Bài giảng Hệ thống truyền động thủy khí - Chương 3: Các loại van, phần tử điều khiển, phần tử trung gian và thiết bị thủy lực phụ

hủy lực Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu Phần tử nhận tín hiệu: các nút điều khiển (bằng tay, bằng thủy lực, bằng khí nén, bằng điện ..) Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển Phần tử điều khiển: cơ cấu phân phối, van tiết lưu .. Cơ cấu chấp hành: xilanh thủy lực, động cơ thủy lực ... Chương 3 – Các loại van, phần tử điều khiển, phần tử trung gian và thiết bị thủy lực phụ CÁC LOẠI VAN THỦY LỰC VAN PHÂN PHỐI VAN CHẶN VAN ÁP SUẤT VAN DÒNG VAN CẢN VAN CON TRƯỢT QUAY VAN CON TRƯỢT DỌC VAN GIỚI HẠN VAN GiẢM ÁP VAN CẢN VAN TiẾT LƯU ĐiỀU CHỈNH ĐưỢC VAN TiẾT LƯU KHÔNG ĐiỀU CHỈNH ĐưỢC 3.1. Các loại van thủy lực 3.1.1 Van phân phối Các dạng cấu trúc cơ bản: - Số cửa: là số lỗ dẫn dầu vào hay ra - Số vị trí: là số định vị trạng thái làm việc con trượt của van. - Tên van: số cửa/số vị trí VD: van 4/2: gồm 4 cửa hai vị trí Ký hiệu trên sơ đồ: - Cửa: ký hiệu bằng dấu T, - mỗi vị trí: là một ô vuông - bên cạnh ô vuông: ký hiệu phương tiện điều khiển. Nhiệm vụ: dùng để khởi hành, dừng lại hoặc đảo chiều dòng dầu, ngoài ra có thể thực hiện chức năng khuyếch đại lưu lượng 3.1.1 Van phân phối Ký hiệu trên sơ đồ: cửa ký hiệu bằng dấu T, mỗi vị trí là một ô vuông, ở bên cạnh ô vuông có ký hiệu phương tiện điều khiển. ISO 5599 ISO 1229 Cửa nối với nguồn 1 P Cửa ra nơi làm việc 2,4,6 A, B,C Cửa về bể 3,5,7 R,S,T Cửa nối tín hiệu điều khiển 12,14 X,Y Cửa nối van được ký hiệu 3.1.1. Van phân phối Van 2/2 Van 3/2 Van 4/2 Van phân phối con trượt 3/3 tác động bằng tay có lò xo trả về: 1- Con trượt; 2- Lò xo. a. Van phân phối trượt dọc b. Van phân phối kiểu xoay .Van phân phối con trượt quay 4/3 tác động bằng tay Liên hợp van con trượt dọc và con trượt quay tác động bằng tay c. Van phân phối kiểu liên hợp d. Van phân phối kiểu đế tựa lệch tâm Van đế tựa phân phối 3/3 tác động va đập lệch tâm 3.1.2. Van chặn Van chặn có tác dụng chặn dòng dầu theo một hướng và cho lưu thông dòng dầu theo hướng ngược lại. Các phần tử chặn được sử dụng là bi cầu hoặc đầu côn để tạo thành van đế tựa. Tương ứng với sức căng lò xo, đặc tính dòng chảy không bắt đầu từ điểm có hao tổn áp suất bằng không, mà tại một điểm có áp suất ban đầu xác định pA 3.1.3. Van áp suất: Công suất thủy lực: P = p.Q  có thể thay đổi P nhờ thay đổi lưu lượng Q hoặc thay đổi áp suất p. + Để điều khiển lưu lượng Q: có thể dùng van phân phối, + Để điều khiển áp suất p: có thể dùng van áp suất. Trong thực tế có rất nhiều loại van áp suất có chức năng khác nhau: van giới hạn áp suất, van giảm áp, van cản 3.1.3. Van áp suất: a. Van giới hạn áp suất: Van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp: a) Van giới hạn dạng con trượt; b) Dạng đế tựa côn; 1−Lò xo; 2−Lỗ khoan;3−Rãnh điều khiển; 4−Giảm chấn; 5−Đế tựa côn 3.1.3. Van áp suất: a. Van giới hạn áp suất: - Thường dùng làm van an toàn, giữ cho áp suất hoạt động của thiết bị thủy lực được giới hạn bởi một giá trị điều chỉnh được cho trước, để ngăn ngừa hỏng hóc tại các phần tử của thiết bị như đường ống, ống mềm, các đầu nối v.v. - Điều kiện sau đây cần được thoả mãn: p1<p1max. - Van giới hạn áp suất có thể là van điều khiển trực tiếp hoặc van điều khiển trước. 3.1.3. Van áp suất: b. Van giảm áp: Được sử dụng khi cần cung cấp chất lỏng từ nguồn (bơm) cho một số cơ cấu chấp hành có những yêu cầu khác nhau về áp suất. Trong trường hợp này người ta phải chọn bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết. Van giảm áp chia ra: - Van giảm áp điều khiển trực tiếp - Van giảm áp điều khiển gián tiếp 3.1.3. Van áp suất: + Van giảm áp điều khiển trực tiếp Nguyên tắc làm việc của van giảm áp dựa trên sự cân bằng tác dụng của các lực ngược chiều nhau trên nút van: lực tạo thành bởi kết cấu van-lò so và áp suất chất lỏng tại cửa ra A. b) Van giảm áp: + Van giảm áp điều khiển gián tiếp Dòng thủy lực sẽ chảy từ B qua A qua rãnh 7, khi áp suất được điều chỉnh giảm theo yêu cầu, khi đó nút côn 1 sẽ đóng lại. Khi áp suất ở cửa A tăng lên tạo chênh lệch áp ở vòi phun 4 nút côn 1 sẽ mở ra, con trượt 5 sẽ dịch chuyển đi lên như vậy khe hở 7 nhỏ lại, áp suất ở cửa A sẽ giảm xuống và giữ mức ổn định. Áp suất ở cửa A có giá trị: pA=pB-Δp 1.Nút côn 2.Lò so của van phụ trợ 3. Lò so van chính, 4. Vòi phun 5. Con trượt van chính 6. cửa nối phía giảm áp 7. khe hở giảm áp 8. cửa xả b) Van giảm áp: 3.1. 4. Van dòng (van tiết lưu) Công dụng: dùng để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏng trong hệ thống bằng cách gây sức cản với dòng chảy Phân loại: - Van tiết lưu điều chỉnh được: sử dụng khi muốn điều chỉnh tốc độ lưu thông của dòng chảy - Van tiết lưu không điều chỉnh được hay tiết lưu cố định: khi cần gây độ chênh áp giữa các khoang làm việc nào đó để hạn chế sự dao động áp suất của chất lỏng và do va đập giữa các chi tiết làm việc ví dụ trong hệ thống giảm chấn của ôtô. 3.1. 4. Van dòng (van tiết lưu) 2 D p Q A    ( , );ef R m  2 2 d m D  2 1 2; 4 D d A p p p      Cấu trúc đơn giản nhất của van tiết lưu không đổi là lỗ tiết lưu hay còn gọi là tiết lưu chảy tầng và tấm chắn Tiết lưu không đổi: a)Lỗ tiết lưu; b) Tấm chắn Trong đó - tỷ lệ mở; Lỗ tiết lưu phụ thuộc nhiều vào độ nhớt. Tấm chắn phụ thuộc ít vào độ nhớt do có mặt cắt ngang hẹp hơn và có tính chất chảy rối. Để tính lưu lượng qua tấm chắn có thể sử dụng công thức: a. Van tiết lưu không đổi 3.1.4. Van dòng (van tiết lưu) Van tiết lưu điều khiển được có thể có nhiều dạng cấu trúc khác nhau. b. Van tiết lưu điều chỉnh được 3.1. 5. Van cản Van cản để tạo sức cản thủy lực thường được lắp trên đường dầu ra- về bể ( thường là cửa ra của xilanh lực). Nhiệm vụ của van cản là để dòng chảy không bị gián đoạn, chuyển động êm, khi ngừng làm việc dầu không chảy hết về bể, không khí không chui vào hệ thống, khi khởi động lại pittông di chuyển không va đập. Van cản có tác dụng như van một chiều 3.2. Các loại van trượt điều khiển bằng điện Theo chất lựợng điều khiển người ta sắp xếp theo trình tự từ thấp đến cao như sau : Van trượt điều khiển bằng điện Van solenoid Van tỷ lệ Van servo 3.2.1.Van solenoid Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid a) loại điều khiển trực tiếp,(1, 5 - vít hiệu chỉnh vị trí của lõi sắt từ;2, 4 - lò xo; 3, 6 - cuộn dây của nam châm điện); b) Loại điều khiển gián tiếp (1 -van sơ cấp; 2 - van thứ cấp) Cấu tạo: gồm các bộ phận chính là: + loại điều khiển trực tiếp (hình.a) gồm có thân van, con trượt và hai nam châm điện; +loại điều khiển gián tiếp (hình b) gồm có van sơ cấp 1(cấu tạo giống van điều khiển trực tiếp) và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con trượt của van sẽ hoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm 3.2.1.Van solenoid 3.2.1.Van solenoid 3.2.2. Van tỷ lệ Cấu tạo của van tỷ lệ có: Thân van, con trượt, nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trựợt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là loại van điều khiển vô cấp. a.Van tỷ lệ b.Van tỷ lệ hiệu suất cao Cảm biến vị trí dạng biến trở (potentiometer)đo vị trí của con trượt và truyền tín hiệu dưới dạng điện áp về bộ khuếch đại của van, tại bộ khuếch đại tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu điều khiển nhằm truyền cho nam châm dòng điều khiển chính xác. Nên nhờ bộ cảm biến này mà vị trí di chuyển của con trượt điều khiển được chính xác. Cấu tạo giống như van tỷ lệ thường và có thêm cảm biến dò hành trình. 3.2.3 Van servo Cấu tạo gồm: - Nam châm vĩnh cửu; - Phần ứng và hai cuộn dây; - Cánh chặn và càng đàn hồi; - Ống đàn hồi; - Miệng phun dầu. 3.2.3 Van servo + Khi dòng i1 ≠ i2 thì phần ứng sẽ quay theo một chiều nào đó tùy thuộc vào dòng điện của cuộn dây nào lớn hơn. Giả sử phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ, cánh chặn dầu cũng quay theo làm tiết diện chảy của miệng phun dầu thay đổi, khe hở miệng phun phía trái rộng ra và khe hở ở miệng phun phía phải hẹp lại. áp suất dầu vào hai buồng con trượt không cân bằng, tạo lực dọc trục, đẩy con trượt di chuyển về bên trái, hình thành tiết diện chảy qua van (tạo đường dẫn dầu qua van). Quá trình trên thể hiện ở hình vẽ +Khi dòng điện điều khiển ở hai cuộn dây bằng nhau hoặc bằng 0 thì phần ứng, cánh, càng và con trượt ở vị trí trung gian (áp suất ở hai buồng con trượt cân bằng nhau). 3.2.3 Van servo Lúc này khe hở ở miệng phun trái hẹp lại và khe hở miệng phun phải rộng lên, cho đến khi khe hở của hai miệng phun bằng nhau và áp suất hai phía bằng nhau thì con trượt ở vị trí cân bằng. Quá trình đó thể hiện ở hình vẽ. Mômen quay phần ứng và mômen do lực đàn hồi của càng cân bằng nhau. Lượng di chuyển của con trượt tỷ lệ với dòng điện vào cuộn dây. + Tiếp theo khi con trượt sang trái thì càng sẽ cong theo chiều di chuyển của con trượt làm cho cánh chặn dầu cũng di chuyển theo. 3.3. Các phần tử trung gian kết nối 3.3.1. Ống cứng và ống mềm a) Ống cứng. Để nối dẫn giữa các vị trí đầu nối cố định với nhau Các đường ống thủy lực được chế tạo bằng thép chính xác, trơn nhẵn theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế. Thí dụ theo tiêu chuẩn DIN 2391/C khi đường kính ống và áp suất của dầu đã biết, thì phải chọn loại thép và phương pháp gia công nhiệt luyện nhất định. Tốt nhất nên lựa chọn ống cứng theo các bảng do các nhà sản xuất cung cấp, trên đó có cả thông tin về đường kính trong, đường kính ngoài, chiều dày thành ống và áp suất cho phép. Phụ kiện kèm theo để nối ống cứng và ống mềm có rất nhiều dạng cấu trúc như đầu nối cong, đầu nối góc, nối chữ T v.v... b. Ống mềm. - Để nối dẫn giữa một vị trí đầu nối cố định với một thiết bị thủy lực chuyển động (Ví dụ: xi lanh lắc điều khiển gầu xúc) hoặc được sử dụng ở những nơi hay thay thế thiết bị (thí dụ nối dòng giữa các “ổ cắm thủy lực” trên máy kéo nông nghiệp và các thiết bị thủy lực treo). - Các ống mềm có mặt trong và ngoài đàn hồi bằng cao su nhân tạo và một hoặc nhiều lớp bố sợi vải hay lưới thép. - Ống mềm cần được bố trí sao cho có đủ chỗ để tự do chuyển động khi làm việc. 3.3.1 Ống cứng và ống mềm 3.3.Các phần tử trung gian kết nối 3.3.1. Ống cứng và ống mềm 3.3 .Các phần tử trung gian kết nối 3.3.1. Ống cứng và ống mềm 3.3. Các phần tử trung gian kết nối 3.3.2. Nối ống cứng và nối ống mềm a) Nối ống cứng. Trên các hệ thống thủy lực thường sử dụng các dạng nối ống tháo được: +Khi đường kính ngoài của hai đầu ống cần nối nhỏ hơn 42 mm được nối ren, + nếu đường kính ống lớn hơn được nối bằng mặt bích. Thường gặp nhất là nối vòng ren, được cấu tạo từ đầu nối ren 1 đai ốc bao 2 và vành 3 lắp bao lấy ống 4. Khi vặn đai ốc 2, phần cạnh hình nêm của vành 3 sẽ ép chặt vào ống. Dạng nối ống này đảm bảo đặc biệt an toàn chống tự tháo khi có dao động. b) Nối ống mềm: - Ống mềm được nối chặt giữa đầu nối và vòng đai ốc. - Để thuận tiện cho lắp ghép và an toàn trong sử dụng, trên nhiều máy kéo và xe chuyên dụng người ta còn dùng các khớp nối. Các khớp nối về bản chất là hai van chặn dòng, đặt ngược nhau, nối ghép với nhau. Khi ép sát vào nhau nhờ mũ ốc hay rãnh xoắn, hai đế tựa côn hoặc bi cầu sẽ đẩy nhau ngược chiều lò xo, mở thông đường dầu. 3.3. Các phần tử trung gian kết nối 3.3.2. Nối ống cứng và nối ống mềm Khớp nối các ống dẫn dầu: a) Khi đã nối; b) Khi tháo mối nối; 1-Van bi; 2-Hai đầu nối bên trái và phải; 3-Mũ ốc nối; 4-Lò xo. Khớp nối tự ngắt: a) Khớp nối tự ngắt khi đã nối hai nửa với nhau; b) Khớp nối khi đã tự ngắt ra khỏi nhau; 1-Các viên bi khóa; 2-Bạc; 3-Ổ đặt; 4, 7-Thân bên phải và bên trái của khớp nối; 5- Lò xo khớp nối; 6-Vòng hãm. 3.3. Các phần tử trung gian kết nối 3.3.2. Nối ống cứng và nối ống mềm 3.4.1. Tích áp thủy lực – acquy thủy lực Các bộ tích áp thủy lực có nhiệm vụ chính là tiếp nhận một thể tích dầu xác định dưới một áp suất từ thiết bị thủy lực và lại dẫn dầu ra theo nhu cầu của thiết bị. Cụ thể hơn, tích áp thủy lực được thiết kế với các mục đích sau đây: - Chuẩn bị sẵn một lưu lượng dầu cho nhu cầu cực đại tức thời; - Cân bằng dầu lọt và sự thay đổi thể tích do biến động nhiệt độ và áp suất; - Tác động vào các bộ phận chỉ cần áp suất và một lưu lượng nhỏ (các bộ phận kẹp, bảo vệ quá tải); - Chuẩn bị sẵn năng lượng trong các trường hợp thoát hiểm (thí dụ để kết thúc một thời kỳ làm việc khi hỏng bơm); 3.4. Các thiết bị thủy lực phụ 3.4.1. Tích áp thủy lực – acquy thủy lực Tích áp màng: a) Thoát hết dầu; b) Tích đầy dầu; 1- Bình áp suất; 2- Màng đàn hồi; 3- Đĩa van; 4- Đầu nối. . Tích áp bóng khí: a) Khi đang nạp; b) Đã nạp; 1- Vỏ thép; 2- Bóng khí; 3- Đầu nối; 4- Van đĩa. Tích áp thủy lực có thể được phân loại theo các dạng sau: - Tích áp pittông; - Tích áp màng; - Tích áp bóng khí. 3.4.1 Tích áp thủy lực – acquy thủy lực 3.4.1. Tích áp thủy lực – acquy thủy lực 3.4.1. Tích áp thủy lực – acquy thủy lực Ba loại tích áp kể trên hiện nay thường được tích năng bằng khí (Nitơ). Thể tích khí bị nén lại dưới tác dụng của áp suất dầu và nhả năng lượng theo yêu cầu khi chất khí giãn nở. Tỷ lệ áp suất của tích áp được xác định bằng tỷ lệ giữa áp suất làm việc cực đại với áp suất khí và thường được chọn là 10:1 và 4:1. Tích áp pittông. Trong các tích áp pittông, chất lỏng và khí được phân cách bởi một pittông chuyển động tự do trong xylanh. Tỷ lệ áp suất tích áp khoảng 10:1. Tích áp pittông được sử dụng thích hợp nhất ở những nơi có yêu cầu lượng dầu ra lớn và áp suất cao. Do có khối lượng pittông lớn nên tích áp pittông có quán tính lớn hơn tích áp màng hoặc tích áp bóng khí . 3.4.1 Tích áp thủy lực – acquy thủy lực Tích áp màng. Tích áp màng có cấu tạo rất đơn giản, thường được sử dụng để làm bộ giảm chấn. Bộ tích áp màng cấu tạo từ một vỏ kim loại hàn 1, được gắn một màng cao su nhân tạo đàn hồi phần dưới được lắp một đĩa van 3. Đĩa van đóng lỗ khoan trên đầu nối 4 khi thoát hết dầu và ngăn ngừa màng chui vào lỗ khoan này. Tùy theo cấu trúc mà tỷ lệ áp suất của tích áp màng nằm giữa 4:1 và 10:1. Tích áp màng với cấu trúc hàn có thể tích danh nghĩa nhỏ hơn 3.10-3 ÷ 4.10-3 [m3], với cấu trúc ren có thể tích danh nghĩa nhỏ hơn 2.10-3 [m3] và áp suất làm việc khoảng 100÷500 bar. Tích áp bóng khí. Trong trường hợp muốn thể tích lớn hơn cần phải sử dụng tích áp bóng khí. Trong vỏ thép 1 được bố trí một bóng khí 2, đầu nối 3 và một đĩa van 4. Khi thoát dầu hoàn toàn bóng khí 2 giãn nở và đóng kín van 4 ngược chiều lực lò xo. Đến khi áp suất trong hệ thống thủy lực vượt quá áp suất cho trước trong bóng khí thì van 4 mở, dầu thủy lực đi vào và nén khí trong bóng khí. 3.4.2 Bình chứa Bình chất lỏng công tác của máy xúc thuỷ lực : 1- nút tháo; 2- thanh giằng; 3- khoá chặn; 4, 8- đai ốc; 5- van; 6- thành bình; 7- ống nhỏ; 9- thước đo dầu; 10- bộ phận lọc; 11- miệng rót; 12- bộ lọc thô; 13- nắp đậy miệng rót; 14- thân (cốc) bộ lọc; 15- van an toàn; 16- bulông; 17- lỗ thông hơi; 18- giá đỡ. 3.4.3 Thiết bị làm mát: 3.4.4 Bộ lọc: Bộ lọc dầu của máy xúc. 1- nắp; 2- cốc; 3- lõi; 4- bộ phận lọc; 5- ống nối thoát nước; 6, 10- bu lông; 7, 9- vòng đệm kín; 8- van áp lực. 3.5. Các ký hiệu thủy lực 4.5. Các ký hiệu thủy lực 4.5. Các ký hiệu thủy lực 4.5. Các ký hiệu thủy lực 4.5. Các ký hiệu thủy lực 4.5. Các ký hiệu thủy lực VD: