Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 3: Van điều chỉnh áp suất - Lê Thể Truyền
CENNITEC
VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT
LE THE TRUYEN
Các lọai van điều chỉnh áp suất
1. Van giới hạn áp suất
2. Van xả tải
3. Van tuần tự
4. Van giảm áp
Nguyên lý họat động
Nguyên lý làm việc chung của cá c van điều chỉnh á p suất là dùng lực lò xo để câ n
bằng với lực thủy lực. Hì nh 3.1 biểu diễn nguyên lý làm việc của van điều chỉnh á p
suất.
Trạng thái van khi PA ≤ F
Trạng thái van khi PA > F
Con trượt (spool)
Lò xo
Lực thủy lực Fd = PA
Áp suất P
Tiết diện A
Lực lò xo F
Cửa điều khiển
Cửa dầu rò rỉ
Dầu vào
Dầu ra
Hì nh 3.1 Van điều chỉnh áp suất
Khi lực thủy lực tại cửa điều khiển nhỏ hơn lực lò xo, con trượt được giữ ở vị trí
mà nó ngăn không cho dầu đi qua van. Khi áp suất tăng lên dẫn đến lực thủy lực
này cũng tăng lên, và nếu nó lớn hơn lực lò xo thì con trượt bị đẩy qua bên phải
làm cho dầu đi được qua van.
Van giới hạn áp suất (relief valve)
Chức năng của van giới hạn áp suất là cài đặt áp suất làm việc lớn nhất cho hệ
thống thủy lực.
(b)
(a)
Hì nh 3.2 Ký hiệu van giới hạn áp suất. (a) Van giới hạn áp suất tác
động trực tiếp, (b) van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Van giới hạn á p suất là loại van thường đóng và van chỉ mở cho dầu qua van để
về bể chứa dầu khi á p suất tá c động lên van lớn hơn giá trị được cài đặc bởi lò xo
của van.
Ký hiệu (a) chỉ cho van giới hạn á p suất tá c động trực tiếp, nếu khô ng có mũi tên
xiên ở lò xo thì đó là van khô ng điều chỉnh được. Ký hiệu (b) chỉ cho van giới hạn
á p suất giá n tiếp.
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Con trượt
Lò xo
Pressure port
P
T
Tank port
Hì nh 3.3 Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Hình 3.3 trình bày cấu tạo của van giới hạn áp suất tác động trực tiếp. Nó bao gồm
1 con trượt (cầu, hoặc côn) và lò xo. Khi áp suất tại cửa P của van đủ lớn để thắng
lực lò xo, con trượt chuyển động khỏi vị trí cân bằng và cho phép dầu trở về bể
chứa dầu qua cửa T của van, từ đó giới hạn áp suất cho hệ thống.
Đối với van giới hạn áp suất tác động trực tiếp thì tần số đóng mở của van tương
đối lớn dẫn đến việc vận hành không liên tục và gây ra rung động, ồn. Van này chỉ
được sử dụng cho các hệ thống có lưu lượng nhỏ.
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Nguyên lý làm việc của van giới hạn áp suất
Fx
x
Fp
P
Ap
Av
D
T
Hì nh 3.4 Nguyên lý làm việc của van giới hạn áp suất
Con trược van được tác động bởi hai lực là lò xo và lực sinh ra bởi áp suất. Con
trược nằm ở vị trí nghỉ (trạng thái đóng van) khi lực sinh ra bởi áp suất, Fp = PAp,
nhỏ hơn lực lò xo Fx = kx0.
Hai lực này bằng nhau cho đến khi á p suất đạt tới giá trị nhỏ nhất để mở van
(cracking pressure), Pr. Khi á p suất tăng cao hơn giá trị này, con trượt dịch
chuyển và dầu từ nới có á p suất cao, cửa P, đến nơi có á p suất thấp, cửa T.
k
ApPr = kx0
P =
x0
r
Ap
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Độ mở của van, Av, và diện tí ch tá c dụng Ap của con trượt thay đổi phi tuyến theo
sự dịch chuyển của con trượt. Tuy nhiên, ở một số thiết kế khá c thì diện tí ch tá c
động của con trượt là hằng số như được trì nh bày trong hì nh 3.5. Hì nh vẽ này
minh họa một van giới hạn á p suất tá c động trực tiếp, bao gồm: con trượt (1), thâ n
van (2), lò xo (3), tấm chặn (4), và nút điều chỉnh (5).
2
1
4
3
5
P
Q
D
T
xr
1. Con trượt, 2. Thân van, 3. Lò xo, 4. Đế van, 5. Nút điều chỉnh
Hì nh 3.5 Van giới hạn áp suất dạng con trượt dẫn hướng
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Ap =D2 /4
Mối quan hệ giữa lưu lượng qua van và áp suất
2
1
4
3
5
Ap
k
P = (x0 + xr )
xr = P − x0
r
r
Ap
k
P
Q
D
T
Ap
xr
x0 + xr = P
r
k
Ở trạng thá i ổn định, con trượt van (1) đạt đến vị trí câ n bằng dưới tá c động của
lực sinh ra bời á p suất, lực lò xo, và phản lực sinh ra do dò ng chảy. Bỏ qua rò rỉ và
phản lực sinh ra do dò ng chảy, và giả thiết rằng á p suất cản trên ngõ ra là zero, khi
đó á p suất tăng khi con trược di chuyển một đoạn là x, ta có
0
khi
x xr , A = 0
v
Q =
Cd A 2P/ khi
x xr , A = (x − xr )
v
v
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Mối quan hệ giữa lưu lượng qua van và áp suất của hệ thống
Ap
Q = Cd (P − P ) 2P/ = K(P − P ) P
r
r
k
Áp suất càng tăng lên, con trượt dịch chuyển xa hơn, lưu lượng về bể chứa
cũng nhiều hơn. Áp suất tăng đến một giá trị đủ lớn thì tòan bộ lưu lượng sẽ trở
về bể chứa.
