25

Chương 7. TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH

7.1. KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH Truyền động thủy lực thể tích là một thể loại (phương thức) truyền động mà trong đó các thiết bị tham gia trong hệ truyền động là các máy thủy lực thể tích và một số phần tử thủy lực hỗ trợ khác. Các máy thủy lực thể tích trong hệ truyền động thủy lực thể tích là bơm thủy lực thể tích và động cơ thủy lực thể tích. Ngoài ra, trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích cŨN CÚ CỎC PHẦN TỬ THỦY LỰC PHỤ KHỎC LàM NHIỆM VỤ hỗ trợ như điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ... Ví dụ, hệ thống máy lái thủy lực tàu thủy, hệ thống cẩu thủy lực, hệ thống đóng mở hầm hàng tàu thủy thường là những hệ thống truyền động thủy lực thể tích. Dưới đây là một số hỠNH VẼ VỚ DỤ VỀ TRUYỀN động thủy lỰC THỂ TỚCH TRONG CỤNG NGHIỆP. VỚ DỤ: MỎY XẾP DỠ HàNG HÚA, MỎY LỎI THỦY LỰC TàU THỦY...

HỠNH 7.1. MỎY XẾP DỠ HàNG HÚA SỬ DỤNG HỆ THỐNG truyền động thủy lực thể tích

Hỡnh 7.2. Hệ thống mỏy lỏi thủy lực tàu thuỷ

Về nguyờn tắc, một hệ thống truyền động thủy lực thể tích cơ bản được thể hiện bằn sơ đồ (Hỡnh 7.3) dưới đây:

Hỡnh 7.3. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích cơ bản Bơm thủy lực thể tích (xem định nghĩa phần bơm) có thể là bất kỳ một trong các bơm thể tích như: bơm bánh răng, trục vít, cánh gạt, pitông-rôto-hướng trục, pitông-rôto-hướng kính... Bơm thủy lực trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích có nhiệm vụ nhận năng lượng từ động cơ lai bơm để chuyển thành năng lượng thủy lực dưới dạng dũng chảy cú ỏp suất. Cụng chất trung gian làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng là chất lỏng. Chất lỏng này thường là loại dầu có tính chất vật lý thích hợp cho việc truyền động và được gọi là dầu thủy lực. Động cơ thủy lực thể tích (xem định nghĩa phần động cơ thủy lực thể tích) có thể là bất kỳ một trong các loại động cơ thủy lực thể tích như: động cơ thủy lực bánh răng, thủy lực trục vít, thủy lực cánh gạt, thủy lực pitông-rôto-hướng trục, thủy lực pitông-rôto-hướng kính. Các động cơ thủy lực trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích có tác dụng tiếp nhận năng lượng của dũng chảy cú ỏp suất để biến đổi năng lượng đó chuyển thành cơ năng theo mục đích của người thiết kế. Cỏc phần tử thủy lực phụ hỗ trợ (gọi tắt là phần tử thủy lực) không thể thiếu trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích. Chúng được dùng để thực hiện hoàn chỉnh các chức năng hoạt động cần thiết của cả hệ thống như: điều chỉnh, điều khiển, bảo vệ...(các chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các phần tử thủy lực này sẽ được trỡnh bày cụ thể ở phần tiếp theo). Ưu, nhược điểm của truyền động thủy lực thể tích Ngày nay, mặc dầu khoa học kỹ thuật và công nghệ đó đạt trỡnh độ cao, song truyền động thủy lực thể tích vẫn là một trong những phương thức truyền động được sử dụng rất rộng rói. Thể loại truyền động này có nhiều ưu điểm, nhưng bên cạnh đó cũng tồn tại một số nhược điểm nhất định. Ưu điểm: ã Truyền động được công suất lớn với quy mô thiết bị nhỏ, gọn; ã Kết cấu thiết bị truyền động đa dạng và có thể truyền động đến bất kỳ nơi nào nếu bố trí được đường ống tới đó; ã Có thể điều chỉnh trơn (không nhảy bậc) và rất chậm tốc độ thực hiện của bộ phận chấp hành (động cơ thủy lực); ã Hệ thống làm việc khụng ồn, tớnh tin cậy cao; ã Dễ điều khiển, đảo chiều các phần tử thực hiện và dễ tự động hoá trong truyền động; ã Hệ thống luôn được bảo vệ và được bôi trơn tốt bằng chính dầu thủy lực. Nhược điểm: ã Hệ thống thủy lực cần phải thật kín để tránh rũ rỉ; ã Dễ có khả năng bén cháy; ã Giỏ thành của dầu thủy lực và thiết bị khỏ cao; ã Phải thường xuyên quan tâm đến chất lượng của dầu thủy lực trong hệ thống; ã Phải làm mỏt dầu thủy lực cụng tỏc; ã Không thích hợp làm việc trong điều kiện nhiệt độ môi trường quá cao hoặc quá thấp. 7.2. NGUYấN Lí CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH Kết cấu một hệ thống truyền động thủy lực thể tích cơ bản gồm có ba nhóm thiết bị chính, đó là: a) Bơm thủy lực; b) Động cơ thủy lực; c) Cỏc phần tử thủy lực hỗ trợ (cỏc van thuỷ lực...). Ba nhúm thiết bị này kết hợp lại với nhau theo một nguyên tắc nhất định, có sự trợ giúp của chất lỏng là môi chất chất truyền tải năng lượng trong hệ thống ống dẫn, tạo lên hệ thống truyền động thủy lực, nhằm đạt được những yêu cầu của người thiết kế. Các nhóm thiết bị này kết hợp lại với nhau theo nguyên tắc dưới đây thành hệ thống truyền động thủy lực thể tích:

(a) (b) Hỡnh 7.4. Nguyờn tắc kết cấu một hệ thống truyền động thủy lực thể tích cơ bản (a) Sơ đồ khối hệ thống truyền động thủy lực thể tích (b) Ví dụ ứng dụng của TĐTLTT (Kích thủy lực) Hệ thống truyền động thủy lực thể tích có cấu trúc như sơ đồ khối (hỡnh 7.4a), bao gồm ba nhúm thiết bị: bơm thủy lực, động cơ thủy lực và nhóm các van thủy lực. Ví dụ: Kích thủy lực là một hệ thống truyền động thủy lực thể tích phổ biến và đơn giản nhất (hỡnh 7.4b). Nguyờn lý chung về hoạt động của của hệ thống truyền động thủy lực thể tích như sau: Bơm thủy lực có nhiệm vụ nhận năng lượng từ nguồn bên ngoài để biến đổi nguồn năng lượng ấy truyền cho chất lỏng thành thủy năng. Chất lỏng đó được tiếp nhận năng lượng tại bơm và trở thành dũng chảy cú tốc độ và áp suất. Dũng chất lỏng tiềm chứa năng lượng trong chính nó được dẫn đi bằng đường ống để tới động cơ thủy lực và tại động cơ thuỷ lực biến đổi thành cơ năng nhằm thực hiện các hoạt động cần thiết theo yêu cầu của thiết kế. Trong truyền động thủy lực thể tích, các động cơ thủy lực cũn được gọi là phần tử thực hiện hay bộ phận chấp hành. Việc điều khiển các chức năng hoạt động, chiều quay hoặc tốc độ của các động cơ thủy lực và bảo vệ hệ thống được an toàn nhờ vào hệ thống các phần tử thủy lực phụ hỗ trợ như van an toàn, van tràn, van phân phối...v.v 7.2.1 BƠM THỦY LỰC Bơm thủy lực sử dụng trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích bắt buộc phải là bơm thể tích. Bơm thủy lực có thể là một bơm bất kỳ trong những bơm thể tích thường gặp. Chúng có thể là bơm bánh răng, trục vít, cánh gạt, pitông-rôto-hướng trục hay pitông-rôto-hướng kính. Trong lĩnh vực tàu thủy, các bơm này thông thường được lai bằng động cơ điện. Năng lượng điện nhờ bơm thủy lực mà biến thành năng lượng thủy lực của chất lỏng dưới dạng dũng chảy cú ỏp suất, tức là điện năng chuyển thành thủy năng. Chất lỏng sau khi nhận năng lượng mà bơm truyền cho nó được dẫn đi trong hệ thống đường ống để tới động cơ thủy lực để tại đó năng lượng ấy truyền cho động cơ thủy lực. Các bơm thủy lực được lựa chọn cho hệ thống truyền động thủy lực thể tích cần phải được xem xét kỹ sao cho tính năng, thông số công tác như áp suất công tác pct, lưu lượng Qct, và cụng suất thủy lực Ntl... phải đáp ứng được các yêu cầu công tác của hệ thống. Quy ước về ký hiệu cỏc bơm thủy lực như sau:

Hỡnh 7.5. Ký hiệu bơm thủy lực trong truyền động thủy lực thể tích

Trong thực tế, bơm bánh răng và bơm trục vít được lai bằng động cơ điện có chiều quay không đổi sẽ cho sản lượng và chiều cấp chất lỏng không đổi. Song nếu chúng được lai bằng động cơ điện đảo được chiều quay thỡ cỏc bơm bánh răng và bơm trục vít này sẽ cho sản lượng không đổi nhưng chiều cấp chất lỏng sẽ thay đổi và phụ thuộc vào chiều quay của động cơ điện lai. Khi đó, cửa hút của các bơm đó thành cửa đẩy và ngược lại. Cũn đối với những bơm như loại cánh gạt, pitông-rôto-hướng kính, pitông-rôto-hướng trục được lai bởi động cơ điện thông thường chúng đều có khả năng là những bơm có chiều cấp chất lỏng và sản lượng thay đổi bằng cách đảo chiều quay động cơ điện lai hoặc đổi vị trí lệch tâm hoặc đĩa nghiêng của các rôto trong các bơm đó. 7.2.2 ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Động cơ thủy lực có nhiệm vụ biến đổi năng lượng (thủy năng) của dũng chất lỏng thành cơ năng để thực hiện mục đích công tác. Ví dụ như quay trống tời quấn dây, tạo mômen quay trụ máy lái tàu thủy, tạo ra lực ép nén cho thiết bị cơ khí...Trong lĩnh vực tàu thủy, do nhu cầu chức năng công tác của thiết bị mà có thể sử dụng bất kỳ loại động cơ thủy lực miễn sao chúng phù hợp cho thiết bị. Động cơ thủy lực có chuyển động quay Động cơ thủy lực có chuyển động quay trên tàu thủy thường được dùng để quay trống quấn dây cáp cần cẩu, lai trống tời dây buộc tàu, dùng trong hệ thống đạo lưu hệ thống chân vịt biến bước...vv. Ký hiệu các động cơ thủy lực có chuyển động quay trên hỡnh 7.6 sau:

Hỡnh 7.6. Ký hiệu động cơ thủy lực có chuyển động quay

Trong thực tế, động cơ thủy lực bánh răng và động cơ thủy lực trục vít thường được sử dụng là các động cơ có chiều quay và tốc độ không đổi. Nhưng nếu chúng được cấp nguồn chất lỏng từ bơm tới có lưu lượng thay đổi thỡ cỏc động cơ thủy lực ấy sẽ thay đổi được tốc độ quay tùy thuộc vào lưu lượng của bơm. Điều đó có nghĩa là nếu lưu lượng chất lỏng qua động cơ thủy lực càng nhiều thỡ tốc độ quay của động cơ thủy lực càng lớn. Loại động cơ thủy lực cánh gạt, pitông-rôto-hướng kính, pitông-rôto-hướng trục... đều có khả năng là những động cơ thủy lực có chiều quay và tốc độ quay thay đổi bằng cách đảo vị trí lệch tâm hoặc đĩa nghiêng trong các động cơ thủy lực đó. Tớnh toỏn một số thông số trong TĐTL có động cơ TL chuyển động quay:

Hỡnh 7.7. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực thể tích với động cơ thủy lực có chuyển động quay Giả sử rằng trong hệ truyền động trên hỡnh 7.7, toàn bộ cụng suất thủy lực của bơm được truyền cho động cơ thủy lực để lai trống quấn dây tời, khi đó chúng ta có: Ntl.bơm = Nđ/c = M. [KW, KM] (7.1) Trong đó: Ntl.bơm - Công suất thủy lực của bơm [KW, KM] Nđ/c - Công suất động cơ lai trống tời [KW, KM] - Vận tốc góc của động cơ thủy lực [rad/min, rad/s] M - Mômen trên trục động cơ thủy lực [KG.m, T.m] T - Tải trọng của trống tời [Tấn, KG] p - áp suất công tác của bơm [KG/cm2] Q - Lưu lượng của bơm [lit/min] q - Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực [lit/vũng quay] - Trọng lượng riêng của chất lỏng [KG/cm3] H - Cột áp của bơm [m] Mặt khỏc, chỳng ta cú: Ntl.bơm = .Q.H = Q.p, cho nờn M. = Q.p [KW, KM] (7.2) Từ đó xác định mômen trên trục động cơ thủy lực: M = [KG.m] (7.3)

Xilanh mụmen

Hỡnh 7.8. Xi lanh mụmen Loại động cơ thủy lực chuyển động quay có hạn chế góc hoạt động (hỡnh 7.8) thường được sử dụng để quay trụ máy lái tàu thủy. Loại này có nhược điểm là có góc hoạt động hạn chế, do vậy nó chỉ được sử dụng vào những việc có tính năng phù hợp. Mômen của loại động cơ thủy lực được tính bằng công thức sau đây: Mtrục = 3. F.p.a[KG.m] (7.4) Trong đó: F - Lực do tỏc dụng của chất lỏng A - Thiết diện bề mặt của mỗi cỏnh xi lanh mụmen p - ỏp suất trong khoang cụng tỏc của xi lanh mụmen a - Khoảng cách từ tâm xi lanh mômen đến tâm áp lực chất lỏng Mtrục - Mụmen trờn trục của xi lanh mụmen với 3 khoang cụng tỏc Động cơ thủy lực có chuyển động tịnh tiến Loại động cơ thủy lực kiểu pitông-xilanh chuyển động tịnh tiến có kết cấu đơn giản, được ứng dụng rộng rói trong mọi lĩnh vực cụng nghiệp. Loại này thường dùng để thiết kế máy lái thủy lực, máy ép công nghiệp, thiết bị đóng mở nắp hầm hàng tàu thủy, hệ thống điều khiển từ xa động cơ diezel...vv. Trong truyền động thủy lực thể tích dùng pitông xilanh, chỳng ta sử dụng một số nguyờn tắc vật lý và định luật về cơ học chất lỏng như định luật Pascal, định luật bảo toàn biến hóa năng lượng, định luật bảo toàn khối lượng vật chất...để xác định một số thông số công tác. Định luật Pascal về ỏp suất p (KG/cm2; Pa; bar; psi; ata...) Định luật Pascal đó chứng minh, nếu cú một lực F được đặt vào thiết diện A của khối chất lỏng thỡ sẽ gõy ra một ỏp suất p cú hướng tác dụng về mọi phương trong khối chất lỏng đó. Trị số ỏp suất trong bỡnh khi ỏp dụng định luật này được tính:

p = [ KG/cm2] (7.5) F- Lực tỏc dụng vào chất lỏng[KG] A - Thiết diện chịu lực[cm2] p - ỏp suất [KG/cm2] Đơn vị áp suất tính bằng [KG/cm2] hoặc là [Pa], trong đó 1[Pa ]= []; 1 [Pa ] = 10-5 bar.

Áp dụng của định luật Pascal cho chuyển động tịnh tiến Áp dụng của định luật Pascal cho truyền động thủy lực theo hệ pitông-xilanh (kớch thủy lực - hỡnh 7.10).

Hỡnh 7.10. Sơ đồ truyền động thủy lực thể tớch của kớch thuỷ lực Tính toán một số thông số trong hệ truyền động thủy lực khi áp dụng định luật Pascal: p = [ KG/cm2]; F = p. A[KG]; A = [cm2]. (7.6) Trong đó: F - Lực tỏc dụng vào chất lỏng [KG; T; N] A - Thiết diện chịu tỏc dụng của lực[cm2] p - ỏp suất [KG/cm2] Trong truyền động thủy lực thể tích, chúng ta coi chất lỏng là chất không chịu nén. Vỡ vậy, trong khi chuyển động trong hệ thống, chất lỏng đó phải tuân theo luật của đường dũng liờn tục. Định luật vật lý về dũng liờn tục nói rằng trong cùng một thời điểm, lưu lượng chất lỏng ở mọi vị trí trong hệ thống đường ống có thiết diện bất kỳ đều có giá trị bằng nhau. Đồng thời, theo định luật Pascal, trong trường hợp có sự tương tác của các pitông 1 và 2 bằng các lực tương ứng là F1 và F2 thỡ ỏp suất của chất lỏng trong mọi nhỏnh của bỡnh thụng nhau đều bằng nhau và = p. Và khi trong hai nhỏnh của bỡnh thụng nhau cú sự tỏc động dịch chuyển qua lại của các pitông 1 và 2 bởi các lực tương ứng là F1 và F2, thỡ từ việc kết hợp giữa định luật Dũng liờn tục (Định luật bảo toàn khối lượng) với định luật Pascal, chỳng ta cú: => (7.7) Theo định luật về Dũng liờn tục (Định luật bảo toàn khối lượng), có nghĩa là khi có sự tác động qua lại của các pitông 1 và 2 thỡ khối lượng chất lỏng của nhánh này được chuyển sang nhánh kia và cũng đều bằng nhau, do đó: A1.h1 = A2.h2 (7.8) Trong đó: F1 - Lực tỏc dụng lờn pitụng 1 F2 - Lực tỏc dụng lờn pitụng 2 A1 - Thiết diện pitụng 1 A2 - Thiết diện pitụng 2 h1 - Khoảng dịch chuyển của pitụng 1 h2 - Khoảng dịch chuyển của pitụng 2 p - ỏp suất trong bỡnh thụng nhau

Hỡnh 7.11. Ứng dụng định luật Pascal trong truyền động thủy lực tịnh tiến

Áp dụng định luật Pascal và Dũng liờn tục cho chất lỏng, ta cú: ã Áp suất ở mọi vị trớ trong khối chất lỏng của bỡnh thụng nhau đều bằng nhau. ã Nếu ở trạng thỏi cõn bằng tĩnh thỡ trị số của lực tỏc động lên các pitông tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt (thiết diện) của các pitông đó. Điều này thấy rất rừ việc ứng dụng trong cỏc kớch thủy lực, cú nghĩa là nếu như ta càng thu nhỏ diện tích mặt cắt của pitông bơm (A1) đi thỡ giỏ trị lực (F2) của kích càng tăng lên, nhưng tốc độ của kích lại chậm đi. Các quan hệ giữa các thông số công tác cho phương thức truyền động này theo công thức 7.7 và 7.8. 7.2.3 CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC KHÁC Dầu thủy lực Chất lỏng thủy lực là công chất trung gian dẫn truyền năng lượng từ bơm tới động cơ thủy lực. Trong hệ thống truyền động thủy lực thể tích chất lỏng thường là loại dầu khoáng và được gọi tắt là dầu thủy lực. Dầu thủy lực phải có một số tính chất vật lý, hóa học đặc trưng để đáp ứng mọi điều kiện làm việc cho hệ thống thủy lực. Cỏc yờu cầu về tớnh chất lý, húa của dầu thủy lực: ã Dầu thủy lực phải có độ nhớt thấp, bởi vỡ mức độ tuần hoàn của dầu thủy lực rất cao cho nên nếu như dầu có độ nhớt càng cao thỡ tổn thất thủy lực càng lớn; ã Dầu thủy lực phải nhiệt độ đông đặc thấp (tối thiểu phải thấp hơn - 200C). Vỡ hệ thống thủy lực phải làm việc được trong điều kiện khí hậu ôn và hàn đới; ã Không gây ăn mũn và cú tớnh bảo quản kim loại tốt, vỡ tất cả cỏc khoang cụng tỏc của thiết bị thủy lực đều chứa, dẫn dầu thủy lực; ã ớt hũa tan khụng khí hoặc tạo sữa nếu có nước lẫn trong dầu thủy lực; ã Trong hệ thống thủy lực, các tổn thất thủy lực được chuyển biến thành nhiệt gây dầu thủy lực nóng lên. Do vậy, dầu phải có khả năng dẫn truyền nhiệt tốt khi làm mát nhằm duy trỡ hệ thống làm việc ổn định; ã Không độc hại cho con người trong khai thác; và ã Hệ số gión nở thấp khi thay đổi áp suất công tác, tức là có tính chịu nén cao. Một trong những điều đặc biệt lưu ý trong khai thác các hệ thống truyền động thủy lực thể tích là phải giữ cho dầu thủy lực càng sạch càng tốt. Điều này không những duy trỡ hệ thống hoạt động tin cậy mà cũn kộo dài tuổi thọ hệ thống. Một số loại dầu thủy lực thường dùng: Trong lĩnh vực tàu thủy thường sử dụng các loại dầu thủy lực: - Dầu cụng nghiệp MS-20; Shell Tellus 15; Mobil DTE, - Dầu turbin T-Z4; T-4, T-68, - Hipol-15; Lux 13; Lux 10, - Dầu Hydrol 10; Hydrol 30; Hydrol 50, - Dầu Transol 30; Transol 50; Transol 80, - Dầu thủy lực AWH-100, Castrol Hyspin-100.

Van an toàn Van an toàn là phần tử thủy lực, được lắp đặt để làm nhiệm vụ hạn chế khả năng gia tăng áp suất trong hệ thống thủy lực và giữ cho hệ thống không bị hư hỏng do áp suất quá cao gây nên. áp suất công tác trong hệ thống thủy lực phụ thuộc vào điều kiện công tác trong quá trỡnh khai thỏc. Để tránh hư hỏng hệ thống do sự gia tăng áp suất bất thường có thể xảy ra, trong mỗi hệ thống thủy lực đều phải bố trí một hoặc nhiều van an toàn. Van an toàn có khả năng trực tiếp mở thông đường thóat để xả ngay lập tức một lượng chất lỏng từ phần có áp suất cao về nơi có áp suất thấp. Trờn hỡnh 7.12 là sơ đồ kết cấu của van an toàn hoạt động trực tiếp.

(a) (b) Hỡnh 7.12. Sơ đồ kết cấu và bố trí van an toàn hoạt động trực tiếp trong hệ thống thủy lực (a) Sơ đồ kết cấu van an toàn (b) Ký hiệu van an toàn trong hệ thống thủy lực Nguyờn lý hoạt động của loại van an toàn hoạt động trực tiếp (hỡnh 7.12) như sau: Trong trạng thái bỡnh thường, áp suất công tác trên đường ống dẫn đến động cơ thủy lực của hệ thống thấp hơn áp lực do sức căng lũ xo S ộp lờn bề mặt của bi cầu C làm cửa A của van an toàn được đóng kín. Do điều kiện bất bỡnh thường, ví dụ như tải động cơ quá mức hoặc động cơ thủy lực bị kẹt..., sẽ gây cho áp suất công tác trên đường ống đến động cơ vượt quá giá trị sức căng lũ xo S, làm cho cửa A mở. Khi đó, một lượng chất lỏng được thoát về két chứa theo cửa B. Do vậy, áp suất công tác tại đường đẩy của bơm thủy lực giảm xuống. Như thế, tránh được hư hỏng hệ thống do áp suất quá cao gây nên. Sức căng lũ xo S cú thể chỉnh được bằng vít chỉnh để chúng ta có thể tùy đặt giá trị áp suất mở của van an toàn. Van tràn Van tràn có nhiệm vụ xả bớt đi một phần lưu lượng của bơm cấp để duy trỡ ỏp suất khụng vượt quá giá trị đó đặt cho van. Về nguyờn lý, hoạt động của van tràn giống như van an toàn, song có điểm khác là van an toàn chỉ hoạt động khi áp suất cao tới mức gây hư hỏng hệ thống, cũn van tràn lại cú thể liờn tục mở trong suốt quỏ trỡnh làm việc của hệ thống thủy lực. Hỡnh 7.13. diễn tả đặc tính công tác của van an toàn và van tràn.

(a) (b) Hỡnh 7.13. Đặc tính công tác của van tràn (a) và van an toàn (b).

(a) (b) (c) Hỡnh 7.14. Sơ đồ cấu tạo và ứng dụng của van tràn Nguyờn lý hoạt động của van tràn (hỡnh 7.14-a): Ở trạng thỏi ỏp suất pA thấp hơn áp suất công tác của hệ thống, con trượt C và nấm van F đóng các cửa làm cho khoang A cách biệt hoàn toàn với khoang B. Nếu áp suất pA lớn hơn áp lực của lũ xo G tỏc dụng lờn mặt nấm van F thỡ nấm van F mở để chất lỏng đi sang khoang K và thoát theo kênh E về cửa B (cửa B nối thụng về kột chứa). Do có sự lưu thông của chất lỏng từ A đến D, sang K và về B. Như vậy, gây cho áp suất pD giảm xuống thấp, điều này dẫn đến con trượt C mở trực tiếp để chất lỏng đi tắt ngay từ cửa A về cửa B và kết quả là giảm được áp suất pA. Nếu pA giảm quỏ mức thỡ nấm van F đóng lại, áp suất pD lại tăng, con trượt C đóng và lại không cho chất lỏng trở về két chứa. Như thế, áp suất pA lại tăng. Giá trị áp suất mở của van tràn được chỉnh bằng vít H. Hỡnh 7.14-b và 7.14-c là những ứng dụng của van tràn vào hệ thống truyền động thủy lực thể tích. Van phõn phối Van phõn phối (cũn được gọi là van hướng dũng) là phần tử thủy lực dùng để dẫn đường dũng chất lỏng cụng tỏc (dầu thủy lực) đến nơi tiêu thụ năng lượng (động cơ thủy lực) trong hệ thống theo sự điều khiển của người khai thác. Trong thực tế, sử dụng van phân phối để phân bố, điều khiển các nhóm chức năng hoạt động độc lập với nhau trong hệ thống thủy lực. Ví dụ như đảo chiều, đổi vế tác dụng của các động cơ thủy lực...vv.

(a) (b) (c) Hỡnh 7.15. Sơ đồ chức năng của van phân phối 4/3 Trờn hỡnh 7.15 là sơ đồ chức năng của van phân phối 4/3. Loại van phân phối 4/3 gồm có 4 cửa và 3 vị trí điều khiển. Khi điều khiển van vào vị trí như hỡnh 7.15-a, cho phộp chất lỏng từ bơm đi theo các đường thông do thiết kế sẵn, pitông lực dịch sang phải. Nếu van ở vị trí như hỡnh 7.15-b thỡ nú cho phộp nối tắt đường đẩy của bơm thủy lực đi thẳng về két chứa, đồng thời chất lỏng trong xi lanh lực bị giam lại trong các khoang công tác và như vậy pitông lực đứng yên. Van ở vị trí như hỡnh 7.15-c, cho phộp chất lỏng đi theo các đường thông không cắt nhau, pitông lực dịch chuyển về trái. Như vậy, trong suốt quỏ trỡnh sẵn sàng cụng tỏc của hệ thống thủy lực, bơm luôn hoạt động. Việc đảo chiều tác dụng hay dừng của pitông-xilanh lực chỉ cần điều khiển vị trí của van phân phối. Trong công nghiệp, người ta thiết kế sẵn nhiều loại van phân phối có các dạng kết cấu và tính năng khác nhau. Song về quy ước ký hiệu phần tử thủy lực thỡ chỳng tuõn theo quy luật biểu diễn (hỡnh 7.16) sau đây:

Hỡnh 7.16. Ký hiệu cỏc loại van phõn phối A. Cửa nối vào đ/c thủy lực, B. Cửa nối vào đ/c thủy lực, P. Cửa nối với đường cấp từ bơm thủy lực (Pressure), T. Đường hồi về két chứa, X,Y- Các đường nối phụ Một van phân phối được ký hiệu bằng nhiều ụ hỡnh vuụng liền nhau. Van phõn phối nào cú bao nhiờu ụ vuụng thỡ van đó có bấy nhiêu vị trí điều khiển. Trong một ô (một vị trí điều khiển) hỡnh vuụng cú chỉ rừ cỏc đường dẫn chất lỏng theo chiều, hướng đó thiết kế. Từng vị trớ của van phõn phối quyết định sự làm việc của bộ phận chấp hành (động cơ thủy lực). Van một chiều

(a) (b) Hỡnh 7.17. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu van một chiều (a) Sơ đồ kết cấu van một chiều (b) Ký hiệu van một chiều Van một chiều có nhiệm vụ chỉ cho phép chất lỏng đi theo một hướng nhất định, đồng thời chặn hoàn toàn hướng đi ngược lại. Kết cấu van một chiều thường khá đơn giản. Hỡnh (7.17-a), van một chiều được cấu tạo bằng nhóm cơ cấu, gồm bi cầu C và lũ xo D đặt trong vỏ van với cửa vào A và cửa ra B. Do sự sắp xếp của nhóm bi cầu và lũ xo trong van cho nờn chất lỏng chỉ cú thể đi theo chiều từ A về B, nếu chất lỏng đi theo hướng ngược lại từ B về A thỡ bi cầu C tự động đóng chặn đường về của chất lỏng. Lũ xo D cú tỏc dụng hỗ trợ bi cầu luụn nằm ở vị trớ sẵn sàng đóng van theo hướng ngược lại. Van tiết lưu một chiều Van tiết lưu trong hệ thống thủy lực có tác dụng gây sức cản làm giảm áp suất chất lỏng qua van. Về nguyên tắc, cơ cấu làm việc của van tiết lưu chủ yếu là có nhiệm vụ thu hẹp dũng chảy qua van, do đó tăng tổn thất cục bộ tại van. Chính vỡ tổn thất thủy lực tăng mà kéo theo sự giảm áp suất và tổn thất thủy lực chuyển thành nhiệt nờn làm cho dầu thủy lực núng lờn.

(a) (b) Hỡnh 7.18. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu nhúm van tiết lưu-một chiều Hỡnh 7.18-a là sơ đồ cấu tạo nhóm van tiết lưu song song với van một chiều. Loại van này cho phép chất lỏng đi theo một chiều một cách tự do, nhưng lại điều tiết được chất lỏng đi theo chiều ngược lại. Do van có kết cấu như hỡnh 7.18, nếu chất lỏng cấp vào cửa A thỡ nú dễ dàng đi thẳng về B. Nhưng nếu chất lỏng cấp vào từ cửa B thỡ khi đó bi cầu D đóng lại, chất lỏng buộc phải đi qua rónh F về khoang C và ra cửa A, như vậy là mức độ lưu thông của chất lỏng do vít chỉnh V quyết định. Vít V có thể mở hết cỡ để tạo thành đường dẫn bỡnh thường hoặc đóng kín hoàn toàn. Trong trường hợp vít V đóng hoàn toàn thỡ van lúc này trở thành van một chiều. Trong công nghiệp và lĩnh vực tàu thủy, loại van này thường được sử dụng để điều khiển sự hoạt động các pitông trợ lực hay đóng, mở cơ cấu hóm thủy lực. Van giảm ỏp (van ổn ỏp) Van giảm ỏp (cũn được gọi là van ổn áp) là phần tử thủy lực dùng để duy trỡ một giỏ trị ỏp suất sau van khụng đổi và giá trị áp suất ấy không phụ thuộc vào áp suất nguồn cấp chất lỏng vào cho van.

Hỡnh 7.19. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu thủy lực của van giảm ỏp A- Cửa vào van 3 - Đường dẫn tới van tràn B- Cửa ra khỏi van 4 - Nấm van tràn C- Đường thoỏt về kột chứa 5 - Rónh tiết lưu D- Khoang trượt của van 6 - Vớt chỉnh 1- Lũ xo van tràn 7 - Pitụng của van 2- Lũ xo 8 - Lối đi chính của chất lỏng qua van Nguyờn lý hoạt động của van giảm áp được thể hiện trờn hỡnh 7.19. Cửa A của van được nối với nguồn cấp chất lỏng (thông thường từ bơm thủy lực) và cửa B được dẫn tới bộ phận chấp hành (có thể là động cơ thủy lực) mà bộ phận chấp hành này đũi hỏi sử dụng nguồn chất lỏng cú ỏp suất khụng đổi. Giả sử vỡ một lý do nào đó mà áp suất tại cửa B tăng lên so với giá trị đó đặt trước cho van (ví dụ: mức độ tiêu thụ lượng chất lỏng của bộ phận chấp hành giảm), tín hiệu áp suất này đi qua rónh tiết lưu 5, về khoang D, qua đường dẫn 3 để tác dụng vào nấm van 4. Nếu áp suất tăng ấy thắng sức căng lũ xo 1 (chỉnh sức căng bằng vít 6) thỡ sẽ làm mở van tràn 4 và chất lỏng khi đó thoát về cửa C rồi đi về két chứa. Có sự thoát chất lỏng khi mở nấm van 4 sẽ gây áp suất khoang D giảm mạnh, vỡ thế pitụng trượt 7 lập tức đi lên kéo theo việc đóng bớt cửa thông 8. Cửa thông 8 đóng bớt sẽ giảm được áp suất cửa B xuống trở về giá trị ban đầu. Trường hợp tiếp đó, nếu áp suất B lại giảm so với giá trị ban đầu thỡ nấm van 4 đóng lại, áp suất khoang D tăng lên, pitông trượt 7 đi xuống để trả lại lối thông 8 như cũ, mức cấp chất lỏng tới B tăng, như vậy áp suất cửa B lại về giá trị đó đặt. Bằng hỡnh thức hoạt động như trên, van này có khả năng luôn luôn giữ được giá trị áp suất sau van không đổi (pB=constant), không phụ thuộc vào áp suất nguồn cấp và cũng không phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ chất lỏng của bộ phận chấp hành sau van. Sử dụng vít chỉnh 6 để tăng hoặc giảm (đặt áp suất làm việc) ỏp suất cụng tỏc của van. Van giảm áp thường được sử dụng trong một số hệ thống truyền động thủy lực thể tích tàu thủy Van chặn (check valve) Van chặn dùng để cách biệt hoàn toàn sự lưu thông chất lỏng trong mạch thủy lực khi cần thiết. Kết cấu các van chặn thường khá đơn giản, tuy nhiên khi sử dụng chúng cần chú ý mức độ áp suất công tác của hệ thống thủy lực và lưu lượng qua van mà chọn loại van chặn cho phù hợp.

Hỡnh 7.20. Ký hiệu van chặn trong hệ thống thủy lực Phin lọc Phin lọc trong hệ thống thủy lực dùng để giữ lại các tạp bẩn ở dạng rắn có mặt trong hệ thống như: cát, gỉ sắt, vảy sơn, mạt kim loại...v.v. Nếu không loại được các tạp chất vừa nêu ra khỏi hệ thống thỡ chỳng sẽ gõy ra kẹt và mài mũn cỏc chi tiết của mỏy thủy lực. Điều này rất có hại cho hệ thống truyền động thủy lực. Vỡ vậy, bắt buộc phải trang bị phin lọc cho hệ thống thủy lực. Phin lọc dựng trong hệ thống thủy lực cú nhiều loại, chỳng được lựa chọn để lắp đặt vào hệ thống phụ thuộc vào áp suất công tác và mức độ tinh lọc. Mức độ tinh lọc được đánh giá bằng kích thước tạp chất cho phép lớn nhất lọt qua mắt lưới của phin lọc. Ký hiệu phin lọc trong hệ thống thủy lực như hỡnh 7.21. Ba thụng số kỹ thuật của phin lọc được quan tâm nhất, đó là áp suất công tác p(KG/cm2), lưu lượng dầu thủy lực qua phin lọc Q(lít/min) và mức độ tinh lọc (m-đường kính lớn nhất của tạp chất qua phin hoặc kích thước mắt phin lọc). Để biểu thị mức độ làm sạch của phin lọc, người ta dùng ký hiệu "Mesh #. . ." Vớ dụ trờn phin lọc cú ghi "Mesh # 2500", điều này có nghĩa là trên một inh vuông (square inch) của phin có 2500 mắt lưới lọc. Ngoài những phin lọc thông thường ra, cũn cú phin lọc từ tớnh dựng trong hệ thống thủy lực. Cỏc phin lọc từ tớnh thường được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu, chúng dùng để hút, giữ lại những mạt kim loại do mài mũn của cỏc chi tiết mỏy thủy lực trong quỏ trỡnh làm việc của hệ thống.

(a) (b) Hỡnh 7.21. Ký hiệu phin lọc trong hệ thống thủy lực (a) Ký hiệu phin lọc (b) Vị trí lắp đặt phin lọc trong hệ thống Bỡnh sinh hàn Do sức cản thủy lực (bao gồm sức cản cục bộ và dọc đường) làm cho ỏp suất cụng tỏc của dầu thủy trong hệ thống thủy lực bị giảm. Tổn thất thủy lực này làm cho dầu thủy lực núng lờn trong suốt quỏ trỡnh làm việc của hệ thống. Thực nghiệm đó chứng minh rằng: nếu tổn thất thủy lực gõy ỏp suất giảm đi 10 KG/cm2 thỡ giỏ trị tổn thất đó chuyển sang dạng nhiệt và làm tăng nhiệt độ của dầu lên khoảng 10C. Lượng nhiệt sinh ra do tổn thất thủy lực này nếu không được lấy đi sẽ làm cho cả hệ thống làm việc mất ổn định vỡ núng, vỡ vậy cần phải trang bị sinh hàn cho hệ thống thủy lực. Ký hiệu thiết bị sinh hàn, bầu hõm trong bảng quy ước ký hiệu cỏc phần tử trong hệ thống thủy lực (xem phần phụ lục). Bầu hõm Nếu hệ thống thủy lực làm việc trong điều kiện nhiệt độ môi trường quá thấp và dầu thủy lực bị nhiễm bẩn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt dầu thủy lực và hậu quả là tăng tổn thất thủy lực. Vỡ thế, hệ thống cần bầu hõm làm núng dầu thủy lực lờn tới nhiệt độ để có độ nhớt làm việc thích hợp. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ sử dụng bầu hâm khi hệ thống hoạt động tại vùng lạnh, bởi vỡ dầu thủy lực sạch, nú cú độ nhớt thấp và nhiệt độ đông đặc ở vào khoảng -20 0C cho đến -35 0C. 7.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC THỂ TÍCH Về nguyên tắc, điều chỉnh tốc độ thực hiện của bộ phận chấp hành là nhờ vào điều chỉnh lượng chất lỏng cấp cho nó. Điều đó cũng chính là điều chỉnh sản lượng Q(lit/min) của bơm cấp vào động cơ thủy lực. Có thể nói một cách đơn giản là, nếu cấp vào cho động cơ thủy lực với lưu lượng lớn thỡ động cơ thủy lực đó có được tốc độ cao và ngược lại. Điều chỉnh tốc độ thực hiện cho bộ phận chấp hành có thể theo một trong những nguyên tắc sau: ã Đặt tiết lưu trước bộ phận chấp hành (Hỡnh 7.22-a); ã Đặt tiết lưu sau bộ phận chấp hành (Hỡnh 7.22-b); ã Đặt tiết lưu song song với bộ phận chấp hành (By-pass) (Hỡnh 7.22-c); ã Điều chỉnh sản lượng bơm thủy lực; và ã Điều chỉnh lưu lượng riêng (q=lit/vũng quay) của bộ phận chấp hành (đ/c thủy lực).

(a) (b) (c)

Hỡnh 7.22. Sơ đồ các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ thủy lực (a) Điều chỉnh bằng van tiết lưu trước bộ phận chấp hành (b) Điều chỉnh bằng van tiết lưu sau bộ phận chấp hành (c) Điều chỉnh bằng van tiết lưu song song với bộ phận chấp hành (By-pass) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng van tiết lưu đặt trước bộ phận chấp hành (động cơ thủy lực) và điều chỉnh tốc độ bằng van tiết lưu đặt sau bộ phận chấp hành ít được áp dụng, vỡ nếu ỏp dụng một trong hai phương pháp vừa nêu thỡ hệ thống phải tiờu thụ thờm năng lượng để bù cho tổn thất qua các van tiết lưu đó. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng van tiết lưu đặt song song với bộ phận chấp hành (By-pass) được ứng dụng khá phổ biến (hỡnh 7.22-c). Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ thủy lực bằng cách điều chỉnh sản lượng bơm thủy lực hoặc bằng cách điều chỉnh lưu lượng riêng (q=lit/vũng quay) của động cơ thủy lực hay được áp dụng trong các hệ thống cẩu thủy lực, neo-tời thủy lực tàu thủy. Cơ cấu hóm thủy lực (Counter balance valve) Trong thực tế, thường dễ xảy ra mất điện đột ngột đối với động cơ điện lai bơm thủy lực hoặc bục vỡ ống dầu. Khi đó, bơm thủy lực không cũn tỏc dụng tạo ra ỏp suất cho hệ thống. Vỡ thế, động cơ thủy lực lại trở thành bơm do chính tải trọng của động cơ thủy lực gây ra. Trường hợp như vậy, nếu đường dầu cấp vào động cơ thủy lực không được chặn thỡ động cơ thủy lực sẽ chuyển động ngược trở lại. Để tránh được khả năng quay ngược của động cơ thủy lực, cơ cấu hóm thủy lực cần phải được lắp đặt vào trong hệ thống. Hỡnh 7.23 là sơ đồ kết cấu và ký hiệu cơ cấu hóm thủy lực được dùng nhiều trong các hệ thống truyền động thủy lực.

Hỡnh 7.23. Sơ đồ kết cấu và ký hiệu cơ cấu hóm thủy lực Nguyờn lý hoạt động của cơ cấu hóm thủy lực (hỡnh 7.23): Nếu dầu thủy lực cấp vào cửa A thỡ nú dễ dàng đi về cửa B qua van một chiều số 2. Nhưng nếu dầu đi vào từ cửa B về cửa A thỡ bị van một chiều 2 tự động đóng lại, trừ khi đường dẫn số 3 có áp suất dầu vào khoang C cưỡng chế pitông 1 để mở bi cầu của van một chiều 2. Dầu từ cửa B chỉ đi được về cửa A khi có tín hiệu áp suất tới kênh 3 qua tiết lưu 4 vào khoang C. Van tiết lưu 4 có tác dụng đóng, mở từ từ van bi cầu tại van 2. Đường dẫn số 5 dùng để thông thóat chất lỏng trong van. Cơ cấu hóm thuỷ lực này đặc biệt có ý nghĩa cho chức năng nâng hạ hàng và nâng hạ cần của nhóm cẩu thuỷ lực. Khi lắp cơ cấu này cho cẩu thỡ phải tuõn theo nguyờn tắc là: chiều của dầu thuỷ lực đi từ A sang B khi nâng hàng và chiều của dầu thuỷ lực từ B về A khi hạ hàng xuống. Sơ đồ tính công suất của hệ thống truyền động thủy lực, N[KW, KM].

Hỡnh 7.24. Sơ đồ tính công suất trong hệ thống TĐTLTT U - Điện áp F - Lực đẩy của xi lanh thủy lực I - Dũng điện v - Vận tốc tịnh tiến của pitông M1 - Mômen trên trục đ/c điện Nđiện - Công suất của động cơ điện 1 - Vận tốc góc trục bơm Ncơkhí(1) - Công suất trục lai bơm M2 - Mụmen trục đ/c thủy lực Ntl - Cụng suất thủy lực 2 - Vận tốc góc đ/c thủy lực Ncơkhí(2) - Công suất động cơ thủy lực p - áp suất công tác của bơm Ncơkhí(tt) - Cụng suất pitụng lực tịnh tiến Q - Lưu lượng của bơm Trong thực tế, các hệ thống truyền động thủy lực thường được bố trí theo sơ đồ trên. Muốn xác định công suất cho từng nhóm thiết bị, cần phải có các thông số như tải trọng, vũng quay, vận tốc, dũng điện, áp suất,...và áp dụng công thức trên sơ đồ hỡnh 7.24 để tính toỏn.

7.4. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TÀU THỦY 7.4.1 CẨU THỦY LỰC

Hỡnh 7.25. Sơ đồ hệ thống cẩu thủy lực A - Nhúm tạt cần (Guy Winch) B - Nhúm nõng hạ hàng (Cargo Winch) C - Nhúm nõng hạ cần (Topping Winch) Trạm bơm chính làm nhiệm vụ cung cấp dầu thủy lực cho cả 3 nhóm chức năng (hỡnh 7.25): tạt cần trỏi-phải A-(Guy Winch), nõng hạ hàng B-(Cargo Winch) và nõng hạ cần C-(Topping Winch) của toàn bộ hệ thống cẩu. Ba nhúm chức năng này có thể hoạt động độc lập hoặc nối tiếp đồng thời cùng một lúc. Đương nhiên, khi làm việc nối tiếp thỡ tải của hệ thống cẩu tuõn theo quy luật là bằng tổng cỏc phụ tải của từng nhúm chức năng. Trong mỗi mạch công tác riêng, người ta bố trí hai van an toàn lắp đối nhau để đề phũng ỏp suất vượt quá mức. Van chặn cho từng mạch có tác dụng như van by-pass, nó có thể dùng để hạ hàng hay hạ cần cẩu bị treo khi sự cố mất điện đột ngột. Nhóm van cân bằng (counter balance valve) có tác dụng khi hạ hàng hoặc hạ cần cẩu (tham khảo phần counter balance valve).

7.4.2 HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ NẮP HẦM HÀNG TÀU THỦY

Hỡnh 7.26. Sơ đồ hệ thống đóng mở nắp hầm hàng tàu thuỷ và tời quay quấn dõy cỏp A- Pitông xilanh lực đóng mở nắp hầm hàng B- Pitông xilanh lực đóng mở nắp hầm hàng C- Động cơ thủy lực quay quấn dõy cỏp Trạm bơm chính của hệ thống (hỡnh 7.26) cũng làm nhiệm vụ cung cấp dầu thủy lực cho việc đóng, mở hàng loạt các nắp hầm hàng trực tiếp bằng pitông xilanh lực (A và B) hoặc gián tiếp bằng cách quấn dây cáp trên các trống tời (C). Nguyên lý hoạt động của các nhóm thủy lực đóng mở hầm hàng là có thể hoạt động độc lập hoặc nối tiếp đồng thời cùng một lúc các nhóm chức năng. Tải của toàn bộ hệ thống cẩu tuân theo quy luật là bằng tổng các phụ tải của từng nhóm chức năng.

7.4.3 TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CHÂN VỊT BIẾN BƯỚC

Hỡnh 7.27. Sơ đồ truyền động thuỷ lực chân vịt biến bước tàu thuỷ Hóng KaMeWa - A.Vickers. SWEDEN A; B - Xi lanh lực dịch bước C - Trục dẫn động lai chân vịt D - Cơ cấu dẫn dầu thuỷ lực E - Guốc xoay cỏnh chõn vịt F - Bầu chõn vịt biến bước P - Bơm thuỷ lực V- Van phõn phối dầu thuỷ lực Nguyờn lý hoạt động của hệ thống Trờn hỡnh 7.27 là sơ đồ truyền động thuỷ lực cho chân vịt biến bước tàu thuỷ. Bơm P có nhiệm vụ cấp dầu thuỷ lực vào hệ thống. Van phân phối V cho phép dẫn dầu thuỷ lực vào khoang A hay khoang B của xilanh dịch bước chân vịt thông qua cơ cấu dẫn dầu D. Bằng việc điều khiển van V, pitông lực sẽ được dịch chuyển và làm guốc E xoay các cánh chân vịt tới mức mà người khai thác đũi hỏi. Với kết cấu và tớnh năng như trên, chân vịt biến bước này có thể lắp cho động cơ chính tàu thuỷ không cần phải khởi động-đảo chiều mà tàu vẫn có thể tiến, lùi hoặc dừng khi điều động. Chân vịt biến bước kèm đạo lưu - Rotatable Thrusters Hỡnh 7.28 là sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực cho chân vịt biến bước có tính nằng kèm đạo lưu - Rotatable Thrusters (loại tàu không dùng bánh lái). Loại chân vịt này đảm nhiệm chức năng của một máy lái tàu thuỷ bằng cách đảo đường dũng (đạo lưu) đạp nước của chân vịt theo phương mà con tàu muốn di chuyển. Như vậy, hệ truyền động thuỷ lực này có thêm nhóm điều khiển hướng đạp nước của chân vịt nhờ vào việc điều khiển van D để cho động cơ thuỷ lực B xoay cả bầu chân vịt quay theo phương lái. Nhóm bơm 1, van C làm nhiệm vụ của một hệ thống truyền động thuỷ lực cho một chân vịt biến bước thông thường.

Hỡnh 7.28. Truyền động máy lái và chân vịt biến bước (Rotatable Thrusters) 1 - Bơm thuỷ lực cho dịch bước 2 - Bơm thuỷ lực cho máy lỏi A - Nhúm chõn vịt BB kốm mỏy lỏi B - Động cơ thuỷ lực máy lái C - Van phõn phối cho dịch bước D - Van phõn phối cho mỏy lỏi F - Nguồn lực từ động cơ chính lai chân vịt 7.5 CÁC PHẦN TỬ LOGIC THỦY LỰC 7.5.1. PHẦN TỬ LOGIC VỚI 3 MẶT TÁC DỤNG A1; A2; A3 (A2 = 7%A1)

Hỡnh 7.29. Phần tử logic thuỷ lực với 3 mặt tỏc dụng (A2 = 7%A1) Ngày nay, các phần tử logic thuỷ lực kiểu con thoi điều khiển bằng kênh dẫn (Cartridge System) được ứng dụng khá phổ biến trong công nghiệp bởi nhiều tính ưu của nó. Trên hỡnh 7.29 là phần tử logic thuỷ lực cơ bản, được cấu tạo bởi con thoi, vỏ van và lũ xo. Con thoi trong phần tử logic được chế tạo sao cho nó có thể lắp một cách dễ dàng vào ổ của van. Con thoi có 3 mặt cắt với độ lớn khác nhau để có giá trị lực tương ứng khi có áp suất tác động vào nó. Phụ thuộc vào áp suất đặt vào cửa X (port X), A và B, con thoi sẽ mở, đóng các đường dẫn theo sự điều khiển.

Hỡnh 7.30: Hệ điều hành pitông xilanh lực hoạt động tịnh tiến S1; S2; S3; S4: Các van phân phối thuỷ lực điều khiển bằng điện (Solenoid). A; B; P; T: Cỏc cửa cụng tỏc của khối van Cartrige. Con thoi đóng, tức là cửa A không thông với cửa B, khi:

Trong đó: S - sức căng lũ xo của con thoi; px - ỏp suất cửa X, Hoặc con thoi mở nếu như điều kiện phương trỡnh trờn là khụng thoả món. Như vậy, khi muốn đóng mở con thoi chỉ đơn giản bằng cách điều khiển áp suất cửa X(px). Phần tử logic này có thể là một van an toàn, van hướng dũng, van một chiều và cũng có thể là một van điều chỉnh dũng chảy. Cỏc khả năng này được tạo nên bằng cách điều khiển áp suất đặt vào cửa X. Hỡnh 7.30 là ứng dụng của cỏc phần tử logic vào việc điều khiển pitông xilanh lực và trong trường hợp cụ thể này chúng đóng vai trũ là van hướng dũng. Do việc bố trí 4 van điều khiển (S1; S2; S3; S4) cùng với khối van logic (hỡnh 7.30) mà chức năng của hệ thống này có thể thực hiện được tương đương như hệ thống thuỷ lực (bảng tóm tắt bên cạnh). Như vậy, sử dụng hệ thống các phần tử thuỷ lực logic kiểu con thoi điều khiển bằng kênh áp suất (Cartrige System) cho ta nhiều chức năng hơn hệ thuỷ lực thông thường. Hỡnh thức thiết kế này rất phự hợp trong việc tự động hoá truyền động thuỷ lực. 7.5.2 PHẦN TỬ LOGIC A2 = 0. THƯỜNG MỞ, ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Hỡnh 7.31: Phần tử logic A2 = 0. Thường mở, điều khiển áp suất

Hỡnh 7.32: ứng dụng của phần tử logic loại thường mở, có A2 = 0 a) - Van hướng dũng cú kốm điều chỉnh dũng chảy b) - Van giảm ỏp Khi tổ hợp cỏc van con thoi (hỡnh 7.32-a) chúng ta có được chức năng của một van hướng dũng (phõn phối) và cú cả chức năng của một van điều chỉnh dũng chảy nếu như sử dụng bộ giới hạn độ mở van. Hỡnh 7.32-b là tổ hợp nhúm van để chúng trở thành van giảm áp (ổn áp). 7.5.3. Phần tử logic A2 = 0. Thường đóng, điều khiển áp suất.

Hỡnh 7.33: Phần tử logic A2 = 0. Thường đóng, điều khiển áp suất Loại phần tử này chỉ mở được để cửa B thông với cửa A khi không có tín hiệu áp suất tác dụng vào mặt trên của con thoi (tức là px = 0) bằng cỏch xả đường X về két chứa. Cũng có thể nói một cách khác rằng dùng tín hiệu áp suất (X) để đóng hoặc mở van. 7.5.4. Phần tử logic A2 = 0. Thường đóng, tiết lưu trực tiếp, điều khiển áp suất.

Hỡnh 7.34: Phần tử logic loại thường đóng, điều khiển áp suất, tiết lưu trực tiếp, có A2 = 0

Do kết cấu của loại van này (hỡmh 7.34) mà nú chỉ mở cửa A thụng với cửa B khi xả thụng đường X về két chứa một cách liên tục. Nếu sự thoát chất lỏng (X) về két bị ngưng thỡ tiết lưu sẽ gây tác dụng đóng van sau một thời gian mà chính độ lớn của tiết lưu quyết định.

Hỡnh 7.35: ứng dụng phần tử logic loại thường đóng, có A2 = 0 Có thể sử dụng các phần tử logic tổ hợp cùng van phân phối điều khiển bằng điện để tạo ra những chức năng công tác khác nhau của nhúm cỏc phần tử thuỷ lực (hỡnh 7.35).

QUY ƯỚC CÁC PHẦN THỬ THỦY LỰC

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu Đường ống dẫn công tác Đường dẫn tín hiệu áp suất Giới hạn khối phần tử Lũ xo đàn hồi

Chiều chuyển động của chất lỏng Cú thể điều chỉnh được Đường ống không nối với nhau Đường ống được nối với nhau

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu Điều khiển trực tiếp bằng áp suất Nhả trực tiếp ỏp suất cụng tỏc Điều khiển gián tiếp bằng áp suất Nhả giỏn tiếp ỏp suất cụng tỏc Điều khiển nút ấn Điều khiển cần bẩy Điều khiển bàn đạp Thụng về kột chứa . Bỡnh tớch năng . Đầu nối dự trữ Nhiệt kế

Đèn báo

ỏp kế

Cụng tắc ỏp suất

Van by-pass

Bộ chia dũng chảy

Van một chiều điều khiển mở bằng ỏp suất

Van một chiều điều khiển đóng bằng áp suất

Van thoát nhanh điều khiển bằng áp suất

Van phân phối có số vị trí điều tiết trung gian là vô hạn

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu Phần tử logic thường đóng, điều khiển bằng áp suất và tiết lưu trực tiếp

Phần tử logic thường đóng, điều khiển bằng áp suất Phần tử logic có thiết diện công tác khác nhau, điều khiển bằng áp suất

Phần tử logic thường mở, điều khiển bằng áp suất

Shuttle valve - Van một chiều kộp.

a-Thường đóng b-Thường mở

a b

Van an toàn, van tràn.

Van ổn ỏp (giảm ỏp)

Van P.P. điều khiển bằng thủy lực

A B

P x y T

Van P.P. ( chức năng tương đương) A B

x P T y

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu

Van P.P. điều khiển bằng điện, trợ lực thủy lực.

A B

P T

Pressure - relief valve with remote-control port and external drain Equivalent symbol

Bầu sinh hàn

Bầu hõm

Phin lọc

phin lọc có xả đáy

Ký hiệu trờn cỏc phần tử thủy lực: P pump, pressure T tank, return A,B Load-phụ tải

A B

P T Ký hiệu van P.P. 4/3 - Số vị trí đ/k

Số đường thông (số cửa nối) 2/2

6/3 Bơm không điều chỉnh được Q a-Bơm 1 chiều b-Bơm 2 chiều

a b Động cơ TL không điều chỉnh được Q a-Động cơ 1 chiều b-Động cơ 2 chiều

a b

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu Bơm điều chỉnhQ a-Bơm 1 chiều b-Bơm 2 chiều

a b Động cơ có điều chỉnh sản lượngQ a-Động cơ 1 chiều b-Động cơ 2 chiều

a b Bơm TL hoặc có thể là đ/c TL không đ/c được sản lượng Bơm TL hoặc có thể là đ/c TL điều chỉnh được sản lượng Động cơ TL pitông

Động cơ TL pitông cú giảm chấn cuối hành trỡnh cụng tỏc

Động cơ TL pitông telescop

Động cơ TL quay có đ/c mômen

Khớp nối TL thể tớch

Cơ cấu điều khiển a-Một vị trí đ/k b-Hai vị trớ đ/k c-Ba vị trí đ/k a b

c Chức năng của các phần tử Van phõn phối 4/3 Van P.P. 3/3 Van phõn phối 2/2

Van P.P. 6/3 Van P.P. 4/2

Tờn phần tử TL Ký hiệu Tờn phần tử TL Ký hiệu Van P.P. điều khiển khí nén

Van P.P. điều khiển thủy lực

Van P.P. điều khiển cơ khí

Van P.P. điều khiển điện từ Điều khiển phức hợp điện-thuỷ lực Điều khiển nhả áp suất

Tài liệu tham khảo

1. S.BOROWIK: FILTRY PLYNOW ROBOCZYCH. WARSZAWA 1974. WNT. 2. WACLAW DZIEWULSKI: LABORATORIUM NAPEDOW HYDRAULICZNYCH. POLITECHNIKA GDANSKA 1974. 3. TS. HOàNG THỊ BỚCH NGỌC: MỎY THUỶ LỰC THỂ TỚCH. NXB KHKT, Hà NỘI 2000. 4. Phùng Văn Khương: BàI TẬP THUỶ LỰC CHỌN LỌC. NXB GIỎO DỤC 1999. 5. JAN LIPSKI: NAPEDY I STEROWANIA HYDRAULICZNE. WARSZWA 1977. 6. BOSCH HYDRAULICS: ROTTERDAM 1997. 7. TOM FRANKENFIELD: USING INDUSTRIAL HYDRAULICS. USA, OHIO 1979. 8. MASZYNY STEROWE. WARSZAWA 1985. WNT. 9. VICKER P.L.C. COMPANY-KAMEWA. LODON 1990.