệ

thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta dùng các ống dẫn, ống nốihoặc các tấm nối.

2.2.4.1. Ống dẫn

a) Yêu cầuỐng dẫn dùng trong hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực phổ biến là ống

dẫn cứng (ống đồng và ống thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống mềm bằng kimloại có thể làm việc ở nhiệt độ 135oC).

Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất. Đểgiảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biếndạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu.

b) Ký hiệuKý hiệu ống dẫn trên các sơ đồ mạch thủy lực (hình 2.28) như sau:- Các đường ống hút

54

- Các đường ống nén- Các đường ống xả

Hình 2.28. Các đường ống hút, nén và xả tronghệ thống thủy lực

2.2.4.2. Các loại ống nốia) Yêu cầuTrong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tương đối cao về độ bền và độ kín. Tùy

theo điều kiện sử dụng ống nối có thể cố định (không tháo được) và tháo được.

b) Các loại ống nốiĐể nối các ống dẫn

với nhau hoặc nối ốngdẫn với các phần tử củathủy lực, ta dùng ống nốivặn ren và ống nối siếtchặt bằng đai ốc đượcminh họa (hình 2.29a,b).Khi đường ống làm việctrong điều kiện nhiệt độcao, có thể dùng mối nốiống siết chặt bằng đai ốccó kết cấu như hình2.29b. Khi siết chặt đaiốc nối, dưới tác dụngmặt côn ống nối, mối nốiđược làm kín.

Sử dụng ống nối đểnối các ống dẫn với nhauhoặc nối ống dẫn với cácphần tử thủy lực có ưu

a) b)

Hình 2.29. Các loại ống nối

a) Ống nối vặn ren; b) Ống nối siết chặt bằng đai ốc

55

điểm là do các đầu ren được tiêu chuẩn hóa nên dễ dàng nối liền chúng với nhau. Nhưngcũng có những nhược điểm là nếu dùng nhiều ống dẫn và ống nối sẽ làm tăng tổn thấtáp suất, tăng khả năng bị rò rỉ dầu, chiếm nhiều khoảng không gian. Vì thế trong hệthống truyền động và điều khiển thủy lực hiện đại, người ta sử dụng rộng rãi kiểu nốiliền bằng tấm nối, tức là lắp ráp một số phần tử thành các cụm điều khiển, gọi là block.

c) Cách lắp ống nối mềmKhi lắp đường ống mềm với các bộ nối ống, cần đảm bảo độ uốn cong của ống

mềm sau mối nối để tiết diện của ống mềm không bị biến dạng (hình 2.30).

ab

Hình 2.30. Cách lắp ống nối mềm

a) Lắp đúng; b) Lắp không đúng

2.2.5. Vòng chắn

a) Nhiệm vụChắn dầu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bình thường của

các phần tử thủy lực. Chắn dầu không tốt, sẽ bị rò dầu ở các mối nối, bị hao phí dầu,không đảm bảo được áp suất cao, không khí dễ thâm nhập vào hệ thống, dẫn đến hệthống hoạt động không ổn định.

b) Phân loạiĐể ngăn chặn rò dầu, người ta dùng các loại vòng chắn có kết cấu khác nhau với

những vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ dầu.Tùy thuộc vào bề mặt cần chắn khít, người ta phân thành hai loại:- Loại chắn khít phần tử cố định.- Loại chắn khít phần tử chuyển động.

c) Loại chắn khít phần tử cố định (hình 2.31)

Chắn khít những phần tử cố định tương đối đơn giản, dùng các vòng chắn bằng chấtdẻo hoặc bằng kim loại mềm như đồng, nhôm. Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắncó tính đàn hồi, thường sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn, như caosu nền vải, vòng kim loại, cao su lưu hóa cùng lõi kim loại.

56

a b c

Hình 2.31. Vòng chắn cố định

a) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn); b) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn và vòng làm kín);c) Vòng chắn dạng O (có tiết diện tròn) lắp mặt đầu.

d) Loại chắn khít phần tử chuyển động tương đối với nhau (hình 2.32)

Dùng rộng rãi nhất để chắn khít những phần tử chuyển động, người ta dùng vòngchắn có tiết diện chữ O, tiết diện X, tiết diện V và tiết diện hình phễu.

Vật liệu được chế tạo là cao su chịu dầu. Để chắn dầu giữa 2 bề mặt có chuyển độngtương đối, ví dụ như giữa píttông và xi lanh, cần phải tạo rãnh đặt vòng chắn có kíchthước phụ thuộc vào đường kính của tiết diện vòng chắn.

Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, tương tự như loại chắn khítnhững phần tử cố định, thường sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơnnhư vòng kim loại (hình 2.32a) và (hình 2.32d).

Để chắn khít những chi tiết có chuyển động thẳng, như cần píttông, cần tay côntrượt điều khiển với nam châm điện... thường dùng vòng chắn có tiết diện chữ V với vậtliệu bằng da hoặc bằng cao su (hình 2.32b).

Trong trường hợp áp suất làm việc của dầu lớn, bề dày cũng như số vòng chắn cầnthiết càng lớn (hình 2.32c).

a b

c d

Hình 2.32. Vòng chắn khít phần tử chuyển động tương đối với nhau

57

Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰCVÀ ĐIỆN THỦY LỰC

3.1. Khái niệm

Hệ thống điều khiển thủy lực được mô tả qua sơ đồ (hình 3.1), gồm các cụm vàphần tử chính, có chức năng sau:

- Cơ cấu tạo năng lượng: Bơm dầu, bộ lọc dầu, bình tích áp.

- Phần tử nhận tín hiệu: Các loại nút ấn, nút nhấn.- Phần tử xử lý tín hiệu: Van áp suất, van chặn, van tác động khóa lẫn...- Phần tử điều khiển, điều chỉnh: Van đảo chiều, van tiết lưu, bộ ổn tốc...- Cơ cấu chấp hành: Xi lanh, động cơ thủy lực.Năng lượng để điều khiển có thể bằng cơ, bằng thủy lực, bằng khí nén hoặc

bằng điện.

Hình 3.1. Hệ thống điều khiển thủy lực

3.2. Các phần tử của hệ thống điều khiển thủy lực và điện - thủy lực

3.2.1. Van áp suất

3.2.1.1. Nhiệm vụVan áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng giảm trị số áp suất

trong hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực.

3.2.1.2. Phân loạiVan áp suất gồm các loại sau:

Phần tửnhận tín

hiệu

Phần tửxử lý

Năng lượng điều khiển

Cơ cấuchấp hành

Phần tử điềukhiển

Cơ cấu tạonăng lượng

Dòng nănglượng tác

động lên quytrình

58

- Van tràn và van an toàn;

- Van giảm áp;- Van cản;- Van đóng, mở cho bình tích áp thủy lực.

3.2.1.3. Van tràn và an toàn

Dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực vượt quá trị sốquy định. Van tràn làm việc thường xuyên, còn van an toàn làm việc khi hệ thốngquá tải.

Ký hiệu của van tràn và van an toàn (hình 3.2):

Phân loại: Theo cấu tạo gồm các loại:+ Kiểu van bi (trụ, cầu);+ Kiểu con trượt (píttông);+ Van điều chỉnh hai cấp áp suất

(phối hợp)

a) Kiểu van bi- Cấu tạo van tràn kiểu van bi cầu (hình

3.3a), bi trụ (hình 3.3b)

a) b)

Hình 3.3. Cấu tạo van tràn kiểu van bi

- Nguyên lý làm việc:Khi áp suất p1 do bơm dầu tạo nên vượt quá mức quy định, nó sẽ thắng lực lò xo,

van mở cửa và đưa dầu về thùng chứa. Để điều chỉnh áp suất cần thiết nhờ vít điềuchỉnh độ cứng của lò xo ở phía trên.

Ta có phương trình:

).( 01 xxCAp (3.1)

Hình 3.2. Ký hiệu van trànvà van an toàn

59

Trong đó: p1 - Áp suất làm việc của hệ thống;A - Diện tích tác động của bi;x0 - Biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu;x - Biến dạng của lò xo khi có dầu tràn (khi van mở);C - Độ cứng của lò xo.

Kiểu van bi có kết cấu đơn giản, nhưng có nhược điểm là không dùng được ở ápsuất cao, làm việc ồn ào. Khi lỗ hỏng, dầu lập tức chảy về thùng làm cho áp suất tronghệ thống giảm đột ngột.

b) Kiểu con trượt- Cấu tạo được trình bày ở hình 3.4.

Hình 3.4. Kết cấu kiểu van con trượt

- Nguyên lý làm việc:Dầu đưanvào cửa (1), qua lỗ giảm chấn rồi vào buồng (3). Nếu như lực do áp suất

của dầu tạo nên là F lớn hơn lực của lò xo Flx và trọng lượng của píttông thì píttông sẽdịch chuyển lên trên mở cửa (2) và dầu sẽ chảy qua cửa (2) để trở về thùng chứa. Lỗ (4)dùng để tháo dầu rò từ buồng trên ra ngoài.

Ta có: lxFAp 1 (bỏ qua ma sát và trọng lượng của píttông)

Với 0.xCFlx

Khi áp suất p1 tăng làm cho lực tác dụng lên mặt đáy của píttông F tăng theo. Khixảy ra điều kiện: F > Flx làm cho píttông sẽ dịch chuyển lên một khoảng là x, khi đó dầusẽ chảy qua cửa (2) nhiều, kết quả làm cho p1 giảm để ổn định. Vì tiết diện A không đổi,nên áp suất cần điều chỉnh chỉ phụ thuộc vào lực Flx của lò xo.

60

Loại van này có độ giảm chấn cao hơn van bi, nên nó làm việc êm hơn. Nhượcđiểm của nó là trong trường hợp lưu lượng lớn, với áp suất cao, lỗ phải có kích thướclớn, do đó làm tăng kích thước chung của van.

c) Van điều chỉnh hai cấp áp suấtTrong van này có hai lò xo: Lò xo 1 tác dụng trực tiếp lên bi cầu với vít điều chỉnh,

ta có thể điều chỉnh được áp suất cần thiết nhờ thay đổi độ cứng của lò xo. Lò xo 2 tácdụng lên con trượt (bi trụ), là loại lò xo yếu chỉ có nhiệm vụ thắng lực ma sát của bi trụ.Tiết diện chảy là rãnh hình tam giác. Lỗ tiết lưu có đường kính từ 0,8 - 1 mm.

Hình 3.5. Kết cấu của van điều chỉnh hai cấp áp suất

- Nguyên lý làm việc:Dầu vào van qua cửa (1) có áp suất p1, phía dưới và phía trên con trượt van đều có

áp suất. Khi áp suất của dầu chưa thắng được lực lò xo 1, thì áp suất p1 ở phía dưới vàáp suất p2 ở phía trên bằng nhau, do đó con trượt đứng yên.

Nếu áp suất p1 tăng lên, bi cầu sẽ mở ra, dầu sẽ qua van bi chảy về thùng chứa. Khidầu chảy do sức cản của lỗ tiết lưu, nên p1 > p2, tức là có một hiệu áp được hình thànhgiữa phía dưới và phía trên con trượt là 021 ppp (lúc này cửa 3 vẫn đóng).

Khi đó: 02112 .. xCpA và 31

032 .. ApxC (3.2)

Chỉ khi p1 tăng cao thắng lực lò xo 2, lúc này cả hai van đều hoạt động.Van này làm việc rất êm, không có chấn động. Áp suất có thể điều chỉnh trong

phạm vi rất rộng là 5 - 63 bar hoặc có thể cao hơn.

61

Ví dụ: Lắp van tràn điều khiển trực tiếp kết hợp với bộ lọc đặt ở đường xả trong hệthống điều khiển thủy lực (hình 3.6).

Hình 3.6. Mạch thủy lực lắp van tràn điều khiển trực tiếp

3.2.1.4. Van giảm ápVan giảm áp được sử dụng khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn (bơm) cho một số

cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất. Trong trường hợp này, ngườita phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấuchấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết.

Ký hiệu van giảm áp:

Cấu tạo của van giảm áp:

Hình 3.7. Kết cấu của van giảm áp

62

Ví dụ: Mạch thủy lực có lắp van giảm áp như hình 3.8:

Hình 3.8. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van giảm áp

Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:

Trên sơ đồ (hình 3.8), xi lanh 1 làm việc với áp suất p1, nhờ van giảm áp tạo nên ápsuất p1>p2 cung cấp cho xi lanh 2. Giá trị của p2 có thể điều chỉnh nhờ vít trên van giảmáp. Ta có lực cân bằng của van giảm áp như sau:

lxFAp 2 ( xCFlx . ) A

xCp

.2 (3.3)

Do A = const, nên khi x thay đổi dẫn đến p2 thay đổi.

3.2.1.5. Van cảnVan cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống để cho hệ thống luôn luôn

có dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, giúp cho thiết bị làm việc êm và giảm va đập.Ký hiệu:

Trên hình 3.9, van cản lắp vào cửa ra của xi lanh có áp suất p2. Nếu lực lò xo củavan là Flx và tiết diện của píttông trong van là A, thì phương trình cân bằng lực tĩnhsẽ là:

02 lxFAp A

Fp lx2 (3.4)

63

Như vậy, áp suất ở cửa ra có thể điều chỉnh được tùy vào sự điều chỉnh lực của lòxo Flx.

Hình 3.9. Sơ đồ mạch thủy lực có lắp van cản

3.2.2. Van đảo chiều

3.2.2.1. Nhiệm vụVan đảo chiều dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng

lượng hoặc dùng để đảo chiều chuyển động của cơ cấu chấp hành.

3.2.2.2. Các khái niệm- Số cửa: là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường là 2, 3 và

4. Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn.

- Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có 2 hoặc 3vị trí. Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. Mỗi vị trí của vanđược biểu diễn bằng một hình vuông, các mũi tên và đường kẻ bên trong hình vuôngbiểu diễn mối quan hệ giữa các cửa.

Ký hiệu của van đảo chiều trên sơ đồ thủy lực gồm một số hình vuông xếp thànhhàng. Các cửa của van được ký hiệu bằng các ký tự: P, T, A, B và L.

P – Cửa áp suất; A, B – Các cửa làm việc; T – Cửa dầu hồi; L – Cửa xả dầu thừa.

3.2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại điển hình

a) Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2) (hình 3.10)

Van có hai cửa là A, P còn cửa L để xả dầu thừa.Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt sẽ tạo nên hai vị trí làm việc của

van (vị trí bên trái thì cửa P và cửa A đều bị chặn còn sang vị trí bên phải thì cửa P nốithông với cửa A), con trượt trở lại vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo.

64

Hình 3.10. Van đảo chiều 2/2

b) Van đảo chiều 3 cửa; 2 vị trí (3/2) (hình 3.11)

Van có ba cửa là A, P, T. Cửa P nối với bơm, cửa A thường nối với phần tử điềukhiển hoặc cơ cấu chấp hành còn cửa T nối với thùng chứa dầu để xả dầu hồi.

Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt để tạo nên hai vị trí làm việc củavan (vị trí bên trái thì cửa P bị chặn còn cửa A nối thông với cửa T, còn sang vị trí bênphải thì cửa P nối thông với cửa A còn cửa T bị chặn), con trượt trở lại vị trí ban đầunhờ lực đẩy của lò xo.

Hình 3.11. Van đảo chiều 3/2

c) Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí (4/2) (hình 3.12)

Van có bốn cửa là A, B, P, T. Cửa P nối với bơm, cửa A, B thường nối với phần tửđiều khiển hoặc cơ cấu chấp hành còn cửa T nối với thùng chứa dầu để xả dầu hồi.

Thông qua nút bấm điều khiển trực tiếp con trượt để tạo nên hai vị trí làm việc củavan (vị trí bên trái thì cửa P nối thông với cửa B và cửa A nối thông với cửa T, còn sangvị trí bên phải thì cửa P nối thông với cửa A và của B nối thông với cửa T), con trượt trởlại vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo.

65

Hình 3.12. Van đảo chiều 4/2

d) Van đảo chiều 4 cửa, 3 vị trí (4/3)- Loại có vị trí trung gian cửa P nối với T (hình 3.13). Khi van làm việc ở vị trí

trung gian thì chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua cửa T để về thùng chứa. Loạivan này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vị trí xácđịnh lúc dừng lại.

Hình 3.13. Van đảo chiều 4/3, vị trí trung gian hai cửa P và T thông nhau

- Loại có vị trí trung gian cửa P bị chặn (hình 3.14). Khi van làm việc ở vị trí trunggian thì chất lỏng từ bơm cung cấp cho van đi qua van tràn (hoặc van an toàn) để vềthùng chứa. Loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tạimột vị trí xác định lúc dừng lại.

Hình 3.14. Van đảo chiều 4/3, vị trí trung gian các cửa bị chặn

66

3.2.2.4. Các loại tín hiệu tác độngLoại tín hiệu tác động lên van đảo chiều được biểu diễn hai phía, bên trái và bên

phải của ký hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau có thể tác động làm van đảo chiều đểthay đổi vị trí làm việc của con trượt, cụ thể như sau:

a) Loại tín hiệu tác động bằng tay (hình 3.15)

Ký hiệu nút ấn tổng quát

Nút bấm

Tay gạt

Bàn đạp

Hình 3.15. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng tay

b) Loại tín hiệu tác động bằng cơ (hình 3.16)

Đầu dò

Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều

Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều

Lò xo

Nút nhấn có rãnh định vị.

Hình 3.16. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng cơ

67

c) Loại tín hiệu tác động bằng thủy lực, khí nén và điện từ (hình 3.17)

Tác động bằng thủy lực

Tác động bằng khí nén

Tác động bằng điện từ

Hình 3.17. Các ký hiệu cho tín hiệu tác động bằng thủy lực, khí nén và điện

3.2.2.5. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều (hình 3.18)

Khi nòng van dịch chuyển theo chiều trục, các mép của nó sẽ đóng hoặc mở các cửatrên thân van nối với ống dẫn dầu.

Van đảo chiều có mép điều khiển dương (hình 3.18a) được sử dụng trong những kếtcấu đảm bảo sự rò dầu rất nhỏ. Trong quá trình chuyển động trung gian (chuyển tiếp) tấtcả các cổng được đóng ngay tức khắc.

Ưu điểm: không có sự tổn thất áp suất;

Nhược điểm: có khả năng bị chấn động do áp suất tăng đột ngột.

Van đảo chiều có mép điều khiển bằng không (hình 3.18c), được sử dụng phần lớntrong các hệ thống điều khiển thủy lực có độ chính xác cao, ví dụ ở van thủy lực tuyếntính hay cơ cấu van servo. Công nghệ chế tạo loại van này tương đối khó khăn.

Van đảo chiều có mép điều khiển âm (hình 3.18b), đối với loại này có mất mát chấtlỏng chảy qua khe thông về thùng chứa, khi nòng van ở vị trí trung gian. Loại van nàyđược sử dụng khi không có yêu cầu cao về sự rò chất lỏng, cũng như độ cứng vững củahệ thống. Trong quá trình chuyển động trung gian (chuyển tiếp) tất cả các cổng đượcnối với nhau ngay tức khắc.

Ưu điểm: kKông bị chấn động khi đóng mở.Nhược điểm: Áp suất bị tổn thất rất nhanh (hạ tải, xả bình tích áp)

Hình 3.18. Các loại mép điều khiển của van đảo chiều

a b c

68

3.2.3. Van tiết lưu

3.2.3.1. Nhiệm vụVan tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc

hoặc thời gian chảy của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực.

Van tiết lưu có thể đặt ở đường dầu vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành.

3.2.3.2. Phân loại:Theo khả năng điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu có hai loại:+ Tiết lưu cố định:

Ký hiệu:

+ Tiết lưu thay đổi được lưu lượng:

Ký hiệu:

Dựa vào phương thức điều chỉnh lưu lượng, van tiết lưu có thể phân thành 2 loạichính: Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục và van tiết lưu điều chỉnh quanh trục (hình 3.19).

Hình 3.19. Nguyên lý điều chỉnh khe hở

a) Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục; b) Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục

a) Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục

Hình 3.20. Sơ đồ tính toán tiết lưu điều chỉnh dọc trục

69

Từ hình 3.20 ta xác định được tiết diện lưu thông của van:ABrA tx ..2 (3.5)

Trong đó:

sinhAB và

cos.2

sin.hrrt (3.6)

Thay (3.6) vào công thức (3.5), ta có:

cos.2

sin.sin..2sin.).cos.

2

sin..(2

22hhrh

hrAx (3.7)

Vì

cos.2

sin. 22h là VCB có thể bỏ qua, nên ta có:

sin...2 rhAx (3.8)

Từ công thức (3.8) cho thấy, để điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi h nên tiếtdiện lưu thông của van thay đổi.

b) Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục (hình 3.21)

Hình 3.21. Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu điều chỉnh quanh trục

3.2.3.3. Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưuTùy thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống, ta có hai loại điều chỉnh bằng

van tiết lưu như sau:- Điều chỉnh bằng van tiết lưu lắp ở đường vào;

- Điều chỉnh bằng van tiết lưu lắp ở đường ra.

a) Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu ở đường vào

Hình 3.22 là sơ đồ của van tiết lưu được lắp ở đường vào của hệ thống thủy lực.Van tiết lưu (04) đặt ở đường vào của xi lanh (01). Đường ra của xi lanh được dẫn vềthùng dầu qua van cản (05). Nhờ van tiết lưu (04), ta có thể điều chỉnh hiệu áp giữa haiđầu van tiết lưu, tức là điều chỉnh được lưu lượng chảy qua van tiết lưu vào xi lanh.(bằng cách thay đổi tiết diện chảy Ax), do đó làm thay đổi vận tốc của píttông. Lượng

70

dầu thừa chảy qua van tràn về thùng dầu. Van cản (05) dùng để tạo nên một áp suất nhấtđịnh (khoảng 3 - 8) bar trong buồng bên phải của xi lanh (01), đảm bảo píttông chuyểnđộng êm, ngoài ra van cản (05) còn làm giảm chuyển động giật mạnh của cơ cấu chấphành khi tải trọng thay đổi đột ngột.

Hình 3.22. Sơ đồ lắp van tiết lưu ở đường vào của hệ thống thủy lực

Phương trình lưu lượng:

pcAvAQ x ....11 (3.9)

Trong đó: Q1 - Lưu lượng qua van tiết lưu vàcũng là lưu lượng qua xi lanh.

10 ppp - Hiệu áp giữa hai đầuvan tiết lưu;p0 - Áp suất do bơm tạo ra và đượcđiều chỉnh bằng van tràn.

Khi Ax thay đổi p thay đổi Q1 thay

đổi v thay đổi.Nếu như tải trọng tác dụng lên píttông là FL và

lực ma sát giữa pittông và xi lanh là Fms thì phươngtrình cân bằng lực của píttông sẽ là:

0.. 2211 msL FFApAp

11

221 .

A

FF

A

App msL (3.10)

Ta thấy khi FL thay đổi p1 thay đổi p thay đổi Q1 thay đổi v không ổn định.

Hình 3.23. Sơ đồ hệ thống thủylực điều chỉnh bằng van tiết lưu

ở đường dầu vào

71

b) Điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu ở đường dầu ra

Hình 3.24 là sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng van tiết lưu lắp ở đường ra. Cách lắpnày dùng phổ biến nhất, vì van tiết lưu thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên mộtáp suất nhất định trên đường ra của xi lanh và do đó làm cho chuyển động của píttôngđược êm. Trong trường hợp này áp suất ở buồng trái xi lanh bằng áp suất của bơm, tứclà: p1 = p0.

Hình 3.24. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều chỉnh bằng van tiết lưu ở đường dầu ra

Ta có các phương trình:

Lưu lượng qua van tiết lưu:

222 ... pcvAQ (3.11)

Vì cửa của van tiết lưu nối liền với thùng dầu, nên hiệu áp qua van tiết lưu:

232 pppp (3.12)

Lưu lượng dầu qua khe hở được tính theo công thức của Torricelli như sau:

pgAQ x

.2.2 (m3/s) hoặc pcAvA x ....2 với const

gc

2

Vậy:2

...

A

pcAv x

(3.13)

Trong đó: - Hệ số lưu lượng;Ax - Diện tích mặt cắt của khe hở;

32 ppp - Hiệu áp suất trước và sau khe hở; - Khối lượng riêng của dầu.

72

Khi Ax thay đổi p thay đổi và v thay đổi

Phương trình cân bằng lực tĩnh là:

0.. 2210 msL FFApAp (3.14)

Suy ra:22

102 .

A

FF

A

Appp msL (3.15)

Ta cũng thấy: FL thay đổi dẫn đến p2 thay đổi Q2 thay đổi v không ổn định.

Nhận xét: Cả hai trường hợp điều chỉnh bằng tiết lưu có ưu điểm là kết cấu đơngiản, như cả hai có nhược điểm là không đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành có mộtgiá trị ổn định khi tải trọng thay đổi. Thường người ta dùng phương pháp điều chỉnhbằng tiết lưu cho những hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi nhỏ, hoặctrong hệ thống không yêu cầu cao về ổn định vận tốc.

Nhược điểm khác của phương pháp điều chỉnh này là một phần dầu thừa qua vantràn biến thành nhiệt, nhiệt lượng ấy làm giảm độ nhớt của dầu, có khả năng làm tănglượng dầu rò, ảnh hưởng đến sự ổn định vận tốc của cơ cấu chấp hành, dẫn đến hiệusuất giảm. Vì những lý do đó, điều chỉnh bằng van tiết lưu thường dùng trong hệ thốngthủy lực có công suất nhỏ, thường không quá 3 - 3,5 kw.

Những trường hợp hệ thống thủy lực có công suất trung bình hoặc lớn, để giảmnhiệt độ dầu, đồng thời tăng hiệu suất của hệ thống thủy lực ta dùng phương pháp điềuchỉnh vận tốc bằng thể tích. Loại điều chỉnh này được thực hiện bằng cách chỉ đưa vàohệ thống thủy lực lưu lượng dầu cần thiết để đảm bảo một vận tốc nhất định.

Lưu lượng dầu có thể thay đổi bằng cách dùng bơm dầu loại píttông hoặc bơm dầucánh gạt điều chỉnh được lưu lượng.

Đặc điểm của hệ thống điều chỉnh vận tốc bằng thể tích là khi tải trọng không đổi,công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ với lưu lượng của bơm. Vì thế, loại điều chỉnh nàyđược dùng rộng rãi trong các máy cần thiết một công suất lớn khi khởi động, tức là cầnthiết lực kéo hoặc mômen xoắn lớn. Ngoài ra nó cũng được dùng rộng rãi trong nhữnghệ thống thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay khi vận tốc giảm, côngsuất cần thiết cũng giảm.

Tóm lại: Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh bằng thể tích là đảm bảo hiệu suấttruyền động cao, dầu ít bị làm nóng, nhưng bơm dầu điều chỉnh lưu lượng có kết cấuphức tạp, chế tạo đắt hơn là bơm dầu có lưu lượng không đổi.

3.2.4. Bộ ổn tốc

3.2.4.1. Nhiệm vụTrong những cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì các hệ

thống điều chỉnh đơn giản như trên không thể đảm bảo được, vì nó không khắc phụcđược những nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyển động, như tải trọng thay đổi,

73

độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu cũng như sự thay đổi nhiệt độ. Ngoài những nguyên nhântrên, hệ thống dầu ép làm việc còn bị ảnh hưởng do những thiếu sót về kết cấu như cáccơ cấu điều khiển chế tạo không chính xác.v.v...

Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì được trị số đã điều chỉnh, trong cáchệ thống điều chỉnh vận tốc kể trên, cần lắp thêm một số bộ phận, để loại trừ ảnh hưởngcủa các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc. Trong hệ thống thủy lực, phần tử dùngđể ổn định vận tốc là bộ ổn tốc.

Ký hiệu:

Hình 3.25. Ký hiệu bộ ổn tốc trong sơ đồ thủy lực

3.2.4.2. Kết cấuBộ ổn tốc là một van ghép gồm có: Van tiết lưu và van giảm áp (hình 3.26). Bộ ổn

tốc có thể lắp trên đường dầu vào hoặc đường dầu ra của cơ cấu chấp hành.

Hình 3.26. Kết cấu bộ ổn tốc

Điều kiện để bộ ổn tốc làm việc là: 4321 pppp (3.16)

Ta có phương trình cân bằng lực tĩnh:

lxFpApA 43 .. (3.17)

Vậy:A

Fppp lx 43 (3.18)

VàA

FkpcAQ lx

x ...2 (3.19)

Như vậy Q2 không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào Flx nên vận tốc v của cơcấu chấp hành ổn định. Sơ đồ thủy lực có lắp bộ ổn tốc trình bày trên hình 3.27:

74

Hình 3.27. Sơ đồ thủy lực có lắp bộ ổn tốc

3.2.4.3. Một số phương án lắp bộ ổn tốc

a) Bộ ổn tốc đặt ở đường vào (hình 3.28).

Ưu điểm:- Xi lanh làm việc theo áp suất yêu cầu.- Có thể điều chỉnh lượng vận tốc nhỏ.Nhược điểm:- Phải đặt van cản ở đường dầu về.- Năng lượng không dùng chuyển thành nhiệt trong quá trình tiết lưu.

Hình 3.28. Bộ ổn tốc đặt ở đường vào

1,3. Van tràn; 2. Bộ ổn tốc một chiều.

75

b) Bộ ổn tốc đặt ở đường ra (hình 3.29).

Ưu điểm:

- Xi lanh làm việc được với vận tốc nhỏ và tải trọng lớn.

- Có thể điều chỉnh lượng vận tốc nhỏ.

- Không phải đặt van cản ở đường dầu về.

- Nhiệt sinh ra sẽ về bể dầu.

Nhược điểm:

- Lực ma sát của xi lanh lớn.

- Van tràn phải làm việc liên tục.

Hình 3.29. Bộ ổn tốc đặt ở đường ra

1. Van tràn; 2. Bộ ổn tốc một chiều.

3.2.5. Bộ phân dòng

3.2.5.1. Nhiệm vụBộ phân dòng có tác dụng phân dòng chảy đến những cơ cấu chấp hành khác nhau

và có lưu lượng không đổi. Ngoài ra bộ phân dòng còn có nhiệm vụ như bộ ổn tốc.

76

3.2.5.2. Kết cấuKết cấu và cách lắp bộ phân dòng trong hệ thống thủy lực như hình 3.30.

Hình 3.30. Kết cấu và sơđồ lắp bộ phân dòng

trong hệ thống thủy lực

a). Kết cấu của bộ phân dòng

1,2. Lỗ tiết lưu; 3,4. Hai đầunòng van; 5. Nòng van;

6,7. Cửa ra; 8,9. Cửa ra tiếtlưu; 10,11. Đường dẫn;

b). Sơ đồ lắp bộ phân dòngtrong hệ thống thủy lực

a) b)

3.2.6. Van chặn

3.2.6.1. Phân loại

Van chặn gồm các loại van sau:

+ Van một chiều;

+ Van một chiều điều khiển được hướng chặn;

+ Van tác động khóa lẫn.

3.2.6.2. Van một chiều

a) Nhiệm vụ: Van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướngvà ở hướng kia dầu bị ngăn lại.

Trong hệ thống thủy lực, van một chiều thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùythuộc vào những mục đích khác nhau.

Ký hiệu:

b) Kết cấu: Kết cấu của van một chiều có hai loại là van bi và van kiểu con trượtnhư hình 3.31.

77

a) b)

Hình 3.31. Kết cấu van một chiều

a) Loại van bi; b) Loại van kiểu con trượt

* Một số ví dụ điển hình sử dụng van một chiều (hình 3.32)

a) Tải trọng ngoài sẽ được duy trì khi bơm mất điện.b) Van tiết lưu chỉ cho dòng đi qua một chiều.c) Van một chiều khi quá trình hút.

d) Van một chiều cho động cơ dầu.e) Dòng chảy đi qua bơm (khi hút), khi bộ lọc bị bẩn.f) Dòng chảy xả về thùng, khi bộ lọc bị bẩn.g) Bộ ổn tốc 2 chiều (mạch cầu).h) Van một chiều cho bơm dầu có Q = hằng số.

ab c d

e f gh

78

Hình 3.32. Một số trường hợp dùng van một chiều trong hệ thống thủy lực

3.2.6.3. Van một chiều điều khiển được hướng chặn (hình 3.33)

Chất lỏng đi từ A qua B tác dụng như van một chiều, còn chất lỏng muốn đi từ Bqua A khi có tín hiệu X tác động.

Hình 3.33. Van một chiều điều khiển được hướng chặn

a) Chiều A qua B tác dụng như van một chiều;b) Chiều B qua A có dòng chảy, khi có tác dụng tín hiệu ngoài X; c) Ký hiệu

3.2.6.4. Van tác động khóa lẫna) Kết cấuKết cấu của van tác động khóa lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều khiển được

hướng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 theo nguyên lý làm việc củavan một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1 hoặckhi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu điều khiển A2.

Hình 3.34. Van tác động khóa lẫna) Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 (như van một chiều);

b) Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c) Ký hiệu

79

b) Ví dụ ứng dụngMạch ứng dụng van tác động

khóa lẫn để nâng tải trọng như hình(3.35). Với van tác động khóa lẫnlắp trong mạch, tải trọng m sẽ đượcgiữ vị trí chính xác và an toàn, khivan đảo chiều ở vị trí trung gian.

3.2.7. Các loại van điện - thủy lực3.2.7.1. Phân loại, công dụngTheo chất lượng điều khiển,

người ta sắp xếp van điện thủy lựctheo trình tự từ thấp đến cao như sau(hình 3.36):

- Van solenoid: Van solenoidđóng mở và van solenoid điềukhiển;

- Van tỷ lệ: Van tỷ lệ không phảnhồi, van tỷ lệ có phản hồi và van tỷ lệhiệu suất cao;

- Van servo: Van servo và vanservo kỹ thuật số.

Hình 3.36. Sơ đồ ký hiệu và phân loại van điện thủy lực

3.2.7.2. Van Selonoid

Cấu tạo của van selonoid gồm các bộ phận chính là: Loại điều khiển trực tiếp (hình3.37) gồm thân, con trượt và hai nam châm điện; Loại điều khiển gián tiếp (hình 3.38) gồmcó van sơ cấp 1, cấu tạo của van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2

Hình 3.35. Ứng dụng van tác động khóa lẫntrong mạch thủy lực để nâng, hạ tải trọng

1. Xilanh; 2. Van tác động khoá lẫn;3. Van đảo chiều; 4. Bộ phận cung cấp dầu

80

điều khiển con trượt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con trượt của van sẽhoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm điện. Có thể gọi vanselonoid là van điều khiển có cấp.

Hình 3.37. Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp

1,5. Vít điều chỉnh vị trí của lõi sắt từ; 2, 4. Lò xo; 3,6. Cuộn dây của nam châm điện

Hình 3.38. Kết cấu và ký hiệu của van solenoid điều khiển gián tiếp

1. Van sơ cấp; 2. Van thứ cấp

81

3.2.7.3. Van tỷ lệCấu tạo của van tỷ lệ gồm có ba bộ phận chính: Thân, con trượt và nam châm điện.Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình làm việc của con

trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm điện. Có thể điều khiển contrượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là van điềukhiển vô cấp.

Hình 3.39 là kết cấu của van tỷ lệ, van có hai nam châm 1,5 bố trí đối xứng, các lòxo 10 và 12 phục hồi vị trí cân bằng của con trượt 11.

Hình 3.39. Cấu tạo và ký hiệu của van tỷ lệ

3.2.7.4. Van tỷ lệ có phản hồi hiệu suất caoVan tỷ lệ có phản hồi ngoài các bộ phận và khả năng điều khiển như van tỷ lệ thông

thường còn có thêm thiết bị dò hành trình di chuyển của con trượt. Các bộ phận chínhcủa van gồm (hình 3.40):

- Thân van và con trượt; Nam châm điện;- Cảm biến vị trí đo lượng di chuyển con trượt.

82

a)

b)

Hình 3.40. Cấu tạo và ký hiệu của van tỷ lệ hiệu suất cao loại 4 vị trí 4 cửa

a) Cấu tạo; b) Sơ đồ ký hiệu

Với mỗi giá trị của dòng điện điều khiển vào cuộn dây của nam châm điện thì contrượt của van sẽ di chuyển đến vị trí tương ứng. Vị trí của con trượt quyết định tiết diệndòng chảy ở các vị trí của van. Các lò xo có tác dụng phục hồi con trượt về vị trí banđầu. Cảm biến vị trí dạng biến trở đo vị trí của con trượt và truyền tín hiệu dưới dạngđiện áp về bộ khuếch đại của van, tại bộ khuếch đại tín hiệu phản hồi so sánh với tínhiệu điều khiển nhằm truyền cho nam châm điện dòng điều khiển chính xác. Nên nhờbộ cảm biến này mà vị trí di chuyển của con trượt điều khiển được chính xác.

3.2.8.5. Van servo

a) Nguyên lý làm việcBộ phận điều khiển con trượt của van servo thể hiện trên hình 3.41, gồm các bộ

phận sau: Nam châm vĩnh cửu; Phần ứng và hai cuộn dây; Cánh chặn và càng đàn hồi;Ống đàn hồi và miệng phun dầu.

Hình 3.41. Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con trượt của van servo

83

Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữa nhật, phần ứngtrên đó có hai cuộn dây và cánh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nên một kết cấu cứngvững. Định vị phần ứng và cánh chặn dầu là một ống đàn hồi, ống này có tác dụng phụchồi cụm phần ứng và cánh chặn về vị trí trung gian khi dòng điện vào hai cuộn dây cânbằng. Nối với cánh chặn dầu là càng đàn hồi, càng này nối trực tiếp với con trượt. Khidòng điện vào hai cuộn dây lệch nhau thì phần ứng bị hút lệch, do sự đối xứng của cáccực nam châm mà phần ứng sẽ quay. Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đànhồi, khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phía này hở ra và phíakia hẹp lại). Điều đó dẫn đến áp suất ở hai phía của con trượt lệch nhau và con trượtđược di chuyển. Như vậy:

- Khi dòng điện điều khiển ở hai cuộn dây bằng nhau hoặc bằng 0 thì phần ứng,cánh, càng và con trượt ở vị trí trung gian (hình 3.42a), áp suất ở hai buồng con trượtcân bằng nhau.

- Khi dòng điện 21 ii thì phần ứng sẽ quay theo một chiều nào đó tùy thuộc vàodòng điện của cuộn dây nào lớn hơn. Giả sử phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ,cánh chặn cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hởmiệng phun phía trái rộng và khe hở ở miệng phun phía phải hẹp lại. Áp suất dầu vàohai buồng con trượt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con trượt di chuyển về bêntrái, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đường dẫn dầu qua van). Quá trình trên thểhiện ở hình 3.42b. Đồng thời khi con trượt sang trái thì càng sẽ cong theo chiều dichuyển của con trượt làm cho cánh chặn dầu cũng di chuyển theo. Lúc này khe hở ởmiệng phun trái hẹp lại và khe hở ở miệng phun phải rộng lên, cho đến khi khe hở củahai miệng phun bằng nhau và áp suất hai phía bằng nhau thì con trượt ở vị trí cân bằng.Quá trình đó thể hiện ở hình 3.42c.

Mô men quay phần ứng và mô men do lực đàn hồi của càng cân bằng nhau. Lượngdi 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 dichuyển theo chiều ngược lại.

Hình 3.42. Sơ đồ nguyên lý làm việccủa van servo

a) Sơ đồ giai đoạn van chưa làm việc

b) Sơ đồ giai đoạn đầu của quá trình điều khiểnc) Sơ đồ giai đoạn thứ hai của quá trình điều khiển

84

b) Kết cấu của van servoNgoài những kết cấu thể hiện ở hình 3.41 và hình 3.42, trong van còn bố trí thêm bộ

lọc dầu nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của van. Để con trượt ở vị trítrung gian khi tín hiệu vào bằng không, tức là để phần ứng ở vị trí cân bằng, người tađưa vào kết cấu vít điều chỉnh.

Một số kết cấu van servo được sử dụng hiện nay được thể hiện ở các hình 3.43;3.44; 3.45, 3.46 và 3.47.

Hình 3.43. Kết cấu và ký hiệu của van servo

a,b) Các dạng kết cấu của van servo; c) ký hiệu của van servo

85

Hình 3.44. Kết cấu của van servo một cấp điều khiển

1. Không gian trống; 2. Ống phun; 3. Lõi sắt của nam châm; 4. Ống đàn hồi; 5. Càng điều khiển điệnthủy lực; 6. Vít hiệu chỉnh; 7. Thân ống phun; 8. Thân của nam châm; 9. Không gian quay của lõi sắtnam châm; 10. Cuộn dây của nam châm; 11. Con trượt của van chính; 12. Buồng dầu của van chính

Hình 3.45. Kết cấu của van servo hai cấp điều khiển

1. Cụm nam châm; 2. Ống phun; 3. Càng đàn hồi của bộ phận điều khiển điện- thủy lực; 4. Xi lanh củavan chính; 5. Con trượt của van chính; 6. Càng điều khiển điện - thủy lực; 7. Thân ống phun

86

Hình 3.46. Kết cấu của van servo hai cấp điều khiển có cảm biến

1. Cụm nam châm; 2. Ống phun; 3. Xi lanh của van chính; 4. Cuộn dây của cảm biến;5. Lõi sắt từ của cảm biến; 6. Con trượt của van chính; 7. Càng điều khiển điện - thủy lực;

8. Ống phun; 9,10. Buồng dầu của van chính

Hình 3.47. Kết cấu của van servo ba cấp điều khiển có cảm biến

1. Vít hiệu chỉnh; 2. Ống phun; 3. Thân van cấp 2; 4. Thân van cấp 3; 5. Cuộn dây của cảm biến;6. Lõi sắt từ của cảm biến; 7. Con trượt của van chính; 8.Càng điều khiển điện thủy lực;

9. Thân của ống phun 10,14. Buồng dầu của van cấp 2.11. Con trượt của van cấp 2;13. Xi lanh của van cấp 3; 15,16. Buồng dầu của van cấp 3

87

Chương 4. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGTRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

4.1. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng thủy lực

4.1.1. Máy dập thủy lực

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việcCấu tạo và nguyên lý làm việc của máy dập ở hình 4.1a. Khi có tín hiệu tác động

bằng tay đến van đảo chiều, xi lanh A mang đầu dập đi xuống. Xi lanh A lùi về, khingừng tác động đến van đảo chiều.

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.1b).

a)

Hình 4.1. Máy dập điều khiển bằng tay

0.1- Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế 1.1 - Vanmột chiều; 1.2 - Van đảo chiều 3/2 điều khiển tay

gạt; 1.0 - Xilanh

b)

4.1.2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình công nghệ đúc

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.2).

Gầu múc sẽ đi xuống, khi tác động bằng tay đến van đảo chiều làm xi lanh thủy lựcduỗi ra. Gầu múc sẽ đi lên, khi ngừng tác động đến van đảo chiều làm cho xi lanh thủylực co lại.

88

Hình 4.2. Cơ cấu rót tự động trong công nghệ đúc

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.3)

Để xi lanh chuyển động đưa gàu múc đi xuống được êm, ta lắp một van cản (1.2) vàvan một chiều (1.3) vào đường xả dầu về thùng (hình 4.3b).

a) b)

Hình 4.3. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu rót phôi tự động

0.1 - Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế;1.1- Van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt;1.0 - Xi lanh; 1.2- Van cản; 1.3 - Van một chiều;

4.1.3. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.4).

Khi tác động vào van đảo chiều, dầu thủy lực có áp cung cấp cho xi lanh để píttôngduỗi ra nâng chi tiết lên gần nguồn nhiệt hơn. Khi chi tiết đã được sấy khô, ta tác động

89

bằng tay đến van đảo chiều để chuyển sang vị trí làm việc khác để píttông co về, chi tiếtđược hạ xuống (hình 4.5a).

Để cho chuyển động của xilanh đi xuống được êm và có thể dừng lại ở vị trí bất kỳ,ta lắp thêm van một chiều điều khiển được hướng chặn (1.2) vào đường nén (hình 4.5b).

Hình 4.4. Nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.5)

a) b)

Hình 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ chi tiết được sơn trong lò sấy

0.1 - Cụm bơm; 0.2 - Van an toàn; 1.1 - Van đảo chiều 4/3 điều khiển bằng tay gạt;1.2 - Van một chiều điều khiển được hướng chặn;1.0 - Xilanh thủy lực

90

4.1.4. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 4.6).

Hình 4.6. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công

1. Chi tiết; 2. Hàm kẹp; 3. Xi lanh.

Khi tác động bằng tay lên van đảo chiều, dầu thủy lực cung cấp cho xi lanh đểpíttông duỗi ra mang hàm di động đến kẹp chặt chi tiết. Khi gia công xong, thả tay điềukhiển van đảo chiều ra píttông lùi về và chi tiết được mở ra.

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.7)

Để cho xi lanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đậpmạnh với chi tiết kẹp, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. Ở hình 4.7a van tiết lưu mộtchiều đặt ở đường ra và ở hình 4.7b van tiết lưu một chiều đặt ở đường vào.

a) b)

Hình 4.7. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công

0.1- bơm; 0.2- van an toàn; 0.3- áp kế; 1.1- van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt;1.2- van tiết lưu một chiều; 1.0- xilanh thủy lực

1.21.2

91

4.1.5. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ

a) Nguyên lý làm việc (hình 4.8)

Dây cáp nối móc cẩu và cần píttông được mắc qua các ròng rọc cố định. Khi píttôngduỗi ra thì móc cẩu tải trọng hạ xuống với vận tốc chậm, khi píttông lùi về thì tải trọngđược nâng lên.

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.9)

Khi móc cẩu tải trọng hạ xuống với vận tốc chậm thì ta sử dụng van tiết lưu mộtchiều (1.2). Để cho quá trình hạ cẩu có giảm chấn ta dùng van cản (1.4) một chiều lắptrên đường dầu hồi khi píttông duỗi ra. Khi píttông co về, tải trọng được nâng lên, dầu ởkhoang trái của xi lanh dồn qua van một chiều rồi qua van đảo chiều và về thùng dầu.

Hình 4.8. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ

Hình 4.9. Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống cẩu tải trọng nhẹ

0.1 - cụm bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế; 1.1 - Van đảo chiều 4/2 điều khiển bằng tay gạt;1.2 - Van tiết lưu một chiều; 1.0 - Xilanh thủy lực; 1.3 - Van một chiều; 1.4 - Van cản

92

4.1.6. Máy khoan bàn

a) Nguyên lý làm việc (hình 4.10).

Hệ thống thủy lực điều khiển hai xi lanh. Xi lanh A làm nhiệm vụ kẹp chi tiết trongquá trình khoan, xi lanh B mang đầu khoan đi xuống với vận tốc được điều chỉnh trongquá trình khoan. Khi khoan xong, xi lanh B mang đầu khoan lùi về. Sau đó xi lanh A lùivề mở hàm kẹp để chi tiết được tháo ra.

Hình 4.10. Máy khoan bàn

b) Sơ đồ mạch thủy lực (hình 4.11).

Để cho vận tốc trong quá trình khoan không đổi khi tải trọng có thể thay đổi ta dùngbộ ổn tốc (2.2). Khi sử dụng một bơm cho hai cơ cấu chấp hành yêu cầu áp suất khácnhau, để tạo ra áp suất nhỏ cần thiết cho kẹp chi tiết ta sử dụng van giảm áp (1.2).

Hình 4.11. Sơ đồ mạch thủy lựcmáy khoan bàn

0.1- Bơm; 0.2 - Van an toàn; 0.3 - Áp kế;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay

gạt; 1.0- xilanh B; 1.2 - Van giảm áp;1.3 - Van một chiều; 2.1 - Van đảo chiều 4/3,

điều khiển bằng tay gạt; 2.2 - Bộ ổn tốc;2.3 - Van một chiều; 2.4 - Van cản;

2.5 - Van một chiều; 2.6 - Van tiết lưu haichiều; 2.0 - Xilanh A.

93

4.2. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển bằng điện - thủy lực

4.2.1. Thiết bị uốn tôna) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị

(hình 4.2)

Thiết bị uốn tôn với một xi lanh tácdụng kép được sử dụng để sản xuất chitiết tôn tấm hình chữ U. Tín hiệu khởiđộng được tiến hành bằng nút ấn. Saukhi chi tiết đã được uốn, nút ấn thứ haiđược sử dụng để khởi động hành trìnhco về của xi lanh. Các hành trình tiến ravà co về của xi lanh phải được thực hiệnở tốc độ được hiệu chỉnh chậm (điềukhiển lưu lượng độc lập với tải)

b) Xây dựng sơ đồ hệ thống thủy lựcvà mạch điều khiển điện

- Sơ đồ hệ thống thủy lực

Hình 4.13. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị uốn tôn

Hình 4.12. Thiết bị uốn tôn

94

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.14. Sơ đồ mạch điều khiển điện

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi ấn nút Start S1, rơ le K1 được cấp điện, tiếp điểm thường mở của K1 ở đường

dây (2) đóng lại để duy trì cấp nguồn cho rơ le K1. Đồng thời tiếp điểm thường mở củaK1 ở đường dây (3) đóng lại, dòng điện được nạp vào cuộn dây điện từ 1Y của van đảochiều điện từ. Lực điện từ của cuộn dây 1Y làm chuyển vị trí của van đảo chiều điện từ4/2 làm cho cần píttông tiến ra và giữ nguyên ở vị trí đó tới khi nào nhấn nút S2, khi đóngắt nguồn điện cung cấp cho rơ le K1, các tiếp điểm thường mở K1 được mở ra và làmcho cuộn dây 1Y bị mất điện và dưới tác dụng của lò xo đưa van đảo chiều về vị trí banđầu làm cho cần píttông trở về vị trí khởi động. Van điều khiển lưu lượng được lắp đểđảm bảo cho tốc độ không thay đổi như một hàm của tải. Van điều khiển lưu lượng phảiđược lắp ở phía dưới của van đảo chiều, nhờ đó điều khiển được cả hai hành trình tiếnra và co vào của xi lanh.

4.2.2. Thiết bị ép lắp chi tiết

a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bịMột thiết bị ép được sử dụng để lắp ráp các

chi tiết. Nếu áp suất ép vượt quá giá trị đặttrước (ví dụ: Các chi tiết không được lắp chínhxác) cần píttông phải được co vào vì lý do antoàn. Sau khi thực hiện công đoạn ép lắp chínhxác, hành trình co về của píttông được thực hiệnkhi áp suất ép đạt giá trị đặt trước trên công tắcáp suất là 3 Mpa. Van điều khiển lưu lượng mộtchiều được lắp trên đường cấp dầu vào xi lanh. Hình 4.15. Thiết bị ép

95

b) Xây dựng sơ đồ hệ thống thủy lực và mạch điều khiển điện- Sơ đồ hệ thống thủy lực:

Hình 4.16. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị ép

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.17. Sơ đồ mạch điều khiển điện

96

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi nhấn nút S1, rơ le K1 được cấp điện. Tiếp điểm thường mở của nó ở đường dây

(2) đóng lại để duy trì nguồn điện cấp cho Rơ le K1. Đồng thời, tiếp điểm thường mở ởđường dây (4) đóng lại cấp điện cho cuộn điện từ 1Y của van đảo chiều. Nhờ lực điệntừ làm van đảo chiều 4/2 chuyển sang vị trí bên trái, dầu được cung cấp vào khoang bêntrái xi lanh và cần píttông duỗi ra tiến hành quá trình ép. Khi áp suất ép đạt giá trị đặttrước trên công áp suất 1B thì tiếp điểm của công tắc áp suất (đường dây 3) đóng mạch,rơ le K2 có điện, kết quả làm tiếp điểm thường đóng K2 ở đường dây (1) mở ra xóamạch duy trì của tiếp điểm K1 làm rơ le K1 mất điện và làm cho tiếp điểm thường mởK1 trên đường dây (4) mở ra, ngắt mạch điện cung cấp cho cuộn dây 1Y của van đảochiều điện từ 4/2 làm nó chuyển về vị trí ban đầu nhờ lực của lò xo và cần píttông co vềvị trí khởi động.

4.2.3. Máy dập épa) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị

Một bộ nguồn thủy lực với lưu lượngbơm rất thấp có thể sẵn sàng cho vận hànhmột máy dập ép. Phải sử dụng một mạchthích hợp để tăng tốc độ hành trình tiến ra.Đường ra của bộ nguồn thủy lực có khảnăng cho phép điều này.

Hình 4.18. Thiết bị dập ép

- Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:

Hình 4.19. Sơ đồ mạch thủy lực thiết bị dập ép

97

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.20. Sơ đồ mạch điều khiển điện

b) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi khởi động, nhấn nút S1, dòng điện cung cấp cho rơ le K1, làm tiếp điểm thường

mở K1 trên đường dây (2) đóng lại để duy trì nguồn điện cung cấp cho rơ le K1 và đồngthời tiếp điểm K1 trên đường dây (4) đóng lại cấp điện cho cuộn dây điện từ 1Y của vanđảo chiều điện từ 4/2 làm van đảo chiều chuyển sang vị trí bên trái. Khi đó dầu đượccung cấp vào khoang bên trái của xi lanh làm cho cần píttông được tiến ra cho đến khinhấn nút ấn S2, cuộn dây 1Y bị mất điện, van đảo chiều hồi vị nhờ lực lò xo, píttông covề vị trí khởi động.

4.2.4. Điều khiển đóng mở cửa

a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị

Một xi lanh thủy lực tác dụng képđược sử dụng để mở và đóng cánh cửa củalò nung. Hoạt động đóng mở cánh cửamột cách từ từ và có thể dừng ở bất kỳmột vị trí nào mong muốn.

Để xi lanh được hãm bằng thủy lực ởtất cả các vị trí như vậy dùng van đảo chiều1V1 có ba vị trí làm việc. Để ngăn ngừacần píttông không bị duỗi ra do tác dụngcủa tải trọng và điều khiển chính xác vị tríhãm của cần píttông, sử dụng kết hợp vanđảo chiều hai vị trí 1V2 với van một chiềuđiều khiển được hướng chặn 1V3.

Hình 4.21. Thiết bị điều khiển cửa

98

b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện- Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:

Hình 4.22. Sơ đồ hệ thống thủy lực

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.23. Sơ đồ mạch điều khiển điện

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnVan một chiều điều khiển hướng chặn 1V3 ngăn ngừa cần píttông trước sự kéo ra

bởi tải trọng. Van một chiều điều khiển hướng chặn mở và cho phép cần píttông tiến ra

99

chỉ khi nút ấn đóng cửa S1 được nhấn, làm van đảo chiều 3/2 hoạt động chuyển vị trí.Khi nút nhấn S1 được nhả ra, van đảo chiều 3/2 trở về vị trí khởi động và van một chiềuđiều khiển hướng chặn đóng ngay lập tức. Cần píttông bị hãm thủy lực và giữ nguyên ởvị trí đó đồng thời đảm bảo cho cần píttông không bị kéo ra bởi lực kéo của tải trọng.Khi S1 được nhấn một lần nữa, cần píttông tiếp tục di chuyển đi ra tới khi đạt được vịtrí đã đặt trước.

Khi nút mở cửa S2 được nhấn, cần píttông di chuyển trở lại. Khi S2 được nhả ra,van đảo chiều 4/3 trở về vị trí trung gian và cần píttông vẫn ở nguyên vị trí và đượcgiữ bằng thủy lực. Hai nút ấn S1 và S2 được khóa liên động cơ khí. Nếu cả hai đượcnhấn đồng thời hoặc nếu một được giữ xuống và nút kia được nhấn, cần píttôngdừng lại.

Van điều khiển lưu lượng một chiều được lắp bên phía có cần píttông để điều chỉnhtốc độ của cần píttông khi duỗi ra và để tạo áp suất đối khi đóng cửa được êm dịu vađập, đồng thời áp suất này ngăn cản cánh cửa nặng không kéo cần píttông ra khỏi xilanh trong thời gian vận hành đóng cửa.

4.2.5. Máy ép

a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị

Máy ép thủy lực được sử dụng để dập định hình các chi tiết. Áp suất ban đầu p1 =1,5 Mpa được dùng để ép vật liệu từ từ. Sau khi hành trình ép được khoảng 100 mm,công tắc hoán đổi phải được thực hiện như chức năng của vị trí áp suất cao p2 = 4 Mpa.Sau khi quá trình ép được hoàn thiện, áp suất tăng lên đến giá trị cao nhất trên công tắcáp suất, p3 = 5 Mpa. Khi giá trị này đạt được công tắc áp suất cho hành trình co về củamáy ép. Lưu tốc có thể hiệu chỉnh bằng van điều khiển lưu lượng.

Hình 4.24. Máy ép

100

b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện- Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:

Hình 4.25. Sơ đồ hệ thống thủy lực

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.26. Sơ đồ mạch điều khiển điện

101

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi nhấn nút start S1, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì qua tiếp điểm thường mở

K1 của nó (đường dây 4). Tiếp điểm thường mở tiếp theo của K1(đường dây 6) cấp điệncho cuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/2 làm van chuyển vị trí và cần píttông tiếnra. Đồng thời tiếp điểm K1 (đường dây 7) cũng đóng lại, cấp điện cho cuộn dây điện từOY1 của van 2/2 làm nó chuyển vị trí sang bên trái và kết quả là van giảm áp được càiđặt áp suất thấp hơn sẽ hoạt động.

Khi cần píttông đạt tới công tắc giới hạn 1S, tiếp điểm thường mở của nó 1S trênđường dây 3 đóng lại làm rơ le K2 được cung cấp điện , dẫn tới làm tiếp điểm thườngđóng K2 (đường dây 7) mở ra, làm cuộn dây OY1 của van 2/2 mất điện làm van ngừnghoạt động (vị trí ban đầu), do đó gây ra sự chuyển mạch đến áp suất đặt trên van giảmáp thứ hai.

Khi cần píttông tiếp tục tiến ra, áp suất sẽ tăng theo tới khi đạt được áp suất đã đặttrước. Công tắc áp suất đóng mạch, rơ le K3 được cấp điện, tiếp điểm thường đóng K3(đường dây 1và 3) mở ra, xóa mạch duy trì của rơ le K1 và K2.

Khi rơ le K1 mất điện làm đảo chiều van 4/2 trở về vị trí ban đầu nhờ lực của lò xovà khởi động hành trình trở về của píttông. Còn khi Rơ le K2 bị ngắt điện, tác động quatiếp điểm thường đóng K2 trong đường dẫn 7 chuyển mạch hệ thống trở về đến áp suấtthấp. Bây giờ sự khởi động lại có thể được tiến hành.

4.2.6. Thiết bị lắp ráp với hai cơ cấu chấp hành

a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bị

Một thiết bị lắp ráp được sử dụngđể ép chặt một bàn chải nhựa vào trongchi tiết bằng thép. Một vít sau đó đượcvặn vào để đảm bảo an toàn cho kếtnối. Khi nhấn nút Start 1, xilanh kép1A ép bàn chải nhựa vào trong chi tiếtbằng thép. Khi áp suất ép đạt được 4,5Mpa, động cơ thủy lực 2M vặn ren vítcó bước ren trái. Tốc độ của xi lanh 1Aphải hiệu chỉnh được

Khi nhấn nút S2 xi lanh 1A co vàovà động cơ dừng lại.

Hình 4.27. Thiết bị lắp ráp với hai xilanh

b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện- Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:

102

Hình 4.28. Sơ đồ hệ thống thủy lực

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.29. Sơ đồ mạch điều khiển điện

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi nhấn nút S1, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì nhờ tiếp điểm thường mở K1

trên đường dây 2. Tiếp điểm thường mở của K1 trong đường dẫn điện (7) cấp điện chocuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/3. Nó làm cần của píttông xi lanh 1A tiến ra.

103

Khi áp suất đặt ở rơ le áp suất 1B đạt được, rơ le K3 được cấp điện. Kết quả làmtiếp điểm thường mở của K3 trong đường dây dẫn (9) đóng lại, cấp điện cho cuộn dây2Y và động cơ thủy lực quay theo chiều kim đồng hồ. Cần píttông vẫn tiến ra tới khicông tắc S2 được tác động.

Khi công tắc S2 được tác động, rơ le K2 được cấp điện (được thể hiện bằng đèn chỉthị). Tiếp điểm thường đóng của nó K2 ở đường dây 1và 5 sẽ mở ra.

Như vậy S2 xóa mạch duy trì cung cấp điện cho các rơ le K1 và K3, làm các tiếpđiểm thường mở của chúng trên đường dây 7 và 9 mở ra, ngừng cấp điện cho các cuộndây 1Y1 và 2Y, kết quả làm van đảo chiều 4/3 chuyển vị trí và khởi động hành trình trởvề của xi lanh,đồng thời động cơ 2M dừng lại.

Chỉ sau khi công tắc S2 được nhả ra (đèn chỉ thị tắt) làm van 4/3 chuyển đến vị trígiữa của nó, cho phép chu kỳ làm việc mới có thể khởi động.

4.2.7. Thiết bị nâng gói hàng

a) Cấu tạo và yêu cầu của thiết bịSản phẩm đóng gói được đưa đến nhờ băng tải X, sau đó được nâng lên bởi xi lanh

1A. Khi đạt độ nâng cần thiết thì xi lanh 2A đẩy sản phẩm vào băng tải Y để vậnchuyển đi xa.

Hình 4.30. Thiết bị nâng gói hàng

b) Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực và mạch điều khiển điện- Sơ đồ hệ thống mạch thủy lực:

104

Hình 4.31. Sơ đồ hệ thống thủy lực

- Sơ đồ mạch điều khiển điện:

Hình 4.32. Sơ đồ mạch điều khiển điện

c) Mô tả nguyên lý điều khiển điệnKhi nút ấn start S được nhấn, rơ le K1 được cấp điện và tự duy trì nhờ tiếp điểm K1

ở đường dây (2), đồng thời tiếp điểm thường mở K1 trên đường dẫn điện (9) đóng lại,cung cấp điện cho cuộn điện từ 1Y1 của van đảo chiều 4/3 làm van chuyển vị trí, kếtquả là cần píttông của xi lanh 1A tiến ra. Khi cần píttông tiến tới công tắc giới hạn 1S2làm tiếp điểm 1S2 ở đường dây (3) đóng lại, cấp điện cho rơ le K2, tiếp điểm K2 ở đườngdây (10) đóng, cuộn dây 2Y được cấp điện, điều khiển van đảo chiều 4/2 chuyển vị trí

105

và cần píttông của xilanh 2A tiến ra đến khi vươn tới công tắc giới hạn 2S2 ở vị trí cuốicủa nó. Khi đó tiếp điểm 2S2 ở đường dây (5) đóng lại, cấp điện cho rơ le K3, và lúc đónhững tiếp điểm thường đóng K3 trên đường dây dẫn điện (1) và (3) mở ra ngắt điện cấpcho các rơ le K1 và K2 vì thế xóa các tiếp điểm tự duy trì K1 cho 1Y1 và K2 cho 2Y,đồng thời tiếp điểm thường mở K3 ở đường dây (11) đóng lại cấp điện cho cuộn dây 1Y2,làm cho van đảo chiều 4/3 chuyển vị trí, cần píttông của xi lanh 1A được co vào.

Khi rơ le K3 có điện cũng đồng thời ngắt điện rơ le K2, kết quả là cuộn dây 2Y củavan đảo chiều 4/2 bị ngắt điện, làm van đảo chiều chuyển về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồivị, dẫn đến cần píttông của xi lanh 2A cũng co vào. Chỉ sau khi cả hai cần píttông đạtđược vị trí co vào hết của nó, 1Y2 bị ngắt điện, và van 4/3 chuyển sang vị trí trung giancủa nó bằng lực lò xo.

4.3. Ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển tự động thủy lực

4.3.1. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van servoVí dụ 1: Hình 4.33, hình 4.34, hình 4.35, hình 4.36, hình 4.37 và hình 4.38 là các sơ

đồ lắp ráp hệ điều khiển thủy lực chuyển động thẳng và hệ điều khiển thủy lực chuyểnđộng quay, trong đó van servo BD062 là thiết bị trực tiếp nhận tín hiệu dòng điện I từbộ khuếch đại BD90 và truyền tín hiệu lưu lượng Q cho cơ cấu chấp hành (xi lanh thủylực hoặc động cơ thủy lực).

Bộ khuếch đại BD90 là một bộ điều khiển. Bộ điều khiển này có thể thực hiện điềukhiển tương tự hoặc điều khiển số. Để thực hiện điều khiển số phải có thêm bộ carteacquisition thực hiện chuyển đổi A/D và D/A, carte này được nối ghép tương thích vớibộ khuếch đại BD90.

Có thể tham khảo đặc tính kỹ thuật của một số phần tử điều khiển như sau:

Đặc tính kỹ thuật của servo-van BD062 - Parker electrohydraulic:

- Lưu lượng (khi áp suất 70,3 kg/cm2): 0 76,734 l/p (1278,9 cm3/s ).

- Áp suất làm việc là: 15 315 Bar (15,466 316,35 kg/cm2).

- Dòng điện định mức: 100 mA.

- Điện trở của cuộn dây: 28 Ω.- Nhiệt độ làm việc: −10 1060C.

- Tổn thất áp suất ít nhất là: 30%.

- Độ tuyến tính của đặc tính I - Q: ≤ 10%.- Độ sai lệch do từ trễ của đặc tính I - Q: ≤ 5%.

- Độ trượt của đặc tính I - Q: ≤ 2%. 159

Đặc tính kỹ thuật của cảm biến vị trí đo chiều dài:

- Số PN 9810903, Waters Longfellow.

- LMAX: 12 in (30,48 cm).

106

- Điện trở: 5 kΩ.

- Điện áp max: < 100 V DC.

- Nhiệt độ đến: 700C.

- Sai số tuyến tính: ≤ 0,1%.

Đặc tính kỹ thuật của bộ khuếch đại BD90 -Parker electrohydraulic:

- Điện áp nguồn: 115 V hoặc 230 V, công suất 30 VA, tần số 50/60 Hz.

- Tín hiệu điều khiển: ± 14 V DC và ± 28 mA.

- Hệ số khuếch đại: Mạch điều khiển: K= 5 nếu lắp J5 và K= 10 nếu lắp J6.

Mạch phản hồi: K= 5 nếu lắp J18 và K=10 nếu lắp J19.

Hình 4.33. Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển vị trí của hệ thốngthủy lực chuyển động thẳng

- Nhiệt độ làm việc: 0oC 70oC.

- Bộ làm đều PID.- Điện áp cung cấp cho các loại cảm biến: ± 10V, ± 15V.

107

- Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà hiệu chỉnh bộ khuyếch đại để đạt các thông số kỹthuật khác nhau.

Các đặc tính kỹ thuật của Lab-PC+-National instruments corporation

- Điện áp bảo vệ: ± 45 V.

- Điện áp vào và ra: Unipolar (đơn cực) 0 10 V; Bipolar (2 cực) ± 5 V.

- Dòng lớn nhất: ± 2 mA.

- Hệ số khuếch đại điều khiển: 1; 2; 5; 10; 20; 50 hoặc 100.- 01 bộ 12 bít ADC để phân tích tín hiệu tương tự có điện áp là 2,44 V ứng với hệ số

khuếch đại bằng 1. Khi hệ số khuếch đại >1 thì tín hiệu điều khiển chính xác hơn(2,44 v) và đầu ra ADC từ 12 bít sẽ tự động tăng lên thành 16 bít.

- 02 bộ DAC 16 bít.- 03 bộ định giờ 16 bít để đếm tần số, đếm sự kiện và tính thời gian.

- Bộ giao diện 8 bít - DMA.

Hình 4.34. Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển vị trí của hệ thống thủy lựcchuyển động quay

108

- Sai số điện áp hiệu chỉnh: 0V.

- Bộ ổn định thời gian: (chính xác ± 0,02%):

- Hệ số khuếch đại: ≤ 10 chính xác đến 14 s;

- Hệ số khuếch đại: 20; 50 chính xác đến 20s;

- Hệ số khuếch đại: 100 chính xác đến 33s.

- ACH (0-7) là 8 kênh đầu vào, DACO OUT và DAC1 OUT là 2 kênh đầu ra;

- Bộ bù nhiệt độ cho phép nhiệt độ hoạt động là 0o 70oC;

- Độ ẩm 5% 90% và không ngưng tụ nước.- Trạm liên kết SC-2071.

- Cáp nối P/N 180524-10, 50 sợi.- Có thể lập trình với Lab View, Lab Windows/cvi và LabWindows.

- Các phần mềm kèm theo: Daqware; Ni-Daq Dos; Ni-Daq Windows và Ni-DaqWindows NT. Số phần mềm: 776703-01.

4.3.2. Hệ thống truyền động và điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệVí dụ này giới thiệu mô hình điều khiển vị trí của hệ điều khiển động cơ thủy lực

ứng dụng để thực hiện chuyển động tịnh tiến. Để thực hiện chuyển động tịnh tiến cơ cấuchấp hành, ngoài điều khiển bằng xi lanh thủy lực còn có thể điều khiển bằng động cơthủy lực kết hợp với bộ truyền động cơ khí để biến chuyển động quay thành chuyểnđộng tịnh tiến.

Sơ đồ hệ thống mạch điều khiển được xây dựng như trên hình 4.35.

Hình 4.35. Sơ đồ mạch điều khiển vị trí chuyển động tịnh tiếnbằng động cơ thủy lực

Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển vị trí trên hình 4.36:

109

Hình 4.36. Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển vị trí

4.3.3. Hệ thống truyền động và điều khiển tốc độ sử dụng van servoVí dụ 3: Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo.Hình 4.37 là sơ đồ điều khiển tốc độ quay của trục động cơ thủy lực. Phương pháp

nghiên cứu mô hình này gần giống với ví dụ 1. Đây là một mạch điều khiển hệ kín vàtuyến tính, cơ cấu chấp hành đã được thu gọn về trục động cơ thủy lực qua giá trị củamômen quán tính khối lượng J.

Hình 4.37. Sơ đồ điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực bằng van servo

Sơ đồ ở hình 4.38 thể hiện quan hệ về tín hiệu giữa các phần tử điều khiển và cơ cấuchấp hành. Bộ khuếch đại servo sử dụng điều khiển theo PI, carte giao tiếp để thực hiệnđiều khiển số là loại carte vạn năng gắn trong máy tính hoặc bằng carte chuyên dùng.

110

Hình 4.38. Sơ đồ khối nối ghép giữa các phần tử của mạch điều khiển tốc độ

4.4. Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực

Những số liệu ban đầu và các yêu cầu sau:- Chuyển động thẳng: Tải trọng F, vận tốc (v), hành trình (x)...

- Chuyển động quay: Mô men xoắn Mx, vận tốc (n, );

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý làm việc;- Tính toán p, Q của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng và vận tốc;- Tính toán lưu lượng và áp suất của bơm;- Chọn các phần tử thủy lực;- Xác định công suất động cơ điện.

4.4.1. Tính toán một số đại lượng của bơm và động cơ thủy lực

a) Lưu lượng, số vòng quay và lưu lượng riêng

- Lưu lượng của bơm tính theo công thức:

1000

.. vb

nqQ

(lít/phút) (4.1)

- Lưu lượng của động cơ tính theo công thức:.

1000.dcv

q nQ

(lít/phút) (4.2)

Trong đó: q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng);n - Số vòng quay (vòng/phút);

v - Hiệu suất thể tích (%);

111

b) Công suất và mô men xoắn- Công suất do bơm cung cấp được tính bằng tích của lưu lượng thực tế Qt (l/ph) và

áp suất p (kG/cm2).

.612

.pQN t

b , kW (4.3)

- Nếu động cơ được cung cấp một lưu lượng Q, (l/ph) thì vận tốc quay của nó tươngứng được tính theo công thức:

vq

Qn . (v/ph) (4.4)

- Công suất do áp suất dầu cung cấp cho động cơ tạo ra được tính theo công thức:

612

).( 210

ppQN

, kW (4.5)

- Công suất trên trục động cơ:

612

)..(. 21

0

ppQNN

, kW (4.6)

- Mô men xoắn trên trục động cơ:

tlcv

ppqn

ppQ

n

NM

.)..(.59,1..612

)..(.975.975 21

21

(4.7)

Trong đó: tlcv ,,, - Hiệu suất toàn phần của bơm, hiệu suất thể tích, cơ khí vàthủy lực.p1, p2 - Áp suất dầu ở đường vào và đường ra của động cơ.q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng).

- Áp suất của bơm được xác định theo công thức:

10..

q

Mp tlx (4.8)

Trong đó: p - Áp suất, (bar);M

x - Mô men xoắn, (N.m);

q - Lưu lượng riêng, (cm3/vòng);

4.4.2. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến

Từ sơ đồ mạch thủy lực ở hình 4.39 ta có:

- Lực quán tính: Fa = m.a hoặc ag

QFa . (4.9)

- Lực ma sát: mgfFms hoặc fQFms . (4.10)

112

Hình 4.39. Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến

- Lực ma sát trong xi lanh Fs thường bằng 10% lực tổng cộng, tức là:

FFms 01,0 (4.11)

Lực tổng cộng tác dụng lên píttông sẽ là:

qtsmst FFFFF (4.12)

Trong đó: Ft - Lực do tải trọng ngoài gây ra (ngoại lực), (N);Fms - Lực ma sát của bộ phận chuyển động, (N);Fs - Lực ma sát trong píttông - xi lanh, (N);Fqt - Lực quán tính do vật chuyển động có gia tốc, (N)

Ta có phương trình cân bằng tĩnh của các lực tác dụng lên píttông:

FApAp 2211 .. (4.13)

Đối với xi lanh không đối xứng thì lưu lượng vào khác lưu lượng ra, ta có:

RQQ .21 với2

1

A

AR gọi là hệ số diện tích;

Từ đó ta xác định được đường kính của xi lanh và của cần píttông như sau:- Đường kính của xi lanh:

1.2

AD (4.14)

113

- Đường kính của cần píttông:

21.2

AAd

(4.15)

- Độ sụt áp sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diện tích R, tức là:2

210 ).( Rpppp T (4.16)

Trong đó: 0p - Áp suất cung cấp cho van.

21 , pp - Áp suất ở các buồng của xi lanh.

Tp - Áp suất dầu ra khỏi van;A1, A2 - Diện tích hai phía của píttông.

Từ các công thức (4.13) và (4.16) ta tìm được áp suất 21 , pp theo công thức:

)1(

)..(.3

2

22

201 RA

ApFRApp T

(4.17)

210

2 R

pppp T

(4.18)

Tương tự khi píttông làm việc theo chiều ngược lại thì:2

201 )( Rpppp T (4.19)

)1(

)....3

2

23

202 RA

RApFRApp T

(4.20)

- Lượng dầu qua xi lanh để píttông chuyển động với vận tốc cực đại là:

1maxmax1 .AVQ (cm3/s) (4.21)

Hoặc 1max

max1 .7,16

AV

Q (lít/phút) (4.22)

Lượng dầu ra khỏi hệ thống khi làm việc với Vmax là:

2max max 2.Q V A (cm3/s) (4.23)

Hoặc max2max 2.

16.7

VQ A (lít/phút) (4.24)

- Lưu lượng qua van tiết lưu và van đảo chiều được xác định theo công thức Torricelli:

pg

AQ x .2

..

(cm3/s) (4.25)

Trong đó: - Hệ số lưu lượng;Ax - Tiết diện mặt cắt của khe hở; (cm2);

114

)( 21 ppp - Áp suất trước và sau khe hở; (N/cm2);

- Khối lượng riêng của dầu (kg/cm3);

4.4.3. Tính toán hệ thống thủy lực chuyển động quayHệ thống thủy lực chuyển động quay cũng được phân tích như hệ thống thủy lực

chuyển động tịnh tiến.

a) Mô men xoắn tác động lên trục động cơ bao gồm:Mô men quán tính:

.aM J (4.26)

Trong đó: J - mô men quán tính khối lượng trên trục động cơ thủy lực, (Nms2); - Gia tốc góc trên trục động cơ thủy lực, (rad/s2);

MD - Mô men do ma sát nhớt trên trục động cơ thủy lực, (Nm);

ML - Mô men do tải trọng ngoài gây ra, (Nm);

Mô men xoắn tổng cộng sẽ là:

LDx MMJM . (4.27)

Hình 4.40. Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động quay

115

Theo phương pháp tính toán như hệ chuyển động tịnh tiến, áp suất p1 và p2 trong hệchuyển động quay cũng được xác định theo công thức:

m

T

D

Mppp

.10

20

1

(bar) (4.28)

Tpppp 102 (bar) (4.29)

b) Lưu lượng cần thiết để làm quay trục động cơ với tốc độ nmax

1000

.max21

qnQQ (lít/ phút) (4.30)

Trong đó: nmax - Số vòng quay lớn nhất của trục động cơ (vòng/phút);q - Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực, (cm3/vòng);

c) Công suất truyền động của động cơ:

211

10.6

.. tQpN

(kW) (4.31)

Tính toán bơm và đường ống tương tự như hệ thống chuyển động thẳng.

4.4.4. Tính toán ống dẫn thủy lực

Trong các hệ truyền dẫn thủy lực có ống ngắn (l/d <100), l và d là độ dài và đườngkính ống), vận tốc lớn nhất của dòng chảy thường chọn theo các giá trị giới hạn sau:

+ Ống hút: v = 0,5 -1,5 (m/s)

+ Ống nén:

Khi p < 25 bar thì v = 3 (m/s);

Khi p = 25 - 50 bar thì v = 4 (m/s);

Khi p = 50 - 100 bar thì v = 5 (m/s);

Khi p > 100 bar thì v = 6 - 7 (m/s);

+ Ống xả: Trong các hệ thống thủy lực có ống dài (l/d>100) các giá trị này đượcgiảm khoảng (30 - 50) %. Nói chung nên chọn vận tốc sao cho mất mát áp suất trongống dẫn không vượt quá (5 - 6)% áp suất làm việc.

Để lựa chọn kích thước đường kính ống dẫn, ta xuất phát từ phương trình lưu lượngchảy qua ống dẫn.

Lưu lượng qua ống dẫn: vAQ . (4.32)

Tiết diện A =4

2d nên v

dQ .

4

. 2 (4.33)

116

Trong đó: d - Đường kính ống, (mm);Q - Lưu lượng chảy qua ống dẫn, (lít/phút)v - Vận tốc dòng chảy của chất lỏng, (m/s)

Như vậy, kích thước đường kính ống dẫn là:

v

Qd

..3

.210

(mm) (4.34)

Sau khi tính được đường kính các loại ống dẫn, căn cứ vào áp suất và lưu lượngdòng chảy để chọn kích thước đường ống theo tiêu chuẩn (bảng 4.1 và 4.2).

Bảng 4.1. Áp suất từ 1 - 1000 psi (0 - 69 bar)

Lưu lượng dòng chảy Đường kính ngoài Độ dày thành ống

Gpm lpm in mm in mm

1 3,79 1/4 6,35 0,035 0,89

1,5 5,68 5/6 7,94 0,035 0,89

3 11,4 3/8 9,53 0,035 0,89

6 22,7 1/2 12,7 0,042 1,07

10 37,9 5/8 15,88 0,049 1,24

20 75,7 7/8 22,83 0,072 1,84

34 128,7 1-1/4 31,6 0,109 2,77

58 219,6 1-1/2 38,1 0,120 3,05

Bảng 4.2. Áp suất từ 1000 - 2500 psi ( 69 - 172 bar)

Lưu lượng dòng chảy Đường kính ngoài Độ dày thành ống

Gpm lpm in mm in mm

2,5 9,46 3/8 9,53 0,058 1,47

6 22,7 3/4 19,1 0,095 2,41

10 37,9 1 25,4 0,148 3,76

18 68,14 1-1/4 31,6 0,180 4,57

42 155,2 1-1/2 38,1 0,220 5,59

117

4.4.5. Tính toán một số mạch thủy lực điển hình

Ví dụ 1: Thiết kế hệ thống thủy lực với các số liệu cho trước:+ Tải trọng: 100 tấn+ Trọng lượng G = 300 KG+ Vận tốc công tác: vmax = 320 (mm/phút)

+ Vận tốc chạy không: vmax = 427 (mm/phút)

+ Píttông đặt thẳng đứng, hướng công tác từ dưới lên

+ Điều khiển khiển tốc độ bằng van servo.

Hình 4.41. Sơ đồ mạch thủy lực

Bài giải:a) Chọn các phần tử thủy lực:+ Xi lanh tải trọng+ Van servo

+ Ắc quy thủy lực+ Lọc cao áp (lọc tinh)+ Đồng hồ đo áp suất+ Van tràn

+ Bơm dầu (bơm bánh răng)+ Van cản.

118

b) Phương trình cân bằng lực của cụm xi lanh tạo tải trọng

Hình 4.42. Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên píttông

Ta viết phương trình cân bằng lực của cụm píttông xét ở hành trình công tác (hànhtrình đi từ dưới lên trên của píttông):

0.. 2211 qtmspmsct FGFFFApAp (4.35)

Trong đó:p1 - Áp suất dầu ở buồng công tác;

p2 - Áp suất dầu ở buồng chạy không;

A1 - Diện tích píttông ở buồng công tác:4

. 2

1

DA

(4.36)

A2 - Diện tích píttông ở buồng chạy không:4

).( 22

2

dDA

(4.37)

Ft - Tải trọng công tác, Ft = 1000 (kN);

G - Trọng lượng của khối lượng m, G = 300 (KG);Fmsp - Lực ma sát của píttông với xi lanh;

Fmsc - Lực ma sát giữa cần píttông và vòng chắn khít;Fmst - Lực ma sát giữa khối lượng m và bạc trượt;Fqt - Lực quán tính sinh ra ở giai đoạn pittông bắt đầu chuyển động.+ Ta có lực ma sát của píttông với xi lanh:

NFmsp . (4.38)

Trong đó:

- Hệ số ma sát. Đối với cặp vật liệu xilanh là thép và vòng găng bằng gang thì = (0,09 - 0,15), chọn = 0,1.

N: Áp lực pháp tuyến của các vòng găng tác động lên xi lanh và được tính:

119

kk pzbDppbDN ).1.(..).(.. 2 (4.39)

D - Đường kính píttông (cm), theo dãy giá trị đường kính tiêu chuẩn ta chọn D = 27(cm);

b - Bề rộng của mối vòng găng, chọn b = 1 (cm);p2 - Áp suất của buồng mang cần pittông, chọn p2 = 5 (KG/cm2);

z - Số vòng găng, chọn z = 3;pk - Áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xilanh, pk = (0,7 - 0,14) (KG/cm2),

chọn pk = 1 (KG/cm2);

π.D.b.(p2 + pk) là lực của vòng găng đầu tiên;

π.D.b.(z - 1).pk là lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo;Từ đó suy ra:

Fmsp = 0,5.D (4.40)

+ Lực ma sát giữa cần píttông và vòng chắn khít:Fmsc = 0,15.f.π.d.b.p (4.41)

f - Hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, đối với vật liệu làm bằng cao su thìf = 0,5.D

d - Đường kính cần píttông, chọn d = 0,5.Db - Chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần, chọn d = bp - Áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 5 (KG/cm2)

0,15 - Hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn.Thay các giá trị vào công thức (4.41) suy ra:

Fmsc = 0,029.D2 (4.42)

+ Lực ma sát giữa khối lượng m và bạc trượt:Fmst = 2.π.d.l.k (4.43)

Trong đó: d - Đường kính trụ trượt;l - Chiều dài của bạc trượt;k - Hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu của trụ và bạc trượt;

Lực này có thể bỏ qua, vì để bảo đảm chế độ lắp ghép và làm việc.+ Lực quán tính

0.

.

tg

vGFqt (4.44)

120

Trong đó: g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2);G - Trọng lượng của bộ phận chuyển động, G = 300 (KG);v - Vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành, vmax = 320 (mm/ph) ≈ 5,3 (mm/s)t0: thời gian quá độ của píttông đến chế độ xác lập, t0 =(0,01 - 0,5) s, chọnt0 = 0,1s;

Thay số vào công thức (4.44) ta được: Fqt = 1,62 (KG)

Thay các giá trị vừa tính vào (4.35) ta có: p1 = 179,56 (KG/cm2), chọn p1 = 180(KG/cm2).

c) Phương trình lưu lượng+ Xét ở hành trình công tác:

ctct AvQ .1 (4.45)

Suy ra:4

..

2

1

DvQ ct

(4.46)

Q1:- Lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác;

vct - Vận tốc chuyển động trong hành trình công tác (ở đây ta lấy giá trị vmax = 320(mm/ph)

D - Diện tích bề mặt làm việc của píttông (D= 270 mm)

Thay số vào công thức (4.45) ta được: Q1 ≈ 18312480 (mm3/ph) ≈ 18,3 (l/ph).+ Xét ở hành trình lùi về (tính tương tự)

d) Tính và chọn các thông số của bơm+ Lưu lượng của bơm: Qb

Ta có: Qb = Q 1 (bỏ qua tổn thất)Suy ra: Qb = Qct = Q1 =18,3 (l/ph)

+ Áp suất bơm: pb

Ta có: pb = p0 =p1 = 180 (KG/cm2)

+ Công suất bơm:612

. bbb

QpN (KW) (4.47)

Thay số ta có:

180 18,35,38

612bN

(kW)

+ Công suất động cơ điện dẫn động bơm:

121

tb

bđc

NN

. (4.48)

Trong đó: Nđc - Công suất của động cơ điện;ηb - Hiệu suất của bơm, ηb = (0,6 - 0,9), chọn ηb = 0,87;ηt - Hiệu suất truyền lực từ động cơ đến bơm, chọn ηt= 0,985;

Suy ra:5,38

6,240,985 0,87đcN

(KW)

g) Tính toán ống dẫnTa có lưu lượng chảy qua ống:

vd

Q .4

. 2 (4.49)

Trong đó: Q - Lưu lượng chảy qua ống (l/ph);d - Đường kính trong của ống (mm);v - Vận tốc dòng chảy qua ống (m/s);

Công thức (4.45) có thể viết như sau:

3 2

3

(10 . )4,6

4 10 60

d Q Qd

v

(4.50)

Đối với ống áp suất (ống nén) ta có v = 6 -7 (m/s), chọn v = 6 (m/s), đường kínhống áp suất (ống nén):

18,34,6 8,03

6nd (mm)

Đối với ống hút (nạp) thì v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s

18,34,6 16,06

1,5hd (mm)

Đối với ống xả thì v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s

18,34,6 16,06

1,5xd (mm)

Ví dụ 2: Thực hiện lượng chạy dao của một máy gia công kim loại tổ hợp, trong trườnghợp tải trọng không đổi, ta dùng hệ thống truyền động thủy lực như sau (hình 4.43).

- Lực chạy dao lớn nhất: Pmax = 12000N.

- Lượng chạy dao nhỏ nhất: smin = vmin = 20 (mm/ph);

- Lượng chạy dao lớn nhất: smax = vmax = 500 (mm/ph);

122

- Trọng lượng bàn máy: G = 4000N.

- Hệ số ma sát sống trượt: µ = 0,2.

Đây là hệ thống thủy lực điều chỉnh bằng van tiết lưu. Lượng dầu chảy qua hệ thốngđược điều chỉnh bằng van tiết lưu đặt ở đường ra, và lượng dầu tối thiểu qua van tiết lưuta chọn là: 0,1(l/ph). Qmin lựa chọn phụ thuộc vào khả năng dẫn dầu tối thiểu của vantiết lưu được tính toán theo công thức hay theo đặc tính kỹ thuật của van.

Với trị số trên ta xác định được các tiết diện làm việc của píttông:

502

100

min

min2

v

QF (cm2) (4.51)

Ta thường dùng tỉ số tiết diện giữa píttông và cần:

22

1 F

Fi (4.52)

Suy ra: F1 = 2F2 = 100cm2

Từ đó ta có đường kính của xi lanh:

12F

D (4.53)

Và đường kính cần píttông: 89,750

2)(

2 21

FFd (cm) (4.54)

Hình 4.43. Sơ đồ mạch thủy lực

- Lưu lượng ra khỏi hệ thống khi làm việc với vận tốc lớn nhất:Qmax = F2.vmax = 50×50 = 2,5×103 (cm3/ph) = 2,5 (l/ph)

123

Trên cơ sở Qmax và Qmin ta lựa chọn van tiết lưu. Nên chọn van tiết lưu có Qmax =4÷6 (l/ph).

- Để đảm bảo thực hiện lực chạy dao lớn nhất khi gia công với lượng chạy dao lớnnhất, khi tính toán áp suất cần chú ý đến vấn đề tổn thất trong các cơ cấu, thiết bị dầu ép.

- Tính toán tổn thất áp suất dựa theo các công thức tổn thất áp suất hoặc theo đồ thịtổn thất.

- Đối với các thiết bị của các nhà sản xuất bao giờ cũng đi kèm với các đường đặctính tổn thất về áp suất, lưu lượng.

- Đối với van đảo chiều 4 cửa 2 vị trí (4/2), tổn thất áp suất ở cửa vào cũng như ởcửa ra có thể lấy ∆p1 = 0,15 bar.

- Ta chọn chiều dài ống dẫn ở đường vào có chiều dài l1 = 1 m và ở đường ra l2 =1 m với đường kính trong (làm việc) của ống φ = 6 mm.

- Lưu lượng cần thiết khi thực hiện lượng chạy dao lớn nhất:Q1 = F1.vmax = 100×50 = 5×103 cm3/min = 5 (l/ph).

- Với lưu lượng Q1 = 5 (l/min), độ dài l1 = 1 m, ta xác định được tổn thất áp suất củaống dẫn ở đường dầu vào từ công thức 1.25.

∆p2 = ∆p3 = 1,25 bar.

- Tổn thất áp suất trên các ống nối ở đường vào cũng như đường ra có thể lấy: ∆p4 =0,3 bar.

- Nếu như khôngkể tổn thất áp suất trên đường ra lắp sau van tiết lưu có thể lấy:p4 ≈ 0 và van tiết lưu cần đảm bảo áp suất ở đường ra là 2 bar, do đó: p5 = 2 bar.

- Với các trị số trên ta tính áp suất trong buồng có tiết diện F2 là:

p2 = p5 + ∆p1 + ∆p3 + ∆p4 = 2 + 0,15 + 1,25 + 0,3 = 3,7 ≈ 4 bar- Lực ma sát giữa sống trượt sinh ra do tải bàn máy:

Pms = µG = 0,2 × 4000=800N.

- Hiệu áp giữa hai buồng xi lanh cần phải thắng lực chạy dao và lực ma sát, do đóphương trình cân bằng tĩnh học của lực tác dụng lên píttông:

p1.F1 - Pmax - Pms - p2.F2 = 0

Suy ra: p1 = 14,8 bar.

- Nếu tính đến các tổn thất trên các đường vào, thì áp suất cần thiết ở cửa ra củabơm dầu là:

p0 = p1 + ∆p1 + ∆p2 + ∆p4 ≈ 16,5 bar.

124

- Nếu tính đến tổn thất do bộ lọc gây nên và đảm bảo áp suất ở đường ra ta lấy p0 =20 bar.

- Nếu lấy vận tốc lùi dao nhanh là v0 = 5000 (mm/ph) thì lưu lượng cần thiết đểchạy dao nhanh là:

Q0 = F2.v0 = 50×500 =25×103 (cm3/ph) = 25 (l/ph).

- Đây là lưu lượng cần thiết lớn nhất mà bơm dầu phải đảm bảo, do đó nó cũng làlưu lượng danh nghĩa của bơm, tức là: Q = 25 (l/ph).

- Van tràn cần phải lựa chọn loại có lưu lượng lớn hơn Q = 25 (l/ph). Do đó chọnloại có Q = 30-40 (l/ph).

- Để xác định tổn thất dầu ép, ta cần biết lưu lượng cần thiết khi thực hiện lượngchạy dao nhỏ nhất, tức là:

Qmin = F1.vmin = 100×2 = 200 (cm3/ph) = 0,2 (l/ph).

Khi thực hiện lượng chạy dao nhỏ nhất, lượng dầu qua van tràn sẽ là:

Qt = Q - Qmin = 25 - 0,2 = 24,8 (l/ph).

- Toàn bộ năng lượng của lưu lượng này biến thành nhiệt, gây nên tổn thất công suất:

0. 24,8 200,81

612 612TQ p

N

(kW)

- Nếu lấy tổng hiệu suất của bơm dầu là µ = 0,7 thì công suất cần thiết của động cơđiện là:

0. 20 251,16

612. 612 0,7đcQ p

N

(kW)

125

Phần thứ hai.TRUYỀN ĐỘNG VÀ

ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

126

127

Chương 5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

Ứng dụng khí nén đã có từ thời trước Công Nguyên, tuy nhiên sự phát triển củakhoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rấthạn chế. Mãi đến thế kỷ thứ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lầnlượt được phát minh. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụngnăng lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng khí nén vẫnđóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng điện sẽ không an toàn. Khínén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn như: Búahơi, dụng cụ dập, tán đinh... nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy. Sauchiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén trong kỹ thuật điềukhiển phát triển khá mạnh mẽ. Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới được sángchế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự kết hợp khí nén với điện - điện tử sẽquyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai.

5.1. Khả năng ứng dụng của khí nén

5.1.1. Trong lĩnh vực điều khiểnNhững năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đoạn kỹ thuật tự động hóa quá trình sản

xuất phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi vàđa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén.

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó hay xảyra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiếtnhựa, chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môitrường rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sửdụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra củathiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.

5.1.2. Trong các hệ thống truyền động

- Các dụng cụ, thiết bị, máy làm việc va đập:Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác như: Khai thác đá, khai thác than,

trong các công trình xây dựng như: Xây dựng hầm mỏ, đường hầm.

- Truyền động quay:Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành

rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng

128

khí nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của mộtđộng cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện.Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùngcông suất. Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài,công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ nhưng với sốvòng quay cao khoảng 100.000 (v/ph) thì khả năng sử dụng động cơ truyền độngbằng năng lượng khí nén là phù hợp.

- Truyền động thẳng:

Sử dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ,đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong cácthiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô.

- Trong các hệ thống đo và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chấtlượng sản phẩm.

5.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

5.2.1. Ưu điểm- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa dễ

dàng. Như vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén.- Có khả năng truyền năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và

tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ.- Đường dẫn khí nén thải ra không cần thiết.- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn

trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.- Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được bảo đảm.

5.2.2. Nhược điểm- Lực truyền tải thấp.- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì khả năng

đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện được những chuyển động thẳnghoặc quay đều.

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn.Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều

khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chínhxác, rõ ràng ưu nhược điểm của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, có thể so sánhmột số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằngcơ, bằng điện.

129

5.3. Một số đặc điểm của hệ thống truyền động khí nén

Ký hiệu: (+), (=), (-) có nghĩa là thích hợp hơn/ bằng/ ít hơn so với truyền độngbằng khí nén.

- Độ an toàn khi quá tảiKhi hệ thống đạt được áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an toàn, không

có sự cố, hư hỏng xảy ra.

Truyền động điện - cơ (-); truyền động thủy lực (=), truyền động bằng cơ (-);

- Sự truyền tải năng lượng

Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền động bằng khí nén tương đối thấp.

Truyền động điện (+); truyền động thủy lực (-), truyền động bằng cơ (-);

- Tuổi thọ và bảo dưỡng

Hệ thống truyền động và điều khiển bằng khí nén hoạt động tốt, khi mạng đạt tới ápsuất tới hạn và không gây ảnh hưởng đối với môi trường. Tuy nhiên hệ thống đòi hỏi rấtcao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí trong hệ thống.

Truyền động điện - cơ (- / =); Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (=),Truyền độngđiện (+).

- Khả năng thay thế những phần tử, thiết bị

Trong hệ thống truyền động bằng khí nén, khả năng thay thế những phần tử dễdàng. Truyền động điện (+);Truyền động bằng cơ (-),Truyền động thủy lực (=).

- Vận tốc truyền động

Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơnnữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động đạt được với vận tốc rất cao.Truyền động điện - cơ (-),Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (+).

- Khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng và áp suất

Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp suất một cáchđơn giản. Tuy nhiên với sự tải trọng thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi.

Truyền động điện - cơ (-),Truyền động cơ (-),Truyền động thủy lực (+)

- Vận tốc truyền tải

Vận tốc truyền tải và xử lý số liệu tương đối chậm: Truyền động điện (+), Truyềnđộng cơ (-), Truyền động thủy lực (+);

Phạm vi ứng dụng thích hợp của các hệ thống truyền động được liệt kê trongbảng 5.1:

130

Bảng 5.1. Phạm vi ứng dụng thích hợp của các hệ thống truyền động

TT Trường hợp ứng dụng K Đ-K Đ-C Đ C TL

1 Truyền động quay với công suất >2kW + 0 0 0 x

1.1 Truyền động quay với công suất <2kW x 0 0 0 x

1.2 Số vòng quay >10.000 v/ph 0 x 0 0 0

2Truyền động thẳng, quãng đường <200 m, tảitrọng <20 KN

+ 0 x 0 0

2.1Truyền động thẳng, quãng đường <500 m, tảitrọng <20 KN

+ 0 x 0 0 x

2.2Truyền động thẳng, quãng đường >500 m, tảitrọng <6 KN

0 x 0 0 x

3 Điều khiển nhiều hơn 10 tiến trình + x 0 + 0

3.1 Điều khiển ít hơn 10 tiến trình x x 0 + +

3.2 Điều khiển ít hơn 6 tiến trình x 0 x + 0

Ghi chú: K - Truyền động bằng khí nén; Đ-K - Truyền động bằng điện khí nén; Đ-C - Truyền động bằngđiện cơ; C - Truyền động bằng cơ; TL - Truyền động bằng thủy lực; - Có khả năng ứng dụngthích hợp; X - Có thể ứng dụng; + - Có thể ứng dụng trong những trường hợp đặc biệt;0 - Không thể ứng dụng được.

5.4. Cơ sở lý thuyết tính toán truyền động khí nén

5.4.1. Thành phần hóa học và các đại lượng vật lý cơ bản của không khí

Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển đượchút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí đưa vào hệ thống khínén. Không khí là loại khí hỗn hợp, bao gồm các thành phần hóa học chính được ghitrong bảng 5.2 và các đại lượng vật lý cơ bản được ghi ở bảng 5.3. Ngoài những thànhphần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi...Những thành phần đó gây ra cho cácthiết bị khí nén sự ăn mòn, sự han gỉ...

Bảng 5.2. Thành phần hóa học của không khí

N2 O2 Ar CO2 H2 Ne.10-3 He.10-3 He.10-3 X.10-6

Thể tích % 78,08 20,95 0,93 0,03 0,01 1,8 0,5 0,1 9

Khối lượng

%75,51 23,01 1,286 0,04 0,001 1,2 0,07 0,3 40

131

Bảng 5.3. Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí

TT Đại lượng vật lý Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

1 Khối lượng riêng ρn 1,293 kg/m3 Ở trạng thái tiêu chuẩn

2 Hằng số khí R 287 J/kg.K

3 Tốc độ âm thanh ωs

331,2

344m/s

Ở nhiệt độ 0oC

Ở nhiệt độ 20oC

4 Nhiệt lượng riêngcp

cv

1,004

0,717

kJ/kg.K

kJ/kg.K

Áp suất hằng số

Thể tích hằng số

5 Số mũ đoạn nhiệt k 1,4

6 Độ nhớt động lực η 17,17×10-6 Pa.s Ở trạng thái tiêu chuẩn

7 Độ nhớt động ν 13,28×10-6 m2/s Ở trạng thái tiêu chuẩn

5.4.2. Phương trình trạng thái nhiệt động họcGiả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lý tưởng. Phương trình trạng thái

nhiệt tổng quát của khí nén được viết như sau:

TRmVpabs ... (5.1)

Trong đó: pabs - Áp suất tuyệt đối, (bar).V - Thể tích của khí nén, (m3).m - Khối lượng, kg.R - Hằng số khí, (J/kg.K).T - Nhiệt độ Kelvin, (K).

a) Định luật Boyle - Mariotte

Khi nhiệt độ không thay đổi (T = hằng số), theo phương trình 5.1 ta có:

constVpabs . (5.2)

Nếu gọi: V1 - Thể tích khí nén tại áp suất p1, (m3);

V2 - Thể tích khí nén tại áp suất p2, (m3);

p1abs - Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1, (bar);

p2abs - Áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2, (bar);

Theo phương trình (5.2) ta có thể viết:abs

abs

p

p

V

V

1

2

2

1 (5.3)

Hình 5.1 biểu diễn sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi làđường cong parabol. Năng lượng nén và năng lượng dãn nở tính theo phương trình:

11 1

2

. .lnp

W p Vp

(5.4)

132

Hình 5.1. Sự phụ thuộc giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không thay đổi

b) Định luật 1 (Gay - Lussac)

Khi áp suất không thay đổi (p = const), theo phương trình (5.1) ta có:

2

1

2

1

T

T

V

V (5.5)

Trong đó: T1 - Nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1;T2 - Nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2;

Năng lượng nén và năng lượng dãn nở không khí được tính theo phương trình:

)( 12 VVpW (5.6)

c) Định luật 2 (Gay - Lussac)

Khi thể tích V không thay đổi, phương trình (5.1) được viết như sau:

2

1

2

1

T

T

p

p

abs

abs (5.7)

Do thể tích v = hằng số nên năng lượng nén và năng lượng giãn nở bằng 0, W = 0d) Phương trình trạng thái nhiệt khi cả ba đại lượng áp suất, nhiệt độ và thể tích

thay đổi

Từ (5.1) suy ra: constRmT

Vpabs ..

(5.8)

Hay2

2.2

1

11 ..

T

Vp

T

Vp absabs (5.9)

Khối lượng không khí m được tính theo công thức: .Vm (kg)

133

Haym

V (5.10)

Thay phương trình (5.10) vào phương trình (5.3), ta có:

- Khi nhiệt độ T không thay đổi, ta có:

abs

abs

p

pm

m

1

2

2

2

1

1

(5.11)

Như vậy sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng và áp suất p khi nhiệt độ T khôngthay đổi được viết như sau:

abs

abs

p

p

1

212 . (5.12)

Sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng và nhiệt độ T khi áp suất p không thay đổi,từ phương trình 5.5 ta có:

2

112 .

T

T (5.13)

Sự phụ thuộc giữa khối lượng riêng vào cả 3 đại lượng thay đổi áp suất p, nhiệtđộ T và thể tích V theo phương trình (5.9) ta viết được như sau

abs

abs

pT

pT

12

1212 .

.. (5.14)

e). Phương trình đoạn nhiệtThể tích riêng của không khí:

m

Vv (m3/kg) (5.15)

Thay phương trình (5.15) vào phương trình (5.8), ta có phương trình trạng thái củakhí nén:

RT

vp

.hay TRvp .. (5.16)

Trong đó R là hằng số khí, tra theo bảng 5.3.Nhiệt lượng riêng c là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng khối lượng không khí

1 kg lên 10K. Nhiệt lượng riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi áp suấtkhông thay đổi ký hiệu cp. Tỷ số của cv và cp gọi là số mũ đoạn nhiệt k.

v

p

c

ck (5.17)

134

Hiệu số của cp và cv gọi là hằng số khí R:

)1(1

.

kck

kcccR vpvp (5.18)

Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không cónhiệt được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau:

kk vpvp 2211 .. hằng số (5.19a)

Hay1

2

1

1

2

2

1

k

kk

T

T

v

v

p

p(5.19b)

Hình 5.2 biểu diễn biểu đồ đoạn nhiệt:

Hình 5.2. Biểu đồ đoạn nhiệt

Diện tích mặt phẳng giới hạn bởi các điểm 1, 2, 5, 6 trong hình 5.2 tương ứng lượngnhiệt giãn nở cho khối lượng khí 1 kg và có giá trị:

1

2

111 11

.k

v

v

k

vpW (5.20a)

hay

k

k

p

p

k

vpW

1

1

211 11

.(5.20b)

hay

1

211 11

.

T

T

k

vpW (5.20c)

Công kỹ thuật Wt là công cần thiết để nén lượng không khí (ví dụ trong máy nénkhí) hoặc là công thực hiện khi áp suất khí giãn nở. Diện tích mặt phẳng giới hạn bởicác điểm 1, 2, 3, 4 ở trong hình 5.2 là công thực hiện để nén hay công thực hiện khí ápsuất khí giãn nở cho 1 kg không khí, có giá trị:

135

1

2

111 1..

1

k

t v

vvp

k

kW (5.21a)

k

k

t p

pvp

k

kW

1

1

211 1..

1(5.21b)

Trong thực tế không thể thực hiện được quá trình đẳng nhiệt cũng như quá trìnhđoạn nhiệt. Quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và quátrình đoạn nhiệt gọi là quá trình đa biến và có phương trình:

nn vpvp 2211 .. = const (5.22)

Hay1

1

2

1

2

2

1

n

nn

T

T

v

v

p

p(5.23)

- Quá trình đẳng nhiệt: n = 1- Quá trình đẳng áp: n = 0.

- Quá trình đoạn nhiệt: n = k.- Quá trình đẳng tích: n = ∞.

f) Ví dụ ứng dụngLưu lượng hút của một máy nén khí là Vn = 2,5 (m3/phút) trong điều kiện tiêu chuẩn

(Tn = 2730K, Pn = 1,013 bar). Phải cần thời gian bao lâu để làm đầy bình chứa với thểtích V = 1m3, có áp suất 6 bar và nhiệt độ không khí trong bình là T = 2980K?

Bài giải:Do nhiệt độ T, áp suất p và thể tích V ở trạng thái ban đầu và trạng thái cuối của

quá trình nén là khác nhau. Cho nên dựa vào phương trình (5.9) để xác định thể tích củabình chứa khí ở trạng thái ban đầu:

T

Vp

T

Vp abs

n

nnabs.. '

(5.24)

Trong đó: pnabs - Áp suất của khí quyển tiêu chuẩn, pn = 1,013 bar;pabs - Áp suất của không khí trong bình chứa khi nạp đầy:pabs = (1,013 +p) = (1,013 +6) = 7,013 (bar);Tn - Nhiệt độ của khí quyển tiêu chuẩn, Tn = 2730 K;Vn

' - Thể tích khí cần thiết phải hút (m3);V - Thể tích bình chứa, (m3);T - Nhiệt độ trong bình chứa, T = 2980K.

Từ phương trình 5.24 ta có:

Tp

TVpV

n

nn .

.).013,1(' (5.25)

136

Thay số vào phương trình (5.25) ta có:

34,6298.013,1

273.1.013,7' nV (m3)

Thời gian cần thiết để làm đầy bình chứa:

54,25,2

34,6'

n

n

V

Vt (phút)

5.4.3. Phương trình dòng chảya) Phương trình dòng chảy liên tục

Hình 5.3. Dòng chảy liên tục

Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi (hình5.3), ta có phương trình dòng chảy như sau:

21 vv QQ Hay: w1.A1 = w2.A2 = const (5.26)

Trong đó: Qv1, Qv2 - Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2, (m3/s).w1 - Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1, (m/s).w2 - Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2, (m/s).A1 - Tiết diện chảy tại vị trí 1, (m2).A2 - Tiết diện chảy tại vị trí 2, (m2).

b) Phương trình Becnully:

Phương trình Becnully được viết như sau:

2

2

221

1

21 ..

2...

2.

pmhgm

wm

pmhgm

wm (5.27)

Trong đó:2

.2w

m - Động năng

hgm .. - Thế năng;

pVp

m ..

- Áp năng

Trong đó: g: Gia tốc trọng trường.ρ: Khối lượng riêng không khí.p: Áp suất tĩnh.

Phương trình (5.27) có thể viết lại như sau:

137

2.. 2

wphg = const (5.28)

Nếu chiều cao h = 0 thì phương trình (5.28) viết được như sau:

constwp 2

.2 (5.29)

Trong đó: p - Áp suất tĩnh học;

2.2

w - Áp suất động học;

Như vậy, áp suất toàn phần là tổng áp suất thành phần:

đttp ppp (5.30)

Trong đó: ptp - Áp suất toàn phần;pt - Áp suất tĩnh học;pđ - Áp suất động học

d1

d2

h1

h2

Hình 5.4. Phương trình Bernulli

5.4.4. Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹpĐể tính toán truyền động khí nén, ta giả thiết sau:- Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt

được thực hiện, quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt;- Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt

không được thực hiện, quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt;Lưu lượng khối lượng khí qm qua khe hở được tính như sau:

138

pAqm .2... 11 (kg/s) (5.31)

Hay1

1 2...

p

Aqm

(m3/s) (5.32)

Trong đó: α - Hệ số lưu lượng.ε - Hệ số giãn nở.A1 - Diện tích mặt cắt của khe hở, (m2).Δp = p1 - p2 - Độ chênh áp suất trước và sau khe hở.ρ1 - Khối lượng riêng của không khí.

Hệ số lưu lượng α phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở (hệ số co rút ) và (hệsố vận tốc ).

. (5.33)

Hình 5.5 biểu diễn mối quan hệ của hệ số lưu lượng α và tỷ số2

2

D

dm của vòi

phun theo tiêu chuẩn DIN 1953. Trong hình 5.6 biểu diễn mối quan hệ của hệ số giãn

nở ε, tỷ số áp suất sau và trước khe hở1

2

p

p và tỷ số

2

2

D

dm của vòi phun.

Theo hình 5.7 hệ số giãn nở của bướm điều tiết ở trạng thái đoạn nhiệt k = 1,4.

Hình 5.5. Hệ số lưu lượng Hình 5.6. Hệ số giãn nở của vòi phun

139

Hình 5.7. Sự phụ thuộc hệ số lưu lượng và hệ số ảnh hưởng số Reynold Re

của bướm điều tiết

Ví dụ ứng dụng:Khi có áp suất p1 = 2 (bar) và nhiệt độ t1 = 20 oC chảy qua bướm điều tiết có đường

kính 1d (mm), áp suất sau bướm điều tiết p2 = 1,5 (bar), đường kính của ống dẫn khíD =4 (mm). Tính lưu lượng theo khối lượng qm (kg/s) và lưu lượng theo thể tích khí ởtrạng thái tiêu chuẩn qv (m3/h)?

Bài giải:Theo phương trình (5.31) ta có:

pAqm .2... 11 (kg/s)

Do tổn thất áp suất nhỏ 5,021 ppp (bar), số 410eR , cho nên dòng

chảy tầng.

Tỷ số: 06,016

12

2

D

dm

Từ hình 5.7a ta tra được: 6,0

- Hệ số giãn nở tra ở hình 5.7b theo các thông số sau:

140

06,016

12

2

D

dm , ta chọn m = 0; 75,0

0,2

5,1

2

1 p

p , ta được: 925,0 .

- Diện tích của khe hở:3 2 7

1 0,25 (1 10 ) . 7,85 10A (m2);

- Hiệu áp trước và sau khe hở: 51 2 0,5 0,5 10p p p (Pa);

- Khối lượng riêng của khí ở trạng thái tiêu chuẩn (pn = 1,013 bar; T = 273 0K):

2939,1n (kg/m3)

Theo phương trình (5.14) ta có:

11

.( 1,013). 273 3,013 1,2933,58

293 1,013 293 1,013nT p

(kg/m3)

Như vậy lưu lượng theo khối lượng sẽ là:

7 5 40,6 0,925 7,85 10 2 3,58 0,5 10 2,7 10mq (kg/s)

- Lưu lượng tính theo thể tích ở trạng thái tiêu chuẩn được tính như sau:4

43

( / ) 2,7 102,1 10

( / ) 1,293m

vn

q kg sq

kg m

(m3/s)

5.4.5. Tổn thất áp suất trong truyền động khí nénTính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống truyền động khí nén là vấn đề

rất phức tạp. Tổn thất áp suất của hệ thống bao gồm:

- Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng RP .

- Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi EP .

- Tổn thất áp suất trong các loại van. VP

a) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳngTổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (ΔPR):

2. .w.

2R

lp

d

(N/m2) (5.34)

Trong đó: l - Chiều dài ống dẫn, (m).ρ - Khối lượng riêng của không khí, được xác định theo công thức sau:

. absn

n

p

p (5.35)

ρn - Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn, ρn= 1,293 (kg/m3);

141

pn - Áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn, pn = 1,013 (bar).

w - Vận tốc của dòng chảy, (m/s).

d - Đường kính ống dẫn, (m).

- Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re < 2230).64

eR (5.36)

Re - Hệ số Reynold,n

w.deR

n - Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn, n = 13,28×10-6 (m2/s)

b) Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổiTrong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi,

dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi...Tổn thất áp suất trongnhững tiết diện đó được tính như sau:

2.2

. wPE

, (N/m2) (5.37)

Trong đó: ζ: Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn và số Re.- Khi tiết diện thay đổi đột ngột:

Tổn thất áp suất:2 2

1 1

2

.w1 .

2E

Ap

A

, (N/m2) (5.38)

Hình 5.8. Tiết diện thay đổi

Hoặc:2 2

2 2

1

.w1 .

2E

Ap

A

Trong đó:w1 và w2 là vận tốc chảy trung bình ở tiết diện A1 và A2.

- Khi ống dẫn gãy khúc:

Tổn thất áp suất:2

2 0,5. . .wEP , (N/m2) (5.39)

Trong đó: Hệ số tra theo bảng 5.4

Hình 5.9. Tiết diện gẫy khúc

142

Bảng 5.4. Hệ số ζ phụ thuộc vào độ nhẵn và độ nhám của thành ống

150 22,50 300 450 600 900

nnhă 0,042 0,07 0,13 0,24 0,47 1,13

nhám 0,062 0,15 0,17 0,32 0,66 1,27

a/D 0,71 0,943 0,150 3,72 6,28

nnhă 0,51 0,35 0,28 0,36 0,40 0,48

nhám 0,51 0,415 0,38 0,46 0,44 0,64

- Trong hệ thống có các đường ống bị uốn cong:Tổn thất áp suất:

23 es. .w

2E gp

(N/m2) (5.40)

Trong đó: Hệ số ζges bao gồm: Re uges

ζu: Hệ số cản do độ cong.ζRe: Hệ số cản do ảnh hưởng của số Reynold (ma sát ống).

Hệ số cản ζu phụ thuộc vào góc uốn cong , tỉ số R/d và chất lượng bên trong ống,tra theo hình 5.10.

d

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

l

Hình 5.10. Hệ số cản u

143

Hệ số cản ζRe do ảnh hưởng của số Reynold (ma sát ống) phụ thuộc vào số Reynold,tra theo hình 5.11.

Hình 5.11. Hệ số cản do ảnh hưởng số Reynold

- Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi phân dòng (hình 5.12):

Tổn thất áp suất trong ống phân nhánh:

2z. .w

2Ea ap

(N/m2) (5.41)

Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng:

2z. .w

2Ed dp

(N/m2) (5.42)

Trong đó: wz: vận tốc trung bình trong ống dẫn chính.Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi phân dòng thuộc vào tỷ lệ dia/diz và tỷ lệ lưu

lượng qma/qmz cho trong bảng 5.5.

Hình 5.12. Ống phân nhánh

144

Bảng 5.5. Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi phân dòng

Góc rẽ nhánh δ

900 1200 1350

Ống rẽ nhánh, hệ số cản ζa

Tỷ số dia/din

Tỷ lệ lưu lượngqma/qmz

1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6

0.2 0,79 0,84 1,00 0,71 0,75 0,88 0,68 0,72 0,83

0.4 0,74 0,88 1,31 0,57 0,69 1,07 0,51 0,61 0,98

0.6 0,81 1,05 1,89 0,53 0,75 1,53 0,43 0,64 1,40

0.8 1,00 1,37 2,72 0,97 0,96 2,26 0,44 0,78 2,09

1.0 1,30 1,82 3,81 1,75 1,27 3,26 0,54 1,06 3,05

Ống rẽ thẳng, hệ số cản ζd

Tỷ số dia/din

Tỷ lệ lưu lượng

qma/qmz

1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6

0.2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0.4 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

0.6 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08

0.8 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19

1.0 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

- Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng (hình 5.13)

Hình 5.13. Ống hợp dòng

Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng qma

2z. .w

2Ea ap

(N/m2) (5.43)

145

Tổn thất áp suất trong ống dẫn khi hợp dòng qmd

2z. .w

2Ed dp

(N/m2) (5.44)

Trong đó: wz - Vận tốc trung bình trong ống dẫn chính.Hệ số cản ζa và ζd của ống dẫn khi hợp dòng thuộc vào tỷ lệ dia/diz và tỷ lệ lưu lượng

qma/qmz (bảng 5.6)

Bảng 5.6. Hệ số cản a và d của ống dẫn khi hợp dòng

Góc rẽ nhánh δ

450 600 900

Ống rẽ nhánh, hệ số cản a

Tỷ số dia/din

Tỷ lệ lưu lượng

qma/qmz

1,0 0,8 0,6 1,0 0,8 0,6 1,0 0,8 0,6

0.2 -0,41 -0,31 -0,11 -0,40 -0,30 -0,09 -0,38 -0,28 -0,66

0.4 -0,03 0,22 0,94 0,00 0,27 0,99 0,10 0,37 1,11

0.6 0,22 0,69 2,22 0,31 0,79 2,33 0,52 1,03 2,61

0.8 0,35 1,09 3,73 0,51 1,27 3,93 0,89 1,69 4,43

1.0 0,35 1,43 5,47 0,60 1,70 5,80 1,20 2,35 6,57

Ống dẫn thẳng, hệ số cản ζdTỷ lệ lưu lượng

qma/qmz Tỷ số dia/din

1,0 0,8 0,6 1,0 0,8 0,6 1,0 0,8 0,6

0.2 0,16 0,20 0,19 0,17 0,22 0,23 0,20 0,27 0,32

0.4 0,17 0,17 0,03 0,22 0,26 0,18 0,35 0,46 0,54

0.6 0,06 -0,04 -0,44 0,18 0,15 -0,10 0,47 0,60 0,71

0.8 -0,18 -0,44 -1,22 0,04 -0,11 -0,62 0,56 0,70 0,82

1.0 -0,53 -1,03 -2,32 -0,19 -0,51 -1,39 0,62 0,76 0,86

- Tổn thất áp suất trong ống phân nhánh (hình 5.14):

2.2

wpES

(N/m2) (5.45)

Trong đó: w - Vận tốc trung bình trong ống dẫn chính.Hệ số cản của các loại ống phân nhánh được minh họa ở hình 5.14.

146

d

d

Hình 5.14. Hệ số cản (Re >103)

c) Tổn thất áp suất trong các loại van (Δpv):

Tổn thất áp suất trong các loại van Δpv (trong các van đảo chiều, van áp suất, vantiết lưu.v.v...) được tính theo:

2. .w2v vp

, (N/m2) (5.46)

Trong công nghiệp sản xuấn điện tử khí nén, hệ số cản ζv là đại lượng đặc trưng chocác van. Thay vì hệ số cản ζv, một số nhà sản xuất khác sử dụng một đại lượng gọi là hệsố lưu lượng kv là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lưu lượng kv là lưulượng chảy (m3/h) qua van ở nhiệt độ T = 278 - 303 (0K), với áp suất ban đầu là: p1 = 6(bar), tổn thất áp suất Δp0 = 0,981 (bar) và có giá trị, tính theo công thức:

.31,6

vv

qk

p

(m3/h) (5.47)

Trong đó: qv - Lưu lượng khí nén, (m3/h).ρ - Khối lượng riêng không khí, (kg/m3).Δp - Tổn thất áp suất qua van, (bar).

Hệ số cản ζv tính theo công thức:2

2

2. .10,18

wv

vv

k

qg

(5.48)

147

Vận tốc dòng chảy: vqw

A

Thay w vào phương trình (5.48) tính ζv, ta có:2

26

22 vv

2. .10,18. .10

kq .

3600

v

v

Ag q

(5.49)

Trong đó:2.

4

dA

- Tiết diện dòng chảy, (mm2)

Thay tiết diện dòng chảy A vào phương trình (5.49), ta có hệ số cản của van:

21

626,3v

vk

d

(5.50)

Như vậy, nếu van có thông số đặc trưng kv, đường kính ống nối d, thì ta xác địnhđược hệ số cản qua van ζv.

d) Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống dẫn tương đươngVì tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng hay là tổn thất áp suất của ống dẫn có tiết

diện thay đổi hoặc là tổn thất áp suất trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số 2.w2

,

cho nên có thể tính tổn thất áp suất thành chiều dài ống dẫn tương đương.'

2 2. .w . . .w2 2

l

d

(5.51)

Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương:

' .l d (5.52)

Như vậy tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn là:'

2es . . .w

2g

l lp

d

(5.53)

148

Chương 6. SẢN XUẤT, PHÂN PHỐI VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN

6.1. Sản xuất khí nén

Áp suất được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặccủa động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

6.1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí

a) Nguyên tắc hoạt động

- Nguyên lý thay đổi thể tích

Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Nhưvậy theo định luật Boy - Mariotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Các loại máynén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu píttông, bánh răng, cánh gạt...

- Nguyên lý động năng

Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng độngnăng bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máynén khí hoạt động theo nguyên lý này như máy nén khí kiểu ly tâm.

b) Phân loại

- Theo áp suất

* Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar.

* Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar.

* Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar.

- Theo nguyên lý hoạt động

* Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: Máy nén khí kiểu píttông, máy nénkhí kiểu bánh răng, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểutrục vít.

* Máy nén khí tua - bin: Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.

6.1.2. Máy nén khí kiểu píttông

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu píttông một cấp được biểu diễn ởhình 6.1.

149

Hình 6.1. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu píttông 1 cấp

a) Chu kỳ hút; b) Chu kỳ nén và đẩy

Máy nén khí kiểu píttông một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10 (m3/phút) và ápsuất nén từ 6 đến 10 (bar). Máy nén khí kiểu píttông hai cấp có thể nén đến áp suất 15(bar). Loại máy nén khí kiểu píttông một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điềukhiển bằng khí nén trong công nghiệp. Máy nén khí kiểu píttông được phân loại theocấp số nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khí nén. Ngoài ra người ta cònphân loại theo vị trí của píttông.

* Ưu điểm: Vững chắc, hiệu suất cao, kết cấu, vận hành đơn giản.

* Khuyết điểm: Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn.

6.1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạtCấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 6.2) bao gồm: Thân máy (1), mặt

bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so vớibánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánhgạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vàobánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quátrình hút và nén được thực hiện.

Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫnđược bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi đầu các cánh tựa vào.

Hình 6.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt

1. Thân; 2. Rô to; 3. Cánh gạt

150

* Ưu điểm: Kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén không bị xung;

* Khuyết điểm: Hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu.

Nguyên lý hoạt độngKhông khí được hút vào buồng hút (trên biểu đồ hình 6.3, p - V tương ứng đoạn d -

a). Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau một khoảng lệch tâm e, nên khi rôto quay theo chiềusang phải, thì không khí sẽ vào buồng nén (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn a - b).Sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn b - c).

Hình 6.3. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt

Lưu lượng khí nén được tính theo công thức sau:

600

nqQv (6.1)

Trong đó: q0 - Lưu lượng riêng, (m3 /vòng).n - Số vòng quay rôto, (v/ph).λ - Hiệu suất.

Độ lệch tâm tương đối:

R

eR

R

e (6.2)

6.1.4. Máy nén khí kiểu trục vítMáy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích

khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút(thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuốicùng là quá trình đẩy. Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ.Số răng (số đầu mối ren) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng cànglớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối ren) của trụcchính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn.

151

Hình 6.4. Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu trục vít

Lưu lượng tính theo (6.1), ta có:

600

nqQv (6.3)

Trong đó: q0: Lưu lượng riêng, (m3 /vòng).λ: Hiệu suất.n: Số vòng quay trục chính (vòng/phút)

Hiệu suất λ phụ thuộc vào số vòng quay n, tra theo bảng 6.1.

Bảng 6.1. Hiệu suất λ phụ thuộc vào số vòng quay n

n λ

4500

5000

6000

0,8

0,82

0,86

Lưu lượng riêng q0 được xác định như sau:

0 1 2 1( ). . kt

klt

Vq A A L Z

V (6.4)

Trong đó: L - Chiều dài trục vít, (m);A1 - Diện tích của trục chính, (m);A2 - Diện tích của trục phụ, (m);Z1 - Số đầu mối ren trục vít.

kt

klt

V

V- Tỉ số giữa thể tích của khe hở thực tế và thể tích khe hở theo lý thuyết. Tỉ số

này phụ thuộc vào góc xoắn của trục vít (tra theo đồ thị).

* Ưu điểm: Khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 40.000 giờ);nhỏ gọn, chạy êm.

* Khuyết điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế.

152

6.1.5. Máy nén khí kiểu Root

Máy nén khí kiểu root gồm có hai hoặc ba cánh quạt (píttông có dạng hình số 8).Các píttông đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quátrình quay không tiếp xúc với nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khehở giữa hai píttông, khe hở giữa phần quay và thân máy.

Máy nén khí kiểu Root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích,mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau. Điều đó có nghĩa là: Khi rôto quay được 1vòng thì vẫn chưa tạo được áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay tiếp đếnvòng thứ 2, thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng vàobuồng đẩy. Với nguyên tắc hoạt động này dẫn đến tiếng ồn sẽ tăng lên.

Hình 6.5. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root

Lưu lượng được tính theo công thức sau:

602.0

nqQ thv (6.5)

Trong đó: q0th : Lưu lượng riêng theo lý thuyết, (m3/vòng).λ: Hiệu suất (0.15 – 0.95).n: Số vòng quay bánh dẫn, (v/ph).

6.2. Phân phối khí nén

6.2.1. Yêu cầu

Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ máy nén khí đếnkhâu cuối cùng để sử dụng, ví dụ như động cơ khí nén, các xi lanh của máy ép, máyrung, dụng cụ cầm tay dùng không khí nén...

Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén; Cần phânbiệt ở đây mạng đường ống được lắp ráp cố định (như trong nhà máy, xí nghiệp) vàmạng đường ống lắp ráp từng thiết bị, từng máy (hình 6.6).

153

Hình 6.6. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén

Yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí nén là đảm bảo áp suất p, lưu lượng Q vàchất lượng của khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể là cho các thiết bị máy móc. Ngoài yêucầu về chọn hợp lý máy nén khí, ống dẫn, cách lắp đặt, bảo hành hệ thống, yêu cầu vềtổn thất áp suất đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa chính chođến nơi tiêu thụ), cụ thể như sau:

- Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính: 0,1 (bar);

- Tổn thất áp suất trong ống nối: 0,1 (bar);

- Tổn thất áp suất trong thiết bị xử lý khí nén (trong bình ngưng tụ, tách nước):0,2 (bar);

- Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc tinh: 0,6 (bar);

6.2.2. Bình trích chứa khí nén

Hình 6.7. Các loại bình trích chứa khí nén

a) Bình trích chứa thẳng đứng; b) Loại bình trích chứa nằm ngang;c) Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí

154

Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khíchuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước.

Bình trích chứa khí nén nên lắp trong không gian thoáng, để thực hiện được nhiệmvụ như vừa nêu ở trên là ngưng tụ và tách nước trong khí nén.

Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và côngsuất tiêu thụ của thiết bị, máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sửdụng khí nén, ví dụ như sử dụng khí nén liên tục hay gián đoạn...

6.2.3. Mạng đường ống dẫn khí nénMạng đường ống dẫn khí nén có thể chia làm hai loại:- Mạng đường ống lắp ráp cố định (ví dụ mạng đường ống trong nhà máy);

- Mạng đường ống lắp ráp di động (ví dụ mạng đường ống trong dây chuyền hoặctrong máy móc, thiết bị).

a) Mạng đường ống lắp ráp cố địnhThông số cơ bản của mạng đường ống lắp ráp cố định là ngoài lưu lượng khí nén,

còn có vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong ống dẫn khí nén, áp suất yêu cầu, chiềudài ống dẫn và các phụ tùng nối ống.

- Lưu lượng phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy. Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thấtáp suất trong ống dẫn càng lớn.

- Vận tốc dòng chảy được chọn theo nằm trong khoảng 6 - 10 (m/s). Vận tốc dòngchảy khi đi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhấtthời khi dây chuyền, máy móc đang vận hành.

- Tổn thất áp suất như trình bày ở trên, yêu cầu tổn thất áp suất là 0,1 (bar) trongống dẫn chính. Tuy nhiên, trong thực tế sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêucầu. Ví dụ áp suất yêu cầu của hệ thống là 7 (bar), tổn thất áp suất được tính là 0,35(bar) là có thể chấp nhận được. Nếu trong các ống dẫn chính có lắp thêm các phụ tùngống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn tăng lên tùy theo phụ tùng lắptrong đường ống.

Trong thực tế, để xác định các thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cốđịnh, người ta thường sử dụng biểu đồ ở hình 6.8.

Theo biểu đồ (hình 6.8) các thông số yêu cầu như áp suất p, lưu lượng Qv, tổn thấtáp suất p và các thông số sẽ chọn là chiều dài ống dẫn L, đường kính trong của ốngdẫn phụ thuộc lẫn nhau.

Ví dụ: - Áp suất yêu cầu: p = 8 (bar);- Chiều dài ống dẫn: L = 200 (m);- Lưu lượng: Qv = 170 (lít/s);

- Tổn thất áp suất cho phép: 1,0p (bar).

155

Từ biểu đồ (hình 6.8) sẽ tra ra đường kính trong của ống dẫn là 70 (mm).

Lắp ráp đường ống dẫn khí nén thường nghiêng góc từ 10 - 20 so mặt phẳng nằmngang (hình 6.6). Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang,lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống dẫn sẽ được chứa ở đó.

Hình 6.8. Biểu đồ sự phụ thuộc của các thông số

- Cách lắp ráp mạng đường ống: Mạng đường ống lắp ráp cố định ở trong nhà máythường được lắp ráp theo kiểu dẫn vòng tròn (hình 6.9)

Hình 6.9. Hệ thống lắp ráp mạng đường ống theo kiểu vòng tròn

156

Ví dụ lắp ráp mạng đường ống trực tiếp từ máy nén khí, (xem hình 6.10)

21

3 4 5

Hình 6.10. Lắp ráp mạng đường ống trực tiếp từ máy nén khí

Bộ phận xả nước ở bình trích chứa; Bình trích chứa nước ngưng tụ; Van giảm áp và bình chứa nước ngưng tụ; Bộ phận lọc: bộ lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu;

Bình chứa nước ngưng tụ và van xả nước cuối mạng ống dẫn.

Ví dụ: Lắp ráp mạng đường ống trong nhà máy (hình 6.11)

1

2

4

5 65

8

7

5

8

5

3

Hình 6.11. Sơ đồ lắp ráp mạng đường ống dẫn khí nén trong nhà máy

1. Máy nén khí; 2. Bình ngưng tụ hơi nước - làm lạnh bằng không khí hoặc bằng nước; 3. Bộ phận cânbằng (giảm dao động) áp suất khí nén; 4. Bình trích chứa khí nén; 5. Van xả hơi nước ngưng tụ; 6. Đường

ống lắp nghiêng 10 - 20 so với mặt nằm ngang; 7. Các phụ tùng nối ống; 8. Van xả hơi nước ngưng tụ.

b) Mạng đường ống lắp ráp di độngMạng đường ống lắp ráp di động đa dạng hơn mạng đường ống lắp ráp cố định.

Ngoài những ống bằng kim loại có thành ống mỏng, như ống dẫn bằng đồng, người tacòn các loại ống dẫn khác bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các ống dẫn bằng cao su mềm.

157

Ngoài những mối lắp ghép bằng ren, mạng đường ống lắp ráp di động dùng các mốinối cắm với các đầu kẹp (hình 6.12).

a. Mối nối chữ Lb. Mối nối chữ T

Hình 6.12. Mối ống nối bằng đầu kẹp

Hình 6.13 trình bày mối nối ống dẫn bằng đầu kẹp và bằng ren dạng chữ L ở hình6.13a và hình 6.13b trình bày mối ống nối bằng đầu kẹp và bằng ren dạng chữ T.

a) b)

Hình 6.13. Mối nối ống dẫn bằng đầu kẹp và bằng ren

6.3. Xử lý khí nén

6.3.1. Yêu cầu về khí nénKhí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng

mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tửnhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén khi mang chất bẩn tải đitrong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử củahệ thống điều khiển. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xửlý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tươngứng cho từng trường hợp cụ thể.

Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: Các loại bụi bẩn như hạtbụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này

158

được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau đó khí nén được dẫn đếnbình ngưng tụ hơi nước, ở đó độ ẩm của khí nén (lượng hơi nước) phần lớn sẽ đượcngưng tụ ở đây. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu thiết bị xử lý giai đoạnnày tốt thì khí nén có thể được sử dụng cho những dụng cụ dùng khí nén cầm tay,những thiết bị đồ gá đơn giản. Khi sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một sốthiết bị đặc biệt thì yêu cầu chất lượng khí nén cao hơn. Hệ thống xử lý khí nén được phânthành 3 giai đoạn được mô tả ở hình 6.14:

Hình 6.14. Hệ thống xử lý khí nén

- Lọc thô: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn, bụi sau đókhí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Đây là giai đoạn cần thiết nhấtcho vấn đề xử lý khí nén.

- Phương pháp sấy khô: Dùng thiết bị sấy khô khí nén để loại bỏ hầu hết lượngnước lẫn bên trong. Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén.

- Lọc tinh: Loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ.

6.3.2. Các phương pháp xử lý khí nénNhư chúng ta đã biết, không khí chứa nhiều thành phần, trong đó có lượng hơi nước

đáng kể. Sau khi qua giai đoạn lọc thô, lượng hơi nước vẫn còn. Do những yêu cầu đòihỏi chất lượng khí nén khác nhau trong việc sử dụng khí nén, đòi hỏi khí nén phải đượcxử lý tiếp.

6.3.2.1. Lọc thôKhí nén được làm mát tạm thời khi từ trong máy nén khí ra để tách chất bẩn. Sau đó

khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cầnthiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.

Xử lý khí nén

Lọc thô Sấy khô Lọc tinh

Bộ lọc Cụm bảo dưỡngHấpthụ

Ngưng tụLàm lạnh Tách nước

159

6.3.2.2. Sấy khô khí nén

a) Thiết bị sấy khô bằng bình ngưng tụ - làm lạnh bằng không khí (bằng nước)Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất

khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưngtụ và tách ra.

Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trongkhoảng từ +300 đến +35oC. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt độ là+10oC) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là +20oC. Nguyên lý hoạtđộng của bình ngưng tụ bằng nước được thể hiện trên hình 6.15.

Hình 6.15. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước

b) Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnhNguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh (hình 6.16): Khí nén đi qua

bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí (1). Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộbằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên. Sau khi được làmlạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh (2). Quá trìnhlàm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trongnhững ống dẫn. Nhiệt độ hóa sương tại đây là +2oC. Như vậy lượng hơi nước trongdòng khí nén vào sẽ tạo thành từng giọt nhỏ một. Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụtrong bộ phận kết tủa (3). Ngoài lượng hơi nước được kết tủa, tại đây còn có các chấtbẩn, dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoàiqua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽđược đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 6oC đến 8oC,trước khi đưa vào sử dụng.

1. Van an toàn

2. Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh

3. Đường nước làm lạnh vào

4. Khí nén sau khi được làm lạnh

5. Tách nước chứa trong khí nén

6. Nước làm lạnh đi ra7. Khí nén được dẫn vào

160

Hình 6.16. Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

1. Bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí; 2. Bộ phận trao đổi nhiệt khí - Chất làm lạnh; 3. Bộ phận kết tủa;4. Van thoát nước ngưng tụ tự động; 5. Máy nén của bộ phận làm lạnh; 6. Bình ngưng tụ;

7. Rơ le điều chỉnh nhiệt độ; 8. Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh

Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làmlạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưngtụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưulượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chấtlàm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. Nguyên lý hoạt độngcủa rơ le nhiệt như hình 6.17:

hg

af

eA

c b

Hình 6.17. Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt

a. Ống dẫn chất làm lạnh ở dạng lỏng; b. Ống dẫn chất làm lạnh ở dạng khí; c. Cụm biến nhiệt độ;d. Ống mao dẫn; e. Màng; f. Lỗ vòi phun; g. Lò xo; h. Cơ cấu điều chỉnh lỗ vòi phun

161

c) Thiết bị sấy khô bằng hấp thụSấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học.

- Quá trình vật lýChất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí

ẩm. Thiết bị gồm hai bình: Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hútẩm. Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô (chất háo nước) mà đãdùng lần trước đó (hình 6.18). Chất sấy khô thường được sử dụng như: Silicagen SiO2,nhiệt độ điểm sương -50oC; nhiệt độ tái tạo từ 120oC đến 180oC.

Hình 6.18. Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

Hình 6.19 giới thiệu chu kỳ hoạt động của hệ thống. Khi bình sấy khô thứ nhất IIhoạt động, van (6) mở, khí nén từ máy nén khí qua bình sấy II, qua van (4) vào hệ thốngđiều khiển. Quá trình tái tạo được thực hiện bằng khí nóng sau khi không khí qua máynén khí (1) và được nung nóng trong bộ phận nung nóng (2), qua van (7) vào bình chứaI, qua van (8), lúc đó không khí nóng bão hòa sẽ được đưa ra ngoài.

Hình 6.19. Quá trình vận hànhcủa thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

162

- Quá trình hóa học:Thiết bị gồm một bình chứa chất hấp thụ (hình 6.20), chất hấp thụ thường dùng là

NaCl. Không khí ẩm được đưa vào từ cửa (1), sau khi đi qua chất hấp thụ (2). Lượnghơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đáybình. Phần nước ngưng tụ sẽ được dẫn ra ngoài bằng van (5). Phần không khí khô sẽtheo cửa (4) vào hệ thống điều khiển.

Hình 6.20. Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học

6.3.2.3. Bộ lọcTrong một số lĩnh vực, ví dụ ở những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí

nén, những thiết bị, đồ gá đơn giản hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản dùng khínén...thì chỉ cần sử dụng một bộ lọc. Bộ lọc không khí là một tổ hợp gồm 3 phần tử:Van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu.

a) Van lọc:Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. Có

hai nguyên lý thực hiện:- Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc.- Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như vải, dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại

thêu kết hay là vật liệu tổng hợp.Khí nén sẽ tạo chuyển động xoáy khi qua lá chắn kim loại (hình 6.21), sau đó qua

phần tử lọc (hình 6.22), tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tửlọc, đường kính các lỗ của phần tử lọc có những loại từ 5 (μm) đến 70 (μm). Trongtrường hợp yêu cầu chất lượng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được chọn là sợithủy tinh, có khả năng tách nước trong khí nén đến 99%. Những phần tử lọc như vậy thìdòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài.

163

Hình 6.21. Nguyên lý làm việc của van lọc và ký hiệu.

Hình 6.22. Phần tử lọc

b) Van điều chỉnh áp suấtVan điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự

thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suấtđường vào.

Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất (hình 6.23) như sau: Khi điềuchỉnh trục vít (điều chỉnh lực lò xo), tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trườnghợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗthông tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi

164

áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị tríban đầu.

Hình 6.23. Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất và ký hiệu

d) Van tra dầu:Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự rỉ sét của các phần tử trong hệ thống điều

khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu. Nguyên tắc tra dầu được thựchiện theo nguyên lý Ventury (hình 2.24).

Hình 6.24. Nguyên lý tra dầu Ventury

1. Vòi phun Venturi; 2. Bình chứa dầu; 3. Ống Ventury; 4. Vít điều chỉnh; 5. Lỗ quan sát

165

Theo hình 6.24 thì điều kiện để dầu có thể qua ống Ventury là độ sụt áp Δp phải lớnhơn áp suất cột dầu H, nghĩa là:

HgD

dwp dâu ..1..

2.

4

42

(6.6)

Cấu tạo và ký hiệu của van tra dầu, xem hình 6.25.

Hình 6.25. Cấu tạo và ký hiệu của van tra dầu

Phạm vi tra dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có lưu lượng của khí nén(xem hình 6.26).

0 1000 2000 3000 40000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Hình 6.26. Phạm vi tra dầu thích hợp

166

Chương 7. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉNVÀ ĐIỆN KHÍ NÉN

7.1. Khái niệm

Một hệ thống điều khiển khí nén thường bao gồm ít nhất là một mạch điều khiểngồm các phần tử được mô tả như ở hình 7.1:

Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển khí nén và các phần tử

- Đại lượng vào: Nguồn cung cấp khí nén, đặc trưng bởi các đại lượng vật lý là lưulượng (Q) và áp suất (p);

- Phần tử đưa tín hiệu: Nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng vào,là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ như van đảo chiều, rơ le áp suất...

- Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định,làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: Van đảo chiều, van tiết lưu, cácvan logic...

167

- Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thayđổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ như van đảo chiều, li hợp...

- Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng racủa mạch điều khiển. Ví dụ như xi lanh, động cơ khí nén...

Những hệ thống điều khiển phức tạp bao gồm nhiều phần tử, nhiều mạch điều khiểnkhác nhau.

7.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén và điện khí nén

7.2.1. Van đảo chiềuVan đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay

chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng.

7.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiềuNguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 7.2). Khi chưa có tín hiệu tác động

vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vàocửa (12), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) vàcửa (3) bị chặn.

Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác dụng của lực lò xo, nòngvan trở về vị trí ban đầu.

Hình 7.2. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

7.2.1.2. Ký hiệu van đảo chiềuGiống như van đảo chiều ở hệ thống truyền động thủy lực, việc chuyển đổi vị trí

của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái 0, a, b, c,... haycác số 0, 1, 2,...(hình 7.3)

Hình 7.3. Ký hiệu chuyển đổi vị trí làm việc của nòng van

168

Vị trí “0” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào.Đối với van có 3 vị trí thì vị trí giữa là vị trí “0”, còn đối với van có 2 vị trí thì vị trí “0”có thể là a hoặc b, thường vị trí b là vị trí “0”.

Cửa nối van được ký hiệu như sau: t/c ISO5599, t/c ISO1219

Cửa nối với nguồn khí: 1 hoặc P

Cửa nối làm việc 2, 4, 6,...hoặc A, B, C,...

Cửa xả khí 3, 5, 7,... hoặc R, S, T,...

Cửa nối với tín hiệu điều khiển 12, 14,...hoặc X, Y,...

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễnhướng chuyển động của dòng khí qua van. Trường hợp dòng bị chặn, được biểu diễnbằng dấu gạch ngang.

Hình 7.4. Ký hiệu các cửa nối của van đảo chiều

Ký hiệu một số van đảo chiều thường gặp: (hình 7.5)

Hình 7.5. Ký hiệu và tên gọi các loại vanđảo chiều thường gặp

169

7.2.1.3. Các tín hiệu tác độngNếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo

chiều đó có vị trí “0”. Vị trí đó là ô vuông phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều.Điều đó có nghĩa là chừng nào chưa có tác dụng vào nòng van, thì lò xo tác động giữ vịtrí đó. Tác động phía đối diện của van (ô vuông phía trái của van và được ký hiệu 1).Tín hiệu tác động có thể bằng cơ, bằng khí nén hay bằng lực điện từ. Trên hình 7.6 là sơđồ biểu diễn các loại tín hiệu tác động lên nòng van đảo chiều.

+ Tín hiệu tác động bằng tay

Ký hiệu nút ấn tổng quát

Nút bấm

Tay gạt

Bàn đạp

+ Tín hiệu tác động bằng cơ

Đầu dò

Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều

Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều

Lò xo

Nút ấn có rãnh định vị

170

+ Tín hiệu tác động bằng khí nén

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào

Trực tiếp bằng dòng khí nén ra

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào vớiđường kính 2 đầu nòng van khácnhau

Gián tiếp bằng dòng khí nén vàoqua van phụ trợ

Gián tiếp bằng dòng khí nén ra quavan phụ trợ

+ Tín hiệu tác động bằng nam châm điện

Trực tiếp

Bằng nam châm điện và van phụ trợ

Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể

Hình 7.6. Các tín hiệu tác động lên nòng van

7.2.1.4. Van đảo chiều có vị trí "0"Van đảo chiều có vị trí “0” là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van và

ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác độnglên phía đối diện nòng van (ô vuông phía bên trái ký hiệu của van) là tín hiệu tác độngbằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện. Chừng nào chưa có tác động lên phía bên tráinòng van thì các cửa nối của van trong lúc lắp ráp mạch khí nén tương ứng vị trí ôvuông nằm bên phải. Quy tắc này có giá trị cho van đảo chiều hai vị trí. Loại van có bavị trí thì vị trí "0" nằm ở giữa.

171

a) Van đảo chiều 2/2Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò (hình 7.7a). Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí “0” và

“1”. Vị trí “0” cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ đượcchuyển đổi sang vị trí “1”, như vậy cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không tácđộng nữa, thì van sẽ quay trở về vị trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo. Ký hiệucủa van đảo chiều 2/2 như hình 7.7b.

a)

b)

Hình 7.7. Van đảo chiều 2/2

b) Van đảo chiều 3/2

a)

b)

c)

Hình 7.8. Kết cấu và ký hiệucủa van đảo chiều 3/2

a. Cấu tạo van đảo chiều 3/2; b. Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò; c.Tín hiệu tác động bằng nút ấn

- Tín hiệu tác động bằng cơ học - đầu dò (hình 7.8).

Van đảo chiều có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí “0” và “1”. Vị trí “0” cửa P bị chặn,cửa A nối với cửa R. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ được chuyển sang vịtrí “1”, như vậy cửa P và cửa A sẽ nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò không tácđộng nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu, (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo.

172

- Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ (hình 7.9)

Tại vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với R. Khi có dòng điện vào cuộn dây,píttông trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, đến cửa (12) tác động lên píttông phụ,píttông phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với A, cửa Rbị chặn.

Khi dòng điện mất đi, píttông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên píttôngphụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài.

a)

b)

Hình 7.9. Kết cấu và ký hiệu van đảo chiều3/2, tác động bằng nam châm điện qua

van phụ trợ

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

c) Van đảo chiều 4/2:+/ Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạpKý hiệu

Hình 7.10. Ký hiệu van đảo chiều tác động bằng tay - bàn đạp

+/ Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện (hình 7.11)

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R. Khi dòng điện vào cuộndây, nòng píttông bị kéo lên, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lức này cửa P nối với cửa A,cửa B nối với cửa R.

a)

b)

Hình 7.11. Van đảo chiều 4/2, tác độngtrực tiếp bằng nam châm điện

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

173

d) Van đảo chiều 5/2- Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò (hình 7.12). Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa B,

cửa A nối với R và cửa S bị chặn. Khi đầu dò tác động, van sẽ chuyển sang vị trí “1”,lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa S và cửa R bị chặn.

a)

b)

Hình 7.12. Van đảo chiều 5/2,tác động bằng cơ - đầu dò

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

- Tín hiệu tác động bằng khí nén (hình 7.13). Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa A, cửaB nối với R và cửa S bị chặn. Khi dòng khí nén Z tác động vào, van sẽ chuyển sang vịtrí “1”, lúc này cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa S và cửa R bị chặn.

a)

b)

Hình 7.13. Van đảo chiều 5/2, tác độngbằng khí nén

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

7.2.1.5. Van đảo chiều không có vị trí "0"Van đảo chiều không có vị trí “0” là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên

nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào chưa có tácđộng lên phía đối diện nòng van. Ký hiệu vị trí tác động là a, b, c,...

Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là:

- Tác động bằng tay, bàn đạp.

174

- Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía củanòng van.

- Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi quavan phụ trợ.

Loại van đảo chiều chịu tác động bằng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ haiphía nòng van hay tác động trực tiếp bằng điện từ hoặc gián tiếp bằng dòng khí nén điqua van phụ trợ được gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van được thay đổi khi cótín hiệu xung tác động lên nòng van.

Một số loại van đảo chiều không có vị trí “0” bao gồm:

a) Van đảo chiều 3/2- Tín hiệu tác động bằng tay được ký hiệu trên (hình 7.14): Khi dịch chuyển sang vị

trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn, còn khi di chuyển sang vị trí b, cửa A nốivới cửa R và cửa P bị chặn.

a) b)

Hình 7.14. Van trượt đảo chiều 3/2, tác động bằng tay

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

b) Van xoay đảo chiều 4/3Tín hiệu tác động bằng tay (hình 7.15). Nếu tay xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối

với cửa A và cửa B nối với R. Tay xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đềubị chặn, còn khi tay xoay nằm tại vị trí c, thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R.

a)

b)

Hình 7.15. Van xoay đảo chiều 4/3

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

175

c) Van đảo chiều xung 4/2Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van. Hai lỗ

nòng van được khoan lỗ có đường kính 1 (mm) và thông với cửa P. Khi có áp suấtở cửa P, dòng khí nén điều khiển sẽ đi vào cả hai phía đối diện nòng van qua lỗ và nòngvan ở vị trí cân bằng. Khi cửa X xả khí, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, khi đó:Cửa P nối với cửa A và cửa B nối với cửa R. Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửanòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đến khi có tín hiệu xả khí ở cửa Y.

a)

b)

Hình 7.16. Van trượt đảo chiều 4/2,tác động bằng tay

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

d) Van đảo chiều xung 5/2, tác động bằng dòng khí nén điều khiển từ hai phía nòngvan (hình 7.17).

Nguyên tắc hoạt động loại van này cũng giống như van đảo chiều xung 4/2 tác độngbằng dòng khí nén điều khiển hai phía nòng van.

a) b)

Hình 7.17. Van trượt đảo chiều 5/2, tác động bằng tay

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

7.2.2. Van chặnVan chặn là loại van chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều, chiều ngược lại bị

chặn. Áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và như vậy van được đónglại. Van chặn gồm các loại sau:

+ Van một chiều;+ Van logic OR;

+ Van logic AND;

+ Van xả khí nhanh.

176

7.2.2.1. Van một chiềuVan một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều, chiều ngược lại

bị chặn. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van một chiều như hình 7.18, dòng khí nén đitừ B qua A, chiều từ A qua B dòng khí nén bị chặn

a) b)

Hình 7.18. Van trượt đảo chiều 5/2, tác động bằng tay

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

7.2.2.2. Van logic OR

a) b)

Hình 7.19. Van logic OR

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

Van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhautrong hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van logic OR như hình 7.19.Khi có dòng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy píttông trụ của van sang phải, chắn cửa P2, nhưvậy cửa P1 nối với cửa A và ngược lại. Như vậy van logic OR có chức năng là nhận tínhiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển.

7.2.2.3. Van logic AND

Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vịtrí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van logic ANDnhư trên hình 7.20. Khi dòng khí qua cửa P1 sẽ đẩy píttông trụ của van sang vị trí bênphải, như vậy cửa P1 bị chặn. Ngược lại, khi có dòng khí qua cửa P2 sẽ đẩy píttông trụcủa van sang vị trí bên trái, cửa P2 bị chặn. Nếu dòng khí đồng thời qua cửa P1 và P2,cửa A sẽ nhận được tín hiệu, tức là khí nén sẽ đi qua A.

177

a) b)

Hình 7.20. Van logic AND

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

7.2.2.4. Van xả khí nhanhVan xả khí nhanh được sử dụng để tăng tối đa tốc độ píttông trong xi lanh khí nén,

đặc biệt với xi lanh hoạt động đơn. Để tăng tối đa hiệu quả, van xả khí nhanh thường lắpở vị trí gần cửa làm việc của xi lanh. Nhờ nó cho phép cần píttông duỗi ra hoặc co lại ởtốc độ gần tối đa.

Khi dòng khí nén đi qua cửa P, sẽ đẩy píttông trụ sang phải, chắn cửa R, như vậycửa P nối với cửa A. Trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ A, sẽ đẩy píttông trụsang trái, chắn cửa P và như vậy cửa A nối với cửa R, khí nén được thoát ra khí quyểnqua lỗ có diện tích bề mặt tương đối lớn. Cấu tạo, ký hiệu và ví dụ ứng dụng van xả khínhanh trong hệ thống điều khiển khí nén ở trên hình 7.21.

a) b)

c)

Hình 7.21. Van xả khí nhanh

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu. c. Ví dụ ứng dụng

178

7.2.3. Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí, tức là điều chỉnh vận tốc hoặcthời gian chạy của cơ cấu chấp hành.

Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vàosự thay đổi tiết diện, dưới đây trình bày một số loại van tiết lưu.

7.2.3.1. Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Lưu lượng dòng khí chảy qua khe hở của van có tiết diện không đổi, được ký hiệunhư sau:

7.2.3.2. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu có tiết diện thay đổi như trên hình7.22, tiết lưu được cả hai chiều, dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện Ax

được điều chỉnh bằng vít.

a) b)

Hình 7.22. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

7.2.3.3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay(hình 7.23). Tiết diện dòng chảy Ax thay đổi nhờ vít điều chỉnh bằng tay. Khi dòng khínén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và cho dòng khí nén chỉ đi qua tiết diệnAx.. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắnlên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khe hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn,lưu lượng không được điều chỉnh.

179

a) b)

Hình 7.23. Van tiết lưu một chiều

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

7.2.4. Van áp suất

7.2.4.1. Van an toàn

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suấtlớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và khínén sẽ theo cửa R thoát ra ngoài môi trường.

a) b)

Hình 7.24. Van an toàn

a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

7.2.4.2. Van tràn

Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn nhưng chỉ khác ở chỗlà khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P sẽ nối với cửa A nối với hệthống điều khiển.

Hình 7.25. Ký hiệu van tràn

180

7.2.4.3. Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp)Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay

đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất đườngvào van. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất như sau (hình 7.26):Khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất củađường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lênmàng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đường ragiảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu.

a) b)

Hình 7.26. Cấu tạo van điều chỉnh áp suất và ký hiệu

a. Cấu tạo; b. Ký hiệu

7.2.4.4. Rơ le áp suấtRơ le áp suất có nhiệm vụ đóng, mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt

quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện khí nén, rơ le áp suất có thể coi như làphần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén - điện. Công tắc điện đóng, mở tương ứng vớinhững giá trị áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít (hình 7.27).

Hình 7.27. Rơ le áp suất

181

7.2.5. Van điều chỉnh thời gian

7.2.5.1. Rơle thời gian đóng chậmKhí nén đi vào qua van tiết lưu một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa,

sau đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối vớicửa A.

Hình 7.28. Sơ đồ ký hiệu Rơle thời gian đóng chậm

7.2.5.2. Rơle thời gian ngắt chậmRơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đóng

chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại.

Hình 7.29. Sơ đồ ký hiệu Rơle thời gian ngắt chậm

7.2.6. Van chân không

Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không,chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi.

Ký hiệu:

Ta có lực hút chân không:

pD

F .4

2 với ua ppp (7.1)

Trong đó: F - Lực hút chân không, N;D - Đường kính đĩa hút, m;pa - Áp suất không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, N/m2;pu - Áp suất không khí tại cửa U, N/m2.

182

7.2.7. Cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơhọc. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xi lanh) hoặc chuyển độngquay (động cơ khí nén).

Ở trạng thái làm việc ổn định, thì khả năng truyền năng lượng có phương pháp tínhtoán giống thủy lực.

Ví dụ:Công suất: N = p.Q (khí nén)

Vận tốc:tF

Nv (cơ cấu chấp hành)

Cụ thể:

A

Qv

A

FFpFFpA lx

tlx

7.2.7.1. Xilanh khí nén

- Xilanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều);

- Xilanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép);

- Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được;

- Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được;

- Xilanh quay bằng thanh răng

Hình 7.30. Các loại xilanh khí nén

183

7.2.7.2. Động cơ khí nénĐộng cơ khí nén là cơ cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi thế năng hay động năng

của khí nén thành cơ năng (chuyển động quay).Động cơ khí nén có những ưu điểm sau:

- Điều chỉnh đơn giản số vòng quay và mô men quay.

- Đạt được số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp.- Không xảy ra hư hỏng khi làm việc trong tình trạng quá tải.- Giá thành bảo dưỡng thấp.Tuy nhiên động cơ khí nén có những khuyết điểm sau:- Giá thành năng lượng cao (khoảng 10 lần so với động cơ điện).- Số vòng quay phụ thuộc quá nhiều khi tải trọng thay đổi.- Xảy ra tiếng ồn lớn khi xả khí.

a) b)

Hình 7.31. Ký hiệu động cơ khí nén

a. Động cơ khí nén quay 1 chiều; b. Động cơ khí nén quay 2 chiều

Cấu tạo một số loại động cơ khí nén thường dùng bao gồm:- Động cơ bánh răngĐộng cơ bánh răng được chia ra làm ba loại: Động cơ bánh răng thẳng, động cơ

bánh răng nghiêng và động cơ bánh răng chữ V. Động cơ bánh răng thường có côngsuất đến 59 kW với áp suất làm việc đến 6 bar và mô men đạt đến 540 Nm.

Hình 7.32. Động cơ bánh răng

184

- Động cơ trục vítHai trục quay của động cơ trục vít có biên dạng lồi và biên dạng lõm. Số răng của

mỗi trục khác nhau. Điều kiện để hai trục quay ăn khớp là hai trục phải quay đồng bộ.

Hình 7.33. Động cơ trục vít

- Động cơ cánh gạtNguyên lý hoạt động của động cơ cánh gạt như hình 7.34. Khí nén sẽ được dẫn vào

cửa (1) qua rãnh vòng (2) vào lỗ dẫn khí nén (3). Dưới tác dụng áp suất lên cánh gạt, rôto quay, khí nén được thải ra ngoài bằng lỗ (8).

Hình 7.34. Động cơ cánh gạt

1. Cửa nối khí nén; 2. Rãnh vòng; 3. Lỗ dẫn khínén vào; 4. Rô to; 5.Cánh gạt; 6. Stato; 7. Lỗ dẫn

khí; 8. Lỗ dẫn khí thoát ra

- Động cơ píttông hướng kínhĐộng cơ píttông hướng kính có công suất từ 1,5 đến 15kW. Nguyên lý hoạt động

như sau: Áp suất khí nén sẽ tác động lên píttông (2), qua thanh truyền (3) làm cho trụckhuỷu quay. Để cho trục quay không bị va đập và tải trọng đều trong lúc quay thườngbố trí nhiều xilanh.

185

Hình 7.35. Động cơ píttônghướng kính

1. Xilanh; 2. Píttông; 3. Thanh truyền;4. Van điều khiển; 5. Kênh dẫn trong

xilanh

- Động cơ píttông dọc trụcĐộng cơ píttông dọc trục thường được bố trí 5 xilanh dọc theo trục gắn trên đĩa (3).

Mô men quay được tạo thành bởi lực tiếp tuyến của xi lanh tác động.Động cơ píttông dọc trục điều khiển vòng quay được vô cấp và đạt được mô men

quay khoảng 900Nm.

Hình 7.36. Động cơ píttông dọc trục

1. Pít tông; 2. Xilanh; 3. Đĩa

- Động cơ turbineNguyên lý hoạt động của động cơ turbine là chuyển đổi động năng của dòng khí

nén đi qua vòi phun thành cơ năng. Vì vậy động cơ đạt số vòng quay rất cao (10.000v/ph). Động cơ turbine được phân chia theo hướng dòng khí nén vào turbine thành cácloại: Dọc trục, hướng trục, tiếp tuyến và động cơ tia phun tự do.

186

Hình 7.37. Động cơ turbine

- Động cơ màng:Nguyên lý hoạt động của động cơ màng như sau: Khi dòng khí nén vào làm cho

màng dao động. Nếu nối màng với thanh truyền và một bánh cóc thì động cơ sẽ trởthành chuyển động quay không liên tục.

Hình 7.38. Động cơ màng

187

Chương 8. ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

8.1. Ứng dụng hệ thống điều khiển khí nén và điện - khí nén

8.1.1. Thiết bị chuyển hướngSử dụng thiết bị chuyển hướng để đưa các chi tiết từ băng chuyền này sang băng

chuyền khác. Bằng cách ấn nút công tắc, dàn của thiết bị chuyển hướng được đẩy vềtrước, các chi tiết được đưa lên và dịch chuyển theo chiều ngược lại. Khi ấn nút côngtắc khác, dàn được đưa về vị trí xuất phát ban đầu.

Hình 8.1. Sơ đồ vị trí

Sơ đồ mạch khí nén (hình 8.2) và sơ đồ mạch điện điều khiển (hình 8.3)

Y2Y1 Y2Y1

Hình 8.2. Sơ đồ mạch khí nén

188

Y1 Y2

1 2

S2S1

Hình 8.3. Sơ đồ mạch điện điều khiển

Nguyên lý làm việcKhi ấn nút công tắc S1, cuộn dây Y1 có điện và van đảo chiều solenoid hai chiều

5/2 chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) dịch chuyển vềvị trí cuối ở trước. Khi nhả công tắc S1 ra, mạch điện cung cấp cho cuộn dây Y1 đượcmở, van đảo chiều chuyển về vị trí ban đầu.

Bằng cách ấn nút công tắc S2, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóngvà van hai chiều solenoid 5/2 được nối trở lại vị trí ban đầu, cần píttông của xi lanh hoạtđộng đơn (hoạt động kép) trở về vị trí co lại cuối cùng. Khi thả nút công tắc S2 ra, mạchđiện đối với cuộn dây Y2 được mở.

8.1.2. Điều khiển phễuYêu cầu: Vật liệu rời cần được đổ ra khỏi phễu bằng cách ấn nút công tắc, phễu

được mở ra và vật liệu rời được đổ ra ngoài. Ấn nút công tắc khác, phễu được đóng lạinhư cũ.

Hình 8.4. Sơ đồ vị trí

189

Nguyên lý làm việcẤn nút công tắc S1, mạch điện đối với rơ le K1 được đóng lại và tiếp điểm thường

mở của cuộn dây K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng lại vàvan solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động đơn(hoạt động kép) chuyển dịch về vị trí cuối ở trước. Sau khi nhả công tắc S1 ra, mạchđiện đối với rơ le K1 được mở, tiếp điểm thường mở K1 mở ra, cuộn dây Y1 mất điện,van đảo chiều giữ nguyên vị trí cho đến khi có tín hiệu tác động ngược lại.

Ấn nút công tắc S2, mạch điện đối với rơ le K2 được đóng lại và tiếp điểm thườngmở của cuộn dây K2 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 đượcđóng lại và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển trở lại vị trí ban đầu. Cần píttôngcủa xi lanh hoạt động đơn (hoạt động kép) trở về vị trí co lại cuối cùng. Sau khi nhảcông tắc S2 ra, mạch điện đối với rơ le K2 được mở, tiếp điểm thường mở K2 mở ra,cuộn dây Y2 mất điện, van đảo chiều giữ nguyên ở vị trí đó chừng nào chưa có tínhiệu tác động ngược lại.

Y2Y1Y2Y1

Hình 8.5. Sơ đồ mạch khí nén

1 2 3 4

K2K1S2S1

K1 K2 Y1 Y2

43

Hình 8.6. Sơ đồ mạch điện điều khiển

190

8.1.3. Ổ nạp đứngCác tấm gỗ cần được đẩy dọc theo ổ nạp đứng đến thiết bị cặp. Bằng cách ấn nút

công tắc, một tấm gỗ được đẩy bằng tấm trượt khỏi ổ nạp đứng. Sau khi tấm trượt trượtđến vị trí cuối phía trước, nó sẽ quay trở lại vị trí xuất phát ban đầu.

Hình 8.7. Sơ đồ vị trí

Nguyên lý làm việcẤn nút công tắc S1, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng lại và van

solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí, cần píttông của xi lanh hoạt động kép chuyểndịch về vị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hữu hạn S2. Mạch điện đối với cuộndây solenoid Y2 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2 được chuyển vị trí làm cầnpíttông của xi lanh hoạt động kép trở về vị trí co lại cuối cùng. Mạch điện đối với cuộndây solenoid Y2 được mở.

Y1 Y2

1 2

S2S1

Hình 8.8. Sơ đồ mạch khí nén Hình 8.9. Sơ đồ mạch điện điều khiển

191

8.1.4. Ổ nạp đứng có nhiều khoangYêu cầu: Các chi tiết được đẩy ra khỏi ổ nạp đứng có nhiều khoang tới thiết bị cặp.

Bằng cách ấn nút công tắc các chi tiết được đẩy ra khỏi ổ nạp đứng có nhiều khoangbằng tấm trượt. Sau khi tấm trượt đạt đến vị trí cuối ở trước, nó sẽ trở lại vị trí xuất phátban đầu.

Hình 8.10. Sơ đồ vị trí

Hình 8.11. Sơ đồ mạch khí nén

192

Nguyên lý hoạt độngBằng cách ấn nút công tắc S1, mạch điện đối với rơ le K1 đóng lại, tiếp điểm

thường mở K1 được đóng lại và cung cấp điện cho van solenoid hai chiều 5/2, vanchuyển vị trí làm píttông duỗi ra. Khi nhả nút công tắc S1 ra, mạch điện đối với rơ le K1được mở và tiếp điểm thường mở K1 trở lại vị trí bình thường, mạch điện cung cấp chocuộn solenoid Y1 được mở. Cần píttông của xi lanh dịch chuyển về vị trí cuối ở trướcvà khởi động công tắc hữu hạn 5/2, mạch điện đối với rơ le K2 được đóng và vansolenoid hai chiều 5/2 được đảo lại trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xi lanh hoạtđộng kép trở về trí co lại cuối cùng. Mạch điện cung cấp cho cuộn dây K2 được ngắt vàcác tiếp điểm thường mở K2 được đưa về vị trí bình thường ban đầu và cuộn dâysolenoid Y2 mất điện.

1 2 3 4

K2K1S2S1

K1 K2 Y1 Y2

43

Hình 8.12. Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.1.5. Điều khiển dây đai băng chuyềnYêu cầuSử dụng băng chuyền, các chi tiết cần được vận chuyển trong các khoảng thời gian

liên tục đến các vị trí làm việc lần lượt theo thứ tự. Khi công tắc có chốt được ấn, bánhxe chủ yếu được hoạt động bởi cần píttông của xilanh, thông qua chốt chặn, khi nútcông tắc được ấn lần nữa, bánh lái tắt.

Hình 8.13. Sơ đồ vị trí

193

Hình 8.14. Sơ đồ mạch khí nén

Nguyên lý hoạt độngKhi ấn nút công tắc S3, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng và van

solenoid 5/2 được chuyển vị trí. Cần píttông của xi lanh hoạt động kép chuyển dịch vềvị trí cuối ở trước và khởi động công tắc hành trình S2. Sau khi píttông rời khỏi vị trícuối ở sau, mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được mở thông qua công tắc hànhtrình S1.

Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng thông qua công tắc S2 và vanhai chiều solenoid 5/2 được nối trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xilanh trở về vị tríco lại cuối cùng và khởi động công tắc hành trình S1. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trícuối ở trước, mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng bằng công tắc hành trình S1,thông qua công tắc S3 cần píttông của xi lanh trở về vị trí co lại ở trước.

Hình 8.15. Sơ đồ mạch điện điều khiển

194

8.1.6. Bàn quay chỉ vị tríSử dụng bàn quay chỉ vị trí, các can nhựa cần được cách quãng theo thứ tự thành

hàng. Bằng cách ấn nút công tắc, cần píttông của xi lanh đưa bàn quay theo trình tự quachốt chặn. Khi nút công tắc được ấn lần nữa, quá trình trên được tắt.

Hình 8.16. Sơ đồ vị trí

Hình 8.17. Sơ đồ mạch khí nén

Nguyên lý làm việcKhi ấn nút công tắc S3, mạch điện đối với rơ ke K1 được đóng và tiếp điểm thường

mở K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y1 được đóng và van haichiều 5/2 được đảo lại. Cần píttông của xi lanh chuyển dịch về vị trí cuối ở trước vàkhởi động công tắc hành trình S2. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trí co lại cuối cùng,mạch điện đối với rơ le K1 được mở ra qua công tắc hành trình S1 và tiếp điểm thườngmở K1 trở về vị trí bình thường. Mạch điện đối với cuộn dây K2 được đóng bằng côngtắc S2 và tiếp điểm thường mở K2 được đóng lại.

Mạch điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được đóng và van solenoid hai chiều 5/2được nối trở lại vị trí ban đầu. Cần píttông của xi lanh trở về vị trí co lại cuối cùng vàkhởi động công tắc hành trình S1. Sau khi cần píttông rời khỏi vị trí cuối ở trước, mạch

195

điện đối với cuộn dây solenoid Y2 được mở ra bằng công tắc hành trình S2. Mạch điệnđối với rơ le K1 lại được đóng qua công tắc S1 bởi công tắc có chốt S3 và tiếp điểmthường mở K1 được đóng lại. Mạch điện đối với cuộn dây Y1 được đóng và vansolenoid hai chiều 5/2 được đảo lại, cần píttông co lại ở trước.

Hình 8.18. Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.1.7. Hệ thống ép vật liệu rời thành khốiĐiều khiển cần píttông để nén ép vật liệu rời thành các khối bánh. Tại các vị trí S0,

S1 và S2 có các công tắc hành trình tương ứng x0, x1 và x2. Nút nhấn thực hiện hànhtrình ép là Sp. Đầu tiên píttông chạy với tốc độ v1 trong đoạn hành trình không ép S0S1,và sẽ chạy chậm với v2 trong hành trình ép S1S2. Gặp S2 píttông sẽ giật lùi về với vậntốc lớn nhất v3 và kết thúc chu kỳ ép tại S0. (chú ý: v3> v1 > v2).

Hình 8.19. Sơ đồ mạch khí nén hệ thống ép vật liệu rời thành khối

196

Hình 8.20. Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.1.8. Cơ cấu ép khi hàn nhiệt điệnMột thanh hàn nhiệt điện được ép vào một trống tròn xoay được làm mát bằng

xi lanh khí nén tác động kép (1A) và hàn tấm plastic thành các ống, hình 8.21.Hành trình duỗi ra được kích bằng một nút nhấn 1S1. Hành trình duỗi với áp suấtlà 4 bar và khi 1S4 được tác động thì bắt đầu ép cho tới áp suất ép tăng đến 8 barthì píttông giật về. Gặp 1S3 thì píttông dừng lại, sau 2 giây thì chu kỳ ép mới lạibắt đều. Trong mạch sử dụng van 5/2. Xây dựng mạch điều khiển của cơ cấu épkhi hàn nhiệt điện.

Hình 8.21. Sơ đồ vị trí

197

Hình 8.22. Sơ đồ mạch khí nén

Hình 8.23. Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.1.9. Máy thở tích cực trong y tếSơ đồ mạch khí nén của máy thở tích cực trong y tế được biểu diễn ở hình 8.24.

Nguyên lý làm việcKhí O2 và không khí được làm sạch ở các bộ lọc 1 và 2, chảy qua các van chặn

dòng (3) và (4) đến hệ thống trộn, cấu tạo từ các đầu đo áp suất tuyệt đối (5) và (6) cũngnhư hai van tùy động điều khiển điện (7) và (8) để định lượng và tạo ra nồng độ khímong muốn. Để hít vào, các van tùy động (7) và (8) cung cấp một lưu lượng xác địnhvới nồng độ O2 chính xác. Cảm biến O2 (11) đo nồng độ O2 của khí hít vào, van thở ra(19) được điều khiển qua van điều chỉnh áp suất bằng điện (18), giữ kín phía thở ra. Sauquá trình thở ra tích cực, hai van tùy động (7) và (8) đóng lại. Van thở ra vẫn ở trạng

198

thái đóng. Để thở ra van (18) được thoát tải tạo áp suất điều khiển cho van thở ra (19),việc thở ra được thực hiện qua van chặn dòng (20). Van thở ra (19) và cảm biến lưulượng (22) đến cửa xả khí. Ngoài ra còn có các van và phần tử cấu trúc có chức năng antoàn và tái lập các dạng thở khác, không mô tả trên hình vẽ.

Hình 8.24. Sơ đồ mạch khí nén của máy thở tích cực trong y tế

1, 2, 15. Bộ phận lọc khí; 3, 4, 13, 14, 16, 20. Van chặn dòng; 5, 6. Cảm biến áp suất; 7, 8. Van tùy động;9. Van áp suất; 10, 12. Van phân phối 2/2; 11. Cảm biến O2; 17, 21. Cảm biến áp suất; 18. Van điều chỉnh

áp suất; 19. Van thở ra; 22. Cảm biến lưu lượng

8.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén

Trong một hệ thống điều khiển gồm nhiều mạch điều khiển. Hơn nữa trong quátrình điều khiển, nhiều hệ thống điều khiển được kết hợp với nhau, ví dụ: Điều khiểnbằng khí nén kết hợp với điện, thủy lực...Để đơn giản quá trình điều khiển, nội dungtiếp theo sẽ trình bày cách biểu diễn các chức năng của quá trình điều khiển theo tiêuchuẩn của Cộng hòa liên bang Đức, gồm có:

8.2.1. Biểu đồ trạng tháiBiểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên giữa các

phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử.Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc

quay,...), trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc thời gian hành trình.Hành trình làm việc được chia thành các bước, sự thay đổi trạng thái trong các bước

199

được biểu diễn bằng đường đậm, sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nétmảnh và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên.

+ Xi lanh đi ra ký hiệu dấu (+), lùi về ký hiệu (-).+ Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí “0” và vị trí “1” (hoặc “a”, “b”).+ Một số ký hiệu các chức năng điều khiển được biểu diễn ở biểu đồ trạng thái:

Hình 8.25. Một số ký hiệu biểu diễn trên biểu đồ trạng thái

8.2.2. Các phương pháp điều khiển bằng khí nén

Phương pháp điều khiển được phân loại như sau (theo tiêu chuẩn DIN 19 237):

- Điều khiển bằng tay: Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp;

- Điều khiển tùy động theo thời gian;

- Điều khiển tùy động theo hành trình;

- Điều khiển theo chương trình cứng;

- Điều khiển theo tầng;

- Điều khiển theo nhịp.

a) Điều khiển bằng tay

Với những hệ thống khí nén đơn giản, như xi lanh ép giữ phôi trên các máy thườngdùng mạch khí nén điều khiển bằng tay. Mạch khí nén điều khiển bằng tay có thể là trựctiếp hoặc gián tiếp.

+ Điều khiển trực tiếp

Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đưa tín hiệu và xử lý tín hiệu do mộtphần tử đảm nhận. Ví dụ mạch điều khiển trực tiếp bằng tay với một phần tử đưa tín

200

hiệu (nút ấn 3/2) và một phần tử xử lý tín hiệu (van đảo chiều 3/2) được thể hiện trênhình 8.26.

a)

Biểu đồ trạng thái

b)

Hình 8.26. Mạch điều khiển trực tiếp với phần tử đưa và xử lý tín hiệu

a) Mạch điều khiển; b) Biểu đồ trạng thái

+ Điều khiển gián tiếpCác phần tử sử dụng trong các mạch điều khiển trực tiếp có đặc điểm là tín hiệu ra

phụ thuộc vào thời điểm đưa tín hiệu vào, nghĩa là khi tín hiệu vào mất thì tín hiệu racũng mất. Trong thực tế, để đảm bảo tiện lợi, cho điều khiển tín hiệu vào thường làxung (nút ấn, công tắc...). Khi tín hiệu tác động vào là dạng xung, tín hiệu ra thường làtín hiệu duy trì. Như vậy cần phải có phần tử duy trì tín hiệu và thời gian tự duy trì tínhiệu (dòng điện) trong mạch là khả năng nhớ của mạch và trong kỹ thuật điều khiển gọi

201

là phần tử nhớ (Flipflop). Ứng dụng trong mạch khí nén, việc điều khiển cần píttôngduỗi ra và co về có thể thông qua phần tử nhớ (van đảo chiều không có vị trí 0), khi đóta có mạch điều khiển gián tiếp. Trên hình 8.27 giới thiệu mạch điều khiển gián tiếp xilanh khí nén tác động một phía bằng phần tử nhớ 1.3 (van đảo chiều xung 3/2) và khi đócần hai phần tử đưa tín hiệu (nút ấn 3/2).

a)

Biểu đồ trạng thái

b)

Hình 8.27. Mạch điều khiển gián tiếp với phần tử nhớ

a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái

Ứng dụng phần tử nhớ trong mạch điều khiển khí nén gián tiếp xi lanh tác độnghai chiều giới thiệu trên hình 8.28. Ở đó, phần tử nhớ được sử dụng là van đảo chiềuxung 5/2.

202

a)

b)

Hình 8.28. Mạch điều khiển gián tiếp xi lanh tác động hai phía với phần tử nhớ

a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái

b) Điều khiển tùy động theo thời gianTrên hình 8.29 giới thiệu sơ đồ mạch khí nén điều khiển xi lanh tác động hai

phía theo phương pháp điều khiển tùy động theo thời gian. Phần tử thời gian 1.2được sử dụng là phần tử thời gian đóng chậm. Khi ấn nút ấn 1.1, van đảo chiều 1.3đổi vị trí đưa khí nén vào khoang bên trái của xilanh 1.0 đẩy píttông duỗi ra, đồngthời khí nén sẽ đi qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2 và sau thời gian t van 1.3đổi vị trí, píttông co về.

203

a)

Biểu đồ trạng thái

b)

Hình 8.29. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo thời gian

a) Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái

c) Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự độngĐể tạo lập mạch khí nén điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động, phần tử thứ

hai được bố trí giữa nút ấn có rãnh định vị và van đảo chiều như hình 8.30.

204

a)

Biểu đồ trạng thái

b)

Hình 8.30. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động

a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái

d) Điều khiển tùy động theo hành trình

Mạch khí nén điều khiển theo hành trình được thực hiện với sự trợ giúp của côngtắc hành trình. Vị trí của công tắc hành trình xác định vị trí chuyển động của cầnpíttông.

205

Hình 8.31 giới thiệu sơ đồ mạch điều khiển theo hành trình với một xi lanh có chukỳ tự động. Phần tử đưa tín hiệu là nút ấn 1.1 có rãnh định vị. Mạch điều khiển thựchiện tự động khi ấn nút ở vị trí 1, còn khi nút ấn ở ví trí 0 thì mạch sẽ ngừng hoạt động.

a)

Biểu đồ trạng thái

b)

Hình 8.31. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển theo hành trình có chu kỳ tự động

Xilanhhai chiều

Van đảochiều 5/2

Công tắchành trình 3/2

Công tắchành trình 3/2

Nút ấn 3/2

206

a. Mạch điều khiển; b. Biểu đồ trạng thái

e) Điều khiển theo chương trình cứngCác điều khiển máy móc hoàn toàn tự động được phân theo ý muốn và được chỉ

định theo các điều khiển chương trình hoặc các điều khiển liên tục. Cả hai hệ thống cónhững ích lợi và những bất lợi. Với điều khiển chương trình, các tác động được thi hànhtheo sự thỏa thuận với một chương trình định nghĩa trước. Thông thường bộ chươngtrình bao gồm một cái trục được vận hành bằng điện lắp với một số cam (chi tiết cam cơkhí) điều khiển một số van tương ứng. Chương trình được biên dịch bởi các cam đượclắp đặt chính xác và tốc độ quay của trục cam. Hình khai triển 8.32 mô tả một điềukhiển theo chương trình cứng điều khiển máy nong đầu cắt ống nhựa theo kích thước.Tốc độ của động cơ vận hành đồng bộ thích ứng với khoảng thời gian của một chu kỳlàm việc đầy đủ hoàn tất trong một vòng quay. Mỗi xi lanh tác động kép được điềukhiển bởi van tác động con lăn 4/2 với lò xo trả về vị trí ban đầu.

Hình 8.32. Điều khiển theo chương trình cứng

f) Điều khiển theo tầngĐiều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình.

Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chứcnăng thành từng tầng riêng. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ - rơle. Cơ sở phương pháp điều khiển theo tầng là việc xác định các phần tử nhớ hay còngọi là van đảo tầng (thường dùng van 4/2 hoặc van 5/2) và các tín hiệu kích hoạt cácphần tử này.

207

Mạch điều khiển được chia thành n tầng sẽ có n -1 van đảo tầng, ví dụ ở sơ đồ mạchđiều khiển 2 tầng sẽ có 1 van đảo tầng 4/2 với 2 tín hiệu điều khiển vào X,Y. Như vậy,khi tầng I được cấp nguồn thì tầng II sẽ bị khóa và ngược lại sẽ không tồn tại trạng tháicả 2 tầng cùng được cấp nguồn.

+ Mạch điều khiển 2 tầng (hình 8.33)

Trong đó: e1, e2 là tín hiệu điều khiển vào;

a1, a2 là tín hiệu điều khiển ra.

Khi tầng I có khí nén, thì tầng II sẽ không có khí nén và ngược lại.

Hình 8.33. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 2 tầng

+ Mạch điều khiển 3 tầng (hình 8.34)

Trong đó: e1, e2, e3 là tín hiệu điều khiển vào;

a1, a2, a3 là tín hiệu điều khiển ra.Khi tầng I có khí thì tầng II và III không có khí, nghĩa là khi 1 tầng có khí thì 2 tầng

còn lại không có khí.

208

Hình 8.34. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 3 tầng

+ Mạch điều khiển 4 tầng (hình 8.35)

Hình 8.35. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 4 tầng

h) Mạch khí nén điều khiển theo nhịpCác phương pháp điều khiển được trình bày ở các phần trước có một đặc điểm là

khi thay đổi quy trình công nghệ hay yêu cầu đề ra, đòi hỏi phải thiết kế lại mạch điều

209

khiển, như vậy mất nhiều thời gian và công sức. Phương pháp điều khiển theo nhịp khắcphục được những nhược điểm trên.

+ Cấu tạo khối của nhịp điều khiển:- Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử là: phần tử AND, phần tử nhớ

và phần tử OR.

Hình 8.36. Cấu tạo khối của nhịp điều khiển

- Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là: Các bước thực hiện lệnh xảy ratuần tự. Có nghĩa là khi các lệnh trong nhịp một thực hiện xong thì sẽ thông báo chonhịp tiếp theo, đồng thời sẽ xóa lệnh nhịp thực hiện trước đó. Tín hiệu vào Yn tác động(ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển A1 có giá trị L. Đồng thời sẽ tác độngvào nhịp trước đó Zn-1 để xóa lệnh thực hiện trước đó. Đồng thời sẽ chuẩn bị cho nhịptiếp theo cùng với tín hiệu vào X1 (hình 8.37). Như vậy, khối của nhịp điều khiển gồmcác chức năng:

- Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.- Xoá lệnh của nhịp trước đó.- Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển.

Hình 8.37. Mạch LOGIC của chuỗi điều khiển theo nhịp

Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp được trình bày trên hình 8.38. Nhịpthứ nhất Zn sẽ được xóa bằng nhịp cuối cùng Zn+1.

210

Hình 8.38. Biểu diễn đơn giản chuỗi điểu khiển theo nhịp

Trong thực tế có 3 loại khối điều khiển theo nhịp:- Loại ký hiệu TAA: khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều đổi vị trí:* Tín hiệu ở cổng A có giá trị L.* Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu X.* Đèn tín hiệu sáng.* Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về vị trí RESET.

Hình 8.39. Khối kiểu TAA

- Loại ký hiệu TAB: Loại này thường được bố trí ở vị trí cuối cùng trong chuỗi điềukhiển theo nhịp. Ngược lại với kiểu TAA, kiểu TAB có phần tử OR nối với cổng Yn

(hình 8.40). Khi cổng L có khí nén, thì toàn bộ các khối của chuỗi điều khiển (trừ khốicuối cùng) sẽ trở về vị trí ban đầu. Như vậy, khối kiểu TAB có chức năng như là điềukiện để chuẩn bị khởi động của mạch điều khiển. Khối kiểu TAB cũng có chức năngtương tự như khối kiểu TAA. Đó là khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều (phần tửnhớ) đổi vị trí:

* Tín hiệu ở cổng a có giá trị L.* Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu ở cổng X.

211

* Đèn tín hiệu sáng.* Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về vị trí RESET.

Hình 8.40. Khối kiểu TAB

- Loại ký hiệu TAC: Loại tín hiệu không có phần tử nhớ và phần tử OR. Như vậy,loại TAC có chức năng là trong nhịp điều khiển tiếp theo, khi tín hiệu của nhịp trước đóvẫn còn giá trị L thì đèn tín hiệu vẫn còn sáng ở nhịp tiếp theo.

Hình 8.41. Khối kiểu TAB

Chuỗi điều khiển theo nhịp 4 khối: 3 khối kiểu TAA và 1 khối kiểu TAB biểu diễnở trên hình 8.42.

Hình 8.42. Chuỗi điều khiển theo nhịp gồm: 3 khối kiểu TAA và 1 khối kiểu TAB

8.3. Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén

212

8.3.1. Nguyên tắc thiết kếMạch điều khiển điện khí nén cũng tương tự như mạch điều khiển điện thủy lực. Sơ đồ

mạch điều khiển điện khí nén gồm hai phần: Sơ đồ mạch điện - khí nén gồm có hai phần:- Sơ đồ mạch khí nén.- Sơ đồ mạch điện điều khiển.Ký hiệu các phần tử điện trên sơ đồ mạch điều khiển tương tự như điều khiển điện -

thủy lực. Sau đây giới thiệu một số mạch điều khiển điện - khí nén cơ bản nhất.

8.3.2. Mạch điều khiển điện - khí nén với một xilanha) Mạch điều khiển có tiếp điểm tự duy trì

+ Mạch khí nénSơ đồ mạch khí nén đơn giản bao gồm xilanh 1.0 và phần tử điện khí nén 1.1 (van

đảo chiều solenoid). Sơ đồ mạch điều khiển được biểu diễn ở hình 8.43.

Khi tác động vào nút ấn S2, rơ le K2 có điện, các tiếp điểm thường mở của rơ le K2sẽ đóng lại. Tiếp điểm K2 ở nhánh 3 có tác dụng duy trì dòng điện cung cấp cho rơ leK2, còn tiếp điểm K2 ở nhánh 5 đóng lại cung cấp dòng điện đến cuộn dây Y5 của vanđảo chiều, kết quả làm cho van đảo chiều thay đổi vị trí để cung cấp khí nén để píttôngduỗi ra.

Khi tác động vào nút ấn S1, dòng điện trong nhánh 2 mất, rơ le K2 mất điện, cáctiếp điểm thường mở tương ứng K2 mở ra, ngừng cung cấp điện cho cuộn dây Y5 củavan đảo chiều, kết quả là píttông sẽ lùi trở về.

a)

+ Biểu đồ trạng thái

b)

+ Mạch điện điều khiển

213

c)

Hình 8.43. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì

a. Sơ đồ mạch khí nén; b. Biểu đồ trạng thái; c. Sơ đồ mạch điện điều khiển

b) Mạch điều khiển có rơle thời gian tác động chậmBiểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén được trình bày ở hình 8.44. Sơ đồ mạch điều

khiển với phần tử tự duy trì và rơle thời gian tác động chậm. Sau thời gian t1 công tắchành trình điện - cơ S2 đóng (vị trí cuối hành trình) thì rơle thời gian tác động chậm K2mới có điện.

+ Mạch khí nén

a)

+ Biểu đồ trạng thái

b)

214

+ Mạch điện điều khiển

c)

Hình 8.44. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì

a) Sơ đồ mạch khí nén; b) Biểu đồ trạng thái; c) Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.3.3. Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp có 2 xilanh khí nén

a) Mạch điều khiển theo nhịpÁp dụng phương pháp điều khiển theo nhịp, quy trình điều khiển hai xilanh được

mô tả trên hình 8.45. Khi tác động vào nút ấn S5, lần lượt nhịp 1 cho đến các nhịp tiếptheo sẽ đóng mạch, các xi lanh sẽ thực hiện theo yêu cầu đặt ra. Mỗi nhịp đều có mạchtự duy trì. Nhịp cuối cùng là tác động cho quy trình trở về vị trí ban đầu.

Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm điện, sơđồ mạch điều khiển điện được biểu diễn ở trên hình 8.45c. Mặc dầu mỗi nhịp có mạchtự duy trì, nhưng nếu nhịp tiếp theo được thực hiện, khi nhịp trước đó phải được xóa.

a)

215

b)

c)

Hình 8.45. Sơ đồ mạch điều khiển điện - khí nén có tiếp điểm tự duy trì

a. Sơ đồ mạch khí nén; b. Biểu đồ trạng thái; c. Sơ đồ mạch điện điều khiển

Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2.

Hình 8.46. Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2

- Mạch điều khiển với chọn chế độ làm việc:Quy trình gia công cũng tương tự với ví dụ trên. Điều kiện yêu cầu tiếp theo là xi

lanh B chuyển động, khi thỏa mãn điều kiện là áp suất trong xi lanh A đạt được giá trịcho phép. Như vậy áp suất trong xi lanh A, xilanh kẹp chi tiết được kiểm soát bằng rơleáp suất - điện.

216

Hình 8.47. Quy trình gia công với chọn chế độ làm việc

Hình 8.48. Sơ đồ mạch điện điều khiển

8.3.4. Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầngNguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng

chức năng thành từng tầng riêng. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tửnhớ - Rơ le.

a) Mạch điện điều khiển cho 2 tầng

Hình 8.49. Sơ đồ mạch điện điều khiển cho 2 tầng

b) Mạch điện điều khiển cho 3 tầng

217

Hình 8.50. Sơ đồ mạch điện điều khiển cho 3 tầng

Ví dụ 1: Mạch điều khiển 2 tầng

Hình 8.51. Mạch điều khiển khí nén 2 tầng

Ví dụ 2: Mạch điều khiển 3 tầng

Hình 8.52. Mạch điều khiển khí nén 3 tầng

218

PHỤ LỤC

I. BỘI SỐ VÀ ƯỚC SỐ CỦA ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG

Bội số Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu

1024 Yotta Y 10-1 deci d

1021 Zetta Z 10-2 centi c

1018 Exa E 10-3 mili m

1015 Peta P 10-6 micro μ

1012 Tera T 10-9 nano n

109 Giga G 10-12 pico p

106 Mega M 10-15 femto f

103 kilo k 10-18 atto a

102 hecto h 10-21 zepto z

101 deca da 10-24 yocto y

II. TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ CƠ BẢN

Các đơn vị đo chiều dài:

1 in = 2,54 cm;

1 ft = 12 in = 30,48 cm;

1m = 39,37 in = 3,28 ft.

Các đơn vị thể tích:1 in3 = 16,3871 cm3;

1 ft3 = 28,3168 dm3;

1 gallong Anh (gal UK) = 4,54609 l;

1 gallong Mỹ (gal US) = 3,79543 l;1 thùng dầu USA = 158,988 l.

Các đơn vị khối lượng:1 pound (lb) = 454 g;

1 ounce (oz) = 28,34 g;

1 kg = 0,102 kG.s2/m

219

Các đơn vị lực:1 Newton (N) = 0,102 kG;

1 Din = 10-5 N;

1 ful - lực (lbf) = 4,448 N.

Quy đổi một số đơn vị thường dùng

- Chiều dài: 1 m = 3,281 ft; 1 cm = 0,3937 in; 1 in = 2,54 cm và 1ft=0,3048 m;

- Diện tích: 1 m2 = 10764 ft2 = 1550in2;

- Thể tích: 1 gallons = 231 in3 = 3,79 lít; 1ft3 = 0,02832 m3;

- Nhiệt độ: Co = (F

o – 32)/1,8; Ro

= 1,8Ko;

- Công suất: 1HP = 330.000 (ft.lbs/min); 1HP = 550 (ft.lbs/s);

1HP = 746 (W)

Các đơn vị áp lực và ứng suất (cơ học)

Đơn vị MPa barmm

cột nướcmm

thủy ngânkG/cm2 lbf/in2

Megapascal 1 10 1,02.105 7502,4 10,2 145

Bar 0,1 1 1,02.105 750,24 1,02 14,5

Milimet cột nước 9,8067.10-6 9,8067.10-6 1 7,35.10-2 10-4 1,422.10-3

Milimet thủyngân

1,33.10-4 1,33.10-3 13,6 1 1,36.10-3 1,934.10-2

Kilogam-lực/cm2 9,8067.10-2 0,98067 104 7,35.102 1 14,223

Psi (ful - lực/in2) 6,8948.10-3 6,8948.10-2 7,0307.102 52,2 7,0307.10-2 1

1 N/m2 = 1 Pa; 1 Mpa = 106 N/m2

Đơn vị mômen quán tính (động lực):1 kg.m2 = 0,102 kG.m.s2

Đơn vị năng lượng: công, nhiệt lượng, công suấtĐơn vị J kG.m kcal kW.g ft.lbf

Joule 1 0,102 2,39.10-4 2,78.10-9 0,7376

Kilogamlực.m 9,8067 1 2,343.10-3 2,72.10-6 7,233

Kilocalo 4,1868.103 4,2686.102 1 1,16.10-3 3,088.103

Kilowatt.giờ 3,6.106 6,67.105 860 1 2,653.106

Ful-bf-lực 1,356 0,318 3,25.10-4 3,76.10-7 1

220

III. KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ CỦA DẪN ĐỘNG THỦY LỰC - KHÍ NÉN

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Thùng dầu

Các bình tích trữ:

- Không chỉ dẫn nguyên lý hoạt động

- Tải trọng

- Lò xo

- Thủy khí

Bộ lọc

Bộ làm mát

Bộ gia nhiệt

Miệng rót

Các van trượt điều khiển bằng tay:

- Kiểu cấu tạo 14 theo sơ đồ (14Γ74-2)

A B

P T

- Kiểu cấu tạo 24 theo sơ đồ (24Γ74-2)

- Kiểu cấu tạo 34 theo sơ đồ (34Γ74-2)

221

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

- Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ (44Γ74-2)

- Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ (54Γ74-2)

- Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ (64Γ74-2)

- Kiểu cấu tạo 45 theo sơ đồ (45Γ74-2)

Van điều khiển cần xoay

Các van trượt điều khiển bằng thủy lực:

Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ (44Γ74-3)

Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ (54Γ74-3)

Van trượt điều khiển từ trục cam

Các van trượt điều khiển bằng điện:

- Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ

- Kiểu cấu tạo 64 theo sơ đồ với hai nam châm điện từ

- Kiểu cấu tạo 54 theo sơ đồ với một nam châm điện

- Tương tự với chỉ dẫn vị trí trung gian

222

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Các van trượt với điều khiển điện thủy lực:

- Kiểu cấu tạo 14 theo sơ đồ với các tuyến độc lập điều khiển

- Kiểu cấu tạo 44 theo sơ đồ, các tuyến P và X được nối thông

- Tương tự (ký hiệu đơn giản hóa)

Van một chiều (Γ51-3)

Van với hàm logic hoặc (OR)

Các van một chiều điều khiển được (khóa thủy lực):

- Một hướng

- Hai hướng

Van áp suất (Γ54-3)

Van áp suất có van một chiều (Γ66-3)

223

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Van an toàn tác động gián tiếp

Panen chia dòng (Γ53-2)

Van giảm áp tác động gián tiếp

Các van tiết lưu:

- Không hiệu chỉnh

- Có hiệu chỉnh

- Với van một chiều

Các bộ điều chỉnh lưu lượng:

- Kiểu cấu tạo cơ bản

- Với van một chiều

- Với van an toàn

Van trượt tiết lưu với điều khiển cơ học (từ mẫu chép hình)

224

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Bộ chia dòng

Bộ cộng dòng

Bơm thủy lực với lưu lượng không đổi

Các bơm thủy lực với lưu lượng thay đổi:

- Với hướng dòng không đổi

- Với hướng dòng thay đổi (đảo chiều)

Các loại máy bơm:

- Bơm bánh răng

- Bơm cánh quạt

- Bơm pittong hướng kính

- Bơm píttông dọc trục

Các mô tơ thủy lực:

- Không điều chỉnh với một hướng quay

- Không điều chỉnh với đảo chiều quay

- Có điều chỉnh với đảo chiều quay

Động cơ thủy lực xoay vòng

225

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Các xi lanh thủy lực:

- Kiểu cấu tạo cơ bản

- Tác động một phía

- Tác động một phía, hồi bằng lực lò xo

- Tác động hai phía, cần píttông một phía

- Tác động hai phía, cần pittông hai phía

- Kiểu vi sai

- Với dẫn dầu qua cần một phía

- Với dẫn dầu qua cần hai phía

- Với giảm chấn cuối hành trình phía phải

- Với giảm chấn cuối hành trình hai phía

- Với giảm chấn cuối hành trình phía phải điều chỉnh được

- Với giảm chấn cuối hành trình hai phía điều chỉnh được

Các phần tử điều khiển:

Nút ấn, tay gạt, pêđan

Ống mềm cao áp

226

Tên các phần tử của dẫn động thủy lực Ký hiệu theo ΓOCT

Ống dẫn thủy lực:

- Ống dẫn chính (có áp, nguồn, hồi dầu)

- Ống tuyến điều khiển

- Ống tuyến rò rỉ

Các ống dẫn nối chung

Ống dẫn giao nhau (không thông nhau)

Nối các ống dẫn:

- Dùng mặt bích

- Dùng đai ốc mũ

Đường dẫn có áp

Đường dẫn xả

Vị trí xả khí

IV. BIỂU DIỄN KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN

Tên các phần tử Ký hiệu

Bộ lọc

Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng tay

Pit tông tác động một phía có giảm chấn

Pit tông tác động hai phía có giảm chấn

Áp kế

Van đảo chiều 3/2 có vị trí không

227

Tên các phần tử Ký hiệu

Van đảo chiều 3/2 có định vị

Công tắc hành trình tác động hai chiều

Công tắc hành trình tác động một chiều

Van trượt đảo chiều 5/3 tác động bằng khí nén

Van áp suất

Van đảo chiều 5/2 tác động bằng tay

Van đảo chiều 5/2 tác động bằng khí nén

Van đảo chiều 5/2 có vị trí “không” tác động bằng khí nén

Phần tử thời gian đóng chậm

Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Van thoát khí nhanh

Van OR

228

Tên các phần tử Ký hiệu

Van OR bằng nhựa tổng hợp

Van AND

Van AND bằng nhựa tổng hợp

Van áp suất có cửa xả khí

Khối điều khiển theo nhịp

Phần tử khuếch đại

V. BIỂU DIỄN KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN - KHÍ NÉN

Tên các phần tử Ký hiệu

Rơ le áp suất điện

Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện

Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụtrợ

229

Tên các phần tử Ký hiệu

Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụtrợ cả hai phía

Van đảo chiều 5/3 tác động bằng nam châm điện qua van phụtrợ cả hai phía

Nút ấn thường đóng, thường mở

Tiếp điểm thường mở, thường đóng

Rơ le thời gian tác động muộn

Rơ le thời gian nhả muộn

Công tắc hành trình điện - cơ

Công tắc hành trình nam châm

Cảm biến điện dung

Cảm biến cảm ứng từ

Cảm biến quang

230

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Ngọc Cẩn (1978), Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại, Nhà xuất bản Khoa học vàKỹ thuật, Hà Nội.

2. Vũ Liêm Chính, Đỗ Xuân Đinh, Phạm Quang Dũng (2000), Máy trục tập II - Truyền động thủy lựctrên cần trục, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.

3. Lê Văn Tiến Dũng (2004), Điều khiển khí nén và thủy lực, Giáo trình trường Đại học Công nghệThành phố Hồ Chí Minh.

4. Lê Hiếu Giang, Nguyễn Thị Hồng Minh (2013), Công nghệ thủy lực và khí nén, Nhà xuất bản Đạihọc Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

5. Huỳnh Văn Hoàng (1999), Truyền động thủy khí, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

6. Phạm Văn Khảo, Phạm Tất Thắng (2012), Truyền động - Tự động và điều khiển khí nén, Nhà xuấtbản Bách Khoa, Hà Nội.

7. Trần Văn Lịch (2005), Giáo trình Thủy khí động lực, Nhà xuất bản Hà Nội.8. Nguyễn Tiến Lưỡng (1997), Các phần tử thủy - khí trong tự động hoá, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội.9. Hoàng Thị Bích Ngọc (1998), Máy thủy lực thể tích, Trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội.10. Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.11. Nguyễn Ngọc Phương (1998), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.12. Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng (1999), Hệ thống điều khiển bằng thủy lực (lý thuyết

và các ứng dụng thực tế), Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.13. Trần Xuân Tuỳ, Trần Minh Chính (2005), Hệ thống truyền động thủy khí, Đại học Bách khoa

Đà Nẵng.

14. Trần Xuân Tuỳ (2002), Hệ thống điều khiển tự động bằng Thủy lực, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹthuật, Hà Nội.

15. Uông Quang Tuyên (2009), Bài giảng Hệ thống điều khiển tự động thủy lực - khí nén, Hà Nội.16. Nguyễn Thành Trí (2002), Hệ thống thủy lực trên máy công nghiệp, Nhà xuất bản Đà Nẵng.

17. Bùi Hải Triều, Nguyễn Ngọc Quế, Đỗ Hữu Quyết, Nguyễn Văn Hựu (2006), Truyền động thủy lựcvà khí nén, Giáo trình Đại học Nông nghiệp Việt Nam.

18. Hoàng Việt (2014), Dẫn động và điều khiển bằng thủy khí trong chế biến gỗ, Nhà xuất bản Nôngnghiệp - Hà Nội;

19. Hệ thống đào tạo về công nghệ tự động hóa, Điện - Thủy lực, Bài tập trình độ cơ bản TP 601,FESTO.

20. Yoo Byung Seok, Choi Yong Sik (2000), Hydraulic system and Pneumatics system (MechanicalTechnology), Hệ thống thủy lực và khí nén do Nguyễn Thị Xuân Thu, Nhữ Phương Mai dịch, Nhàxuất bản Lao động - Xã hội, Hà Nội;

21. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Valves, Camel Precision Co, LTD;

22. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Pumps, Camel Precision Co, LTD;

23. CML Camel Hydraulics (2001), Hydraulic Cylinders, Camel Precision Co, LTD.

231

232

GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN

Chịu trách nhiệm xuất bảnGiám đốc - Tổng biên tập

TS. LÊ LÂN

Biên tập và sửa bản inCAO THỊ THANH HUYỀN

Trình bày, bìaNGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT

In 200 bản khổ 1927cm tại Xưởng in NXB Nông nghiệp.Địa chỉ: Số 6, ngõ 167 Phương Mai, Đống Đa, Hà Nội.

Đăng ký KHXB số 999-2018/CXB/5-79/NN ngày 26/03/2018.Quyết định XB số: 26/QĐ-NN ngày 30/7/2018.

ISBN: 978-604-60-2741-6In xong và nộp lưu chiểu quý III/2018.

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP167/6 Phương Mai - Đống Đa - Hà Nội

ĐT: (024) 38523887, (024) 38521940 - Fax: 024.35760748Website: http://www.nxbnongnghiep.com.vn

E - mail: nxbnn1@gmail.comCHI NHÁNH NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP58 Nguyễn Bỉnh Khiêm - Q.I - Tp. Hồ Chí Minh

ĐT: (028) 38299521, 38297157 - Fax: (028) 39101036