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Đường đặc tính lưu lượng-áp suất của van
giới hạn áp suất được mô tả bằng hình vẽ
35
30
3.6. Van giới hạn áp suất trong trường hợp
25
này được cài ở giá trị Pr = 150 bar. Áp suất
này còn được gọi là áp suất mở van
20
15
(cracking pressure). Nếu áp suất P < Pr =
150 bar thì lưu lượng qua van bằng 0.
10
180
5
Khi áp suất P bắt đầu lớn hơn Pr thì van
bắt đầu mở và lưu lượng qua van được
0
50
100
150
200
250
300
350
Áp suất, bar
tí nh theo
Hì nh 3.6 Ví dụ về đường đặc tính
của van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Q = K(P − P ) P
r
Khi áp suất đạt đến giá trị 180 bar, van mở hoàn toàn, không còn một lưu lượng
nào đến các phần còn lại trong hệ thống.
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
P = ΔPFC + ΔPM
ΔPFC
35
30
25
20
15
10
5
ΔPM
180
0
50
100
150
200
250
300
350
Áp suất, bar
Hì nh 3.7 Mạch điều khiển động cơ thủy lực
Bơm có lưu lượng cố định cung cấp lưu lượng là 20 l/min cho động cơ thủy lực. Van
điều chỉnh lưu lượng mở hò an tò an, và á p suất tại van giới hạn á p suất đo được là
100 bar. Để giảm vận tốc của động cơ một nửa so với hiện tại thì độ mất á p qua van
điều chỉnh lưu lượng là bao nhiêu?
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Muốn vận tốc của động cơ giảm đi 1/2 lần thì van
điều chỉnh lưu lượng được chỉnh để có lưu lượng
35
30
cấp cho động cơ giảm xuống cò n 10 l/min, như
25
vậy cò n dư 10 l/min sẽ xả qua van giới hạn á p
20
suất.
15
Á p suất khi đó phải tăng lên giá trị là 165 bar khi
10
180
5
lưu lượng xả qua van là 10 l/min. Độ chênh á p
0
50
100
150
200
250
300
350
trên động cơ thủy lực là 100 bar. Như vậy, độ
chênh á p trên van điều chỉnh lưu lượng sẽ là:
Áp suất, bar
165 – 100 = 65 bar.
Tòan bộ năng lượng thủy lực là
Nhyd = PQ/600
= 165 x 20 /600
= 5.5 kW
Năng lượng chuyển thành nhiệt năng khi lưu lượng 10 l/min xả qua van giới hạn
áp suất là:
Nrv = PQ/600
= 165 x 10 /600
= 2.75 kW
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
P = ΔPFC + ΔPM
ΔPFC
ΔPM
Năng lượng chuyển thành nhiệt năng khi lưu lượng 10 l/min qua van điều chỉnh
lưu lượng là:
NFC = PQ/600
= (165-100) x 10 /600
= 1.08 kW
Công suất thủy lực chuyển sang công có ích là:
5.5 – 2.75 – 1.08 = 1.67 kW
Hiệu suất của hệ thống là
1.67/5.5 = 0.3036 hay 30,36 %
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
Hiệu suất của hệ thống là 30.36 %. Dễ thấy rằng hiệu suất của hệ thống sẽ tăng
lên trong trường hợp này nếu như độ nghiêng của đường lưu lượng-á p suất (Q/P)
giảm vì khi đó độ tăng á p suất sinh ra do lưu lượng qua van điều chỉnh á p suất sẽ
nhỏ hơn.
Độ nghiêng của đường lưu lượng-áp suất (Q/P) tỉ lệ thuận với hệ số K. Nếu van
làm việc với lưu lượng thấp và áp suất cao thì các kích thước ω và A nhỏ, trong
khi độ cứng lò xo k là lớn. Khi đó hệ số K có giá trị nhỏ và đường Q/P nghiêng
nhiều về phía trục P. Trong trường hợp này, nếu lưu lượng làm việc tăng lên thì
áp suất lớn nhất cũng tăng lên. Nói cách khác, áp suất lớn nhất của hệ thống phụ
thuộc vào độ lớn của lưu lượng làm việc.
Như vậy, van phải được thiết kế sao
cho độ nghiêng của đường Q/P là
nhỏ nhất, gần theo phương thẳng
đứng. Bằng cách đó, áp suất lớn
nhất của hệ thống không phụ thuộc
vào độ lớn của lưu lượng.
Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Van điều khiển
Cửa điều khiển V
Lổ trích dầu O
P
P
T
V
Lò xo S
P
T
T
Con trượt chính
Hì nh 3.8 Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Nó bao gồm một con trượt chính được điều khiển bởi một van giới hạn áp suất tác
động trực tiếp được gắn kèm trong van. Áp suất phía trước con trượt của van điều
khiển này được lấy từ áp suất tại cửa P của van chính nhờ lổ trích dầu O. Khi van
điều khiển đóng, con trượt chính ở trong trạng thái cân bằng thủy lực vì có áp suất
bằng nhau tại hai mặt đối diện nhau của nó.
Tuy nhiên, nhờ tá c động của lực lò xo S, con trượt chí nh bị é p vào đế van. Bất kỳ
một sự gia tăng á p suