Giáo trình Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí - Nghề: Điện tàu thủy
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
THUỶ KHÍ
NGHỀ: ĐIỆN TÀU THỦY
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số ...... QĐ/ ngày .....tháng......năm....của..)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại giáo trình lưu hành nội bộ nên các nguồn thông tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Kỹ thuật điều khiển thủy khí được xây dựng dựa trên đề cương
chi tiết môn học " Kỹ thuật điều khiển thủy khí" cho hệ Cao đẳng Điện Tàu thủy
Trường Cao đẳng Hàng hải I.
Giáo trình được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên ngành Điện tàu
thủy kiến thức cơ bản về hệ thống thủy lực và khí nén; các phần tử cung cấp và xử
lý năng lượng trong hệ thống thủy- khí , các mạch điều khiển điện - thủy lực, và
mạch điều khiển điện - khí nén, Phương pháp thiết kế mạch điều khiển hệ thống
thủy lực - khí nén.
Giáo trình bao gồm 3 chương:
Chương 1: Truyền động thuỷ lực
Chương 2: Truyền động khí nén
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống khí nén - thuỷ lực
Giáo trình là tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy của giảng viên và học
tập của học sinh, sinh viên ngành Điện tại trường Cao đẳng Hàng hải I.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, giảng viên khoa Điện –
Điện tử Trường Cao đẳng Hàng hải I đã giúp đỡ để hoàn thành giáo trình này.
Trong quá trình biên soạn giáo trình không tránh khỏi thiếu sót và rất mong nhận
được những ý kiến, nhận xét của bạn đọc. Mọi ý kiến xin được gửi về Khoa Điện.
Điện tử trường CĐHHI, số 498 Đà Nẵng - Đông Hải I - Hải An - Hải Phòng.
Hải Phòng, ngày 8 tháng 12 năm 2018
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Nguyễn Đức Hạnh
3
MỤC LỤC
STT
Nội dung
Trang
1
2
3
4
Lời nói đầu
Mục lục
3
4
Danh mục hình vẽ
Nội dung
5
8
Chương 1: Truyền động thuỷ lực
1. Đại cương về truyền động thủy lực
2. Bơm thủy lực
9
9
11
13
17
3. Hệ thống cung cấp năng lượng
4. Các thành phần của hệ thống điều khiển khí nén và thủy
lực
5. Một số van đảo chiều thông dụng
6. Các mạch truyền động thuỷ lực cơ bản
Chương 2: Hệ thống khí nén
25
28
36
36
38
53
1.Đại cương về hệ thống điều khiển khí nén
2.Hệ thống cung cấp và xử lý khí nén
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống thuỷ lực –
khí nén
1. Khái quát chung
53
56
59
65
74
83
2. Cơ sở đại số boole
3. Phân loại phương pháp điều khiển
4. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển
5. Điều khiển bằng lập trình
5
Tài liệu tham khảo
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Máy ép thủy lực .................................................................................... 10
Hình 1.2. Máy cán thủy lực ....................................................................................10
Hình 1.3. Máy uốn ống............................................................................................ 10
Hình 1.4. Kết cấu và kí hiệu của bơm bánh răng................................................... 11
Hình 1.5. Cấu tạo của bơm cánh gạt tác động đơn ................................................. 11
Hình 1.6. Bơm piston hướng kính........................................................................... 12
Hình 1.7. Bơm pít tông hướng trục......................................................................... 13
Hình 1.8. Kết cấu bể dầu......................................................................................... 14
Hình 1.10. Cách lắp bộ lọc trong hệ thống ............................................................. 16
Hình 1.12. Cấu tạo và kí hiệu của van an toàn........................................................ 18
Hình 1.13. Ký hiệu van tràn.................................................................................... 18
Hình 1.14. Cấu tạo và kí hiệu của van giảm áp ...................................................... 18
Hình 1.15. Cấu tạo và kí hiệu của rơle áp suất ....................................................... 19
Hình 1.16. Van tiết lưu ở đường ra của xi lanh dầu................................................ 19
Hình 1.18. Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi............................................... 20
Hình 1.20. Kết cấu của bộ ổn tốc............................................................................ 21
Hình 1.21. Cấu tạo và kí hiệu của van một chiều ................................................... 22
Hình 1.22. Các thành phần van chỉnh hướng.......................................................... 23
Hình 1.23. Các tín hiệu tác động............................................................................. 24
Hình 1.24. Van đảo chiều........................................................................................ 24
Hình 1.25. Van đảo chiều 2/2.................................................................................. 25
Hình 1.26. Van đảo chiều 3/2.................................................................................. 25
Hình 1.27. Van 4/2.................................................................................................. 26
Hình 1.28. Cấu tạo và kí hiệu của van 5/2 .............................................................. 26
Hình 1.29. Van 4/3 tác động 2 đầu.......................................................................... 27
5
Hình 1.31. Van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T ......................................... 27
Hình 1.32. Kí hiệu van 5/3...................................................................................... 28
Hình 1.33. Hệ thống có gắn van giảm áp................................................................ 28
Hình 1.34. Hệ thống có gắn van giảm áp................................................................ 29
Hình 1.35. Điều khiển máy ép ................................................................................ 29
Hình 1.36. Điều khiển thủy lực với van một chiều................................................. 30
Hình 1.38. Sơ đồ mạch lắp van tuyến tính.............................................................. 32
Hình 1.39. Bản chất của van tuyến tính .................................................................. 33
Hình 1.40. Nam châm điện từ ................................................................................ 34
Hình 3.1. Cơ cấu khoan........................................................................................... 54
Hình 3.2. Mạch thủy lực cơ cấu khoan ................................................................... 54
Hình 3.3.Mạch điều khiển bằng thủy lực................................................................ 55
Hình 3.4. Mạch điều khiển bằng điện ..................................................................... 55
Hình 3.5. Các phép biến đổi hàm một biến............................................................. 56
Hình 3.6. Luật hoán vị............................................................................................. 56
Hình 3.7. Luật kết hợp............................................................................................. 57
Hình 3.8. Luật phân phối......................................................................................... 57
Hình 3.9. Điều khiển tùy thuộc ............................................................................... 59
Hình 3.10. Điều khiển theo hành trình.................................................................... 60
Hình 3.11. Điều khiển theo thời gian...................................................................... 61
Hình 3.13. Điều khiển ép phối hợp......................................................................... 62
Hình 3.14. Điều khiển theo chương trình cứng....................................................... 63
Hình 3.15. Điều khiển tuần tự bán tự động............................................................. 64
Hình 3.17. Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái..................................................... 66
Hình 3.18. Điều khiển pít tông nạp phôi................................................................. 67
6
Hình 3.19. Kí hiệu các bước và lệnh thực hiện....................................................... 67
Hình 3.20. Sơ đồ mạch điều khiển khí nén............................................................. 68
Hình 3.21. Kí hiệu biểu diễn lưu đồ tiến trình ........................................................ 69
Hình 3.23. Lưu đồ tiến trình điều khiển.................................................................. 70
Hình 3.24. Hệ thống ép bã đậu................................................................................ 70
Hình 3.25. Lưu đồ hệ thống .................................................................................... 71
Hình 3.26. Vẽ sơ đồ mạch điều khiển..................................................................... 72
Hình 3.27. Ví dụ...................................................................................................... 72
Hình 3.28. Sơ đồ mạch điều khiển.......................................................................... 73
Hình 3.29. Sơ đồ mạch điện.................................................................................... 74
Hình 3.30. Các lệnh và toán hạng ........................................................................... 76
Hình 3.31. Sơ đồ bố trí xy lanh tác động kép ......................................................... 77
Hình 3.32. Sơ đồ đấu nối PLC ................................................................................ 77
Hình 3.33. Chương trình điều khiển ....................................................................... 78
Hình 3.35. Sơ đồ đấu nối PLC ................................................................................ 79
Hình 3.36. Chương trình điều khiển ....................................................................... 79
7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Môn học: Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí
Mã môn học: MH.6520228.15
Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành, thí nghiệm,
thảo luận, bài tập: 00 giờ; Kiểm tra: 02 giờ)
Vị trí tính chất, của môn học:
- Vị trí:
+ Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí là môn cơ sở ngành bắt buộc của chuyên
ngành điện tàu thủy.
+ Môn học được bố trí sau các môn học cơ sở khác và trước các mô đun
nghề.
- Tính chất: Môn học nghiên cứu các kiến thức tổng quan về truyền động thuỷ lực,
truyền động khí nén và từ đó có thể xây dựng, thiết kế mạch điều khiển hệ thống
thuỷ lực khí nén
- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Đây là môn học cơ sở ngành, cung cấp cho
người học các kiến thức nền tảng về điều khiển thuỷ lực - khí nén để phục vụ cho
việc học các mô đun chuyên ngành.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Mô tả cơ bản về nguyên tắc hoạt động, các phương pháp tính toán các hệ
thống truyền động và hệ thống điều khiển bằng thủy lực - khí nén;
+ Xây dựng mạch điều khiển hệ thống.
- Về kỹ năng:
+ Phân tích, tính toán, thiết kế được các mạch điều khiển thuỷ lực - khí nén;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập ;
+ Có ý thức vận dụng kiến thức đã học vào thực tế.
Nội dung của môn học: Giáo trình môn học Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí bao gồm
3 chương:
Chương 1: Truyền động thuỷ lực
Chương 2: Truyền động khí nén
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống khí nén - thuỷ lực
8
CHƯƠNG 1: TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC
MH.5520226.11.01
Giới thiệu:
Nội dung chương trình bày về ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ
thống thuỷ lực, các loại bơm, các hệ thống cung cấp năng lượng, các thành phần cơ
bản của hệ thống điều khiển thuỷ lực - khí nén, các mạch truyền động thuỷ lực cơ
bản.
Mục tiêu:
- Trình bày được các thiết bị và thành phần của hệ thống truyền động thuỷ lực;
- Nhận biết được các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực trong thực tế;
- Phát huy tính tích cực, chủ động của người học trong tiếp thu các kiến thức mới
về tự động hoá.
Nội dung chính:
1. Đại cương về truyền động thủy lực
1.1. Khái niệm về hệ thống thuỷ lực
Thuỷ lực là một công nghệ về điều khiển và truyền năng lượng thông qua
dầu áp lực. Công chất trong thuỷ lực có thể là nước, dầu, xăng nhẹ.
1.2. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống thuỷ lực
1.2.1. Ưu điểm
Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn
giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng).
Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá
theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn).
Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu
nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và
điện).
Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của
cơ cấu chấp hành.
Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
9
Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần
tử tiêu chuẩn hoá.
1.2.2 Nhược điểm
Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu
suất và hạn chế phạm vi sử dụng.
Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của
chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.
Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc
thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
1.2.3. Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực
Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, như:
máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy
xúc, tời kéo, các hệ thống lái trên ôtô, tàu thuỷ…
Một số ứng dụng về máy thủy lực được mô tả như hình ảnh dưới đây:
Hình 1.1. Máy ép thủy lực
Hình 1.2. Máy cán thủy lực
Hình 1.3. Máy uốn ống
10
2. Bơm thủy lực
2.1. Bơm bánh răng
Bơm bánh răng có kết cấu như hình 1.4
Hình 1.4. Kết cấu và kí hiệu của bơm bánh răng
Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là sự thay đổi thể tích: khi thể tích
của buồng hút (A) tăng, bơm dầu hút, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm,
bơm đẩy dầu ra buồng (B), thực hiện chu kỳ nén. Nếu trên đường đi của dầu ta đặt
một vật cản thì dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ
lớn của sức cản và kết cấu của bơm.
2.2. Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt được dùng rộng rãi hơn bơm bánh răng do ổn định về lưu
lượng, hiệu suất thể tích cao hơn.
Lưu lượng bơm có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm.
Hình 1.5. Cấu tạo của bơm cánh gạt tác động đơn
Lưu lượng của bơm cánh gạt tác động một kỳ nhiều cánh được tính theo công thức:
2d.b.n.e
Q
[l/min]
(1.1)
1000
Trong đó:
11
d: đường kính stato (cm)
b: Chiều rộng cánh gạt (cm)
e: Độ lệch tâm (cm)
n: Số vòng quay của rôto (vòng/phút)
2.3. Bơm pít tông
Bơm pít tông có khả năng làm kín tốt hơn so với bơm cánh gạt và bánh
răng, bởi vậy bơm pít tông được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thủy lực làm
việc ở áp suất cao. Phụ thuộc vào vị trí của pít tông đối với rôto, có thể phân
biệt chúng thành bơm hướng kính và hướng trục.
2.4. Bơm hướng kính
Bơm dầu pít tông hướng kính có các pít tông chuyển động hướng tâm vối
trục quay của rôto. Tùy thuộc vào số pít tông ta có lưu lượng khác nhau (hình
1.6)
Hình 1.6. Bơm pít tông hướng kính
Lưu lượng bơm hướng kính được tính theo công thức:
2d2
.h.i.n.103
[l/min]
(1.2)
Q
4
Trong đó:
d: Đường kính pít tông
(cm);
h: Khoảng chạy pít tông,
h = 2e = (1.3 – 1.4)d ; e : độ lệch tâm
i: Số pít tông
(cm);
n: Số vòng quay của rôto trong một phút.
12
2.5. Bơm hướng trục
Bơm pít tông hướng trục là loại bơm có các pít tông đặt song song với
trục rôto và được truyền bằng khớp nối với trục quay của động cơ điện (hình
1.7). Bơm pít tông hướng trục có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn và hầu hết
đều chỉnh lưu được nhờ điều chỉnh góc nghiên của kết cấu đĩa nghiên ở trong
bơm.
Lưu lượng bơm hướng trục được tính theo công thức:
2d2
4
.D.i.n.tg.103
(1.3)
Q
Hình 1.7. Bơm pít tông hướng trục
d: Đường kính piston (cm)
Trong đó:
D: Đường kính trên đó phân bố các xilanh (cm)
i: Số piston
n: Số vòng quay của trục rôto (vòng/phút)
α: Góc nghiêng của roto với trục quay (độ)
3. Hệ thống cung cấp năng lượng
3.1. Bể dầu
a. Nhiệm vụ
Bể chứa dầu thủy lực mục đích để chứa môi chất làm việc của hệ thống thủy
lực, nơi giải phóng áp lực cho hệ thống.
Có tác dụng làm mát, giải nhiệt cho toàn hệ thống thủy lực.
Trong quá trình làm việc, bể chứa còn có tác dụng lắng cặn các chất rắn lẫn
trong dầu thủy lực và có mặt thoáng để bay một phần hơi nước hòa tan dầu thủy
lực trong quá trình làm việc bị xâm thực.
13
b. Chọn kích thước bể dầu
Đối với các loại bể dầu di chuyển, ví dụ bể dầu trên các xe vận chuyển thì có
thể tính bể dầu được chọn như sau: V = 1,5.Qv
Đối với loại bể dầu cố định, ví dụ bể dầu trong các máy, dây chuyền, thì thể
tích bể dầu được chọn như sau: V = (3 ÷ 5).Qv
c. Kết cấu của bể dầu
Hình 1.8. Kết cấu bể dầu
Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc 5. Khi mở động cơ 1 bơm
dầu làm việc dầu được hút lên qua bộ lọc 3 cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về
được cho vào một ngăn khác. Dầu thường đổ vào bể qua một cửa 8 bố trí trên nắp
bể lọc và ống xả 9 được đặt gần sát bể chứa. Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu
nhờ mắt dầu 7. 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 kì thì bộ lọc phải được tháo ra rửa
sạch hoặc thay mới. Trên ống cấp dầu người ta gắn vào một van tràn điều chỉnh áp
suất cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu.
3.2. Xử lý dầu
Trong hệ thống điều khiển thủy lực, việc xử lý dầu thường dùng đến bộ lọc
dầu. Hình 1.9 là các bộ lọc với các kích thước và chủng loại khác nhau. Trong quá
trình làm việc không tránh khỏi dầu bị bẩn do các chất bẩn được tạo ra từ bên
ngoài hay bản thân của nó. Những chất bẩn này đã gây ra hiện tượng kẹt các khe
hở, các tiết diện dòng chảy làm ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định hoạt động của hệ
thống và hư hỏng. Do đó trong hệ thống dầu ép ta thường gắn các bộ lọc dầu để
ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép.
14
Hình 1.9. Cấu tạo bộ lọc dầu
Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu sạch hơn,
đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm, và một ở ống xả của hệ thống dầu ép.
Lưu lượng chảy qua bộ lọc dầu, ta dùng công thức tính lưu lượng qua lưới
lọc:
A.p
[l/min]
Q .
Trong đó:
A – diện tích toàn bộ bề mặt lọc
∆p - hiệu áp của bộ lọc (∆p = p2 – p1)
η - độ nhớt động lực của dầu
(cm2);
(bar);
(P]);
α - hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn
vị diện tích và thời gian (l/cm2.ph).
Tùy thuộc vào đặc điểm của bộ lọc, có thể lấy α = 0,006 – 0,009.
* Phân loại: dựa vào kích thước tạp chất được giữ lại, vị trí lắp đặt bộ lọc và cấu
tạo bộ lọc. Kích thước các tạp chất được bộ lọc dầu thủy lực giữ lại
Bộ lọc thô: sử dụng lọc sơ qua dầu thủy lực. Các tạp chất giữ lại có kích thước lớn
hơn 0,1 mm.
Bộ lọc thủy lực trung bình: tạp chất giữ lại có kích thước từ 0,05 mm - 0,1 mm
Bộ lọc tinh: kích thước nhỏ hơn 0,05 mm.
* Vị trí lắp đặt bộ lọc dầu thủy lực:
Bộ lọc dầu cao áp: lắp ở ống hút
Bộ lọc dầu áp suất thấp: lắp ở ống xả
* Cấu tạo của bộ lọc thủy lực:
15
Bộ lọc lưới: trang bị nhiều lưới lọc sắp xếp thành nhiều tầng, được làm bằng
thép không gỉ. Kích thước mắt lưới ảnh hưởng đên kích thước tạp chất giữ lại.
Bộ lọc nam châm: sử dụng từ trường để hút những tạp chất kim loại trong dầu
thủy lực. Khi dầu thủy lực đi qua thiết bị lọc dầu hạt kim loại sẽ bị giữ lại, sau đó
nam châm được làm sạch bằng tay hay thông qua những hệ thống làm sạch.
Bộ lọc dầu dạng sợi: có cấu tạo gồm nhiều sợi quấn quanh một tiết diện hình
tròn, hình chữ nhật. Tiết diện cùng với vỏ bộ lọc thủy lực tạo thành khe hướng tâm.
Kích thước khe hướng tâm này quyết định đến kích thước của các loại tạp chất
được giữ lại. Bộ lọc dầu thủy lực này thường được sử dụng trong phần lọc thô.
Ngoài ra còn có rất nhiều loại bộ lọc dầu khác như: bộ lọc lá, bộ lọc hút, bộ
lọc nỉ, bộ lọc ly tâm, bộ lọc áp lực... Mỗi loại tùy vào nhu cầu sử dụng và thiết bị
lắp đặt để lựa chọn sản phẩm thích hợp nhất.
Một số cách lắp bộ lọc dầu trong hệ thống:
Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển, mà ta có thể
lắp các bộ lọc dầu ở các vị trí khác nhau (hình 1.10).
Hình 1.10. Cách lắp bộ lọc trong hệ thống
16
4. Các thành phần của hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực
4.1. Khái niệm hệ thống điều khiển thủy lực - khí nén
Một hệ thống điều khiển thủy lực - khí nén có thể là một hệ điều khiển kín
hay một hệ hở, về cơ bản nó chứa các thành phần, phần tử được mô tả như hình
1.11 tùy theo nhiệm vụ hoạt động của đối tượng điều khiển, mức độ phức tạp của
hệ điều khiển mà ta có thể phân tích, chọn các phần tử thích hợp cho việc thiết kế
hệ điều khiển và hệ thống động học.
Hình 1.11. Cấu trúc mạch điều khiển và các phần tử
4.2. Các phần tử điều khiển điều chỉnh của hệ thống khí nén và thủylực
Trong hệ thống điều khiển khí nén - thủy lực, ngoài cơ cấu biến đổi năng
lượng, phần tử đưa tín hiệu và xử lý tín hiệu ra, còn có nhiều cơ cấu điều khiển và
điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác nhau. Tùy thuộc vào nhiệm vụ của hệ thống mà
các cơ cấu này chia ra làm 3 loại chủ yếu: Cơ cấu chỉnh áp, cơ cấu chỉnh lưu
lượng, cơ cấu chỉnh hướng
4.2.1 Cơ cấu chỉnh áp
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, có thể cố định hoặc tăng hoặc
giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động khí nén - thủy lực. Cơ cấu chỉnh áp
có các loại phần tử sau:
a. Van an toàn
Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp
suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất lưu chất sẽ thắng lực
lò xo, và lưu chất sẽ theo cửa T ra ngoài không khí nếu là khí nén, còn là dầu thì sẽ
chảy về lại thùng chứa dầu (hình 1.12).
17
Hình 1.12. Cấu tạo và kí hiệu của van an toàn
b. Van tràn
Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn. Chỉ khác ở chỗ khi
áp suất cửa P đạt đến giá trị xác định, thì cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống
điều khiển (hình 1.13).
Hình 1.13. Ký hiệu van tràn
c. Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp)
Trong một hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực một bơm tạo năng lượng phải
cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Trong
trường hợp này ta phải cho bơm làm việc vớiáp suất lớn nhất và dùng van giảm áp
đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết.
Hình 1.14. Cấu tạo và kí hiệu của van giảm áp
d. Rơle áp suất.
Rơle áp suất thường dùng trong hệ thống khí nén - thủy lực của các máy tự
động và bán tự động. Phần tử này được dùng như là một cơ cấu phòng quá tải, tức
là có nhiệm vụ đóng hoặc mở các công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt
quá giới hạn nhất định và do đó làm ngưng hoạt động của hệ thống. Vì đặc điểm
đó nên phạm vi sử dụng của rơle áp suất được dùng rất rộng rãi, nhất là trong phạm
vi điều khiển.
18
Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơle áp suất có thể coi là phần tử chuyển
đổi tín hiệu khí nén - điện. Trong thủy lực nó là phần tử chuyển đổi tín hiệu dầu -
điện
Hình 1.15. Cấu tạo và kí hiệu của rơle áp suất
4.2.2. Cơ cấu chỉnh lưu
Cơ cấu chỉnh lưu lượng để xác định lượng lưu chất chảy qua nó trong một
đơn vị thời gian và như vậy sẽ làm thay đổi vận tốc dịch chuyển của cơcấu chấp
hành trong hệ thống lưu chất làm việc với bơm tạo năng lượng với lưu lượng cố
định.
a. Van tiết lưu
Van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng lưu chất. Van tiết lưu có thể đặt ở đường
vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành . Hình 1.16 mô tả van tiết lưu được lắp ở
đường ra của xy lanh dầu.
Lưu lượng chảy qua một khe hở có tiết diện chảy là Ax và hiệu áp: Δp = p2–
p3 được tính theo công thức:
Hình 1.16. Van tiết lưu ở đường ra của xi lanh dầu
19
Đối với dầu:
2p
1
Q .Ax
Đối với khí nén:
2p
1
Q ..Ax
Trong đó:
µ: Hệ số lưu lượng;
ρ1: Khối lượng riêng của khí, dầu (Kg/m3])
ε: Hệ số giãn nở của khí
Ax: Tiết diện khe hở của van (m2)
Δp : Áp suất trước và sau khe hở (N/m2)
b. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi
Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi, được
kí hiệu như trên hình 1.17
Hình 1.17. Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi
Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh dòng lưu lượng qua van. Hình
1.18 mô tả nguyên lý hoạt động và kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi, tiết lưu
được cả hai chiều, dòng lưu chất đi từ A qua B và ngược lại.
Hình 1.18. Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi
c. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay.
Hình 1.19 trình bày nguyên lý và kí hiệu của van tiết lưu một chiều. Dòng lưu chất
sẽ đi từ A qua B còn chiều ngược lại thì van một chiều bị mở ra dưới tác dụng của
áp suất dòng lưu chất, do đó chiều này không đảm bảo được tiết lưu.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
83 trang
26/03/2022
8300
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí - Nghề: Điện tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_dieu_khien_thuy_khi_nghe_dien_tau_thuy.pdf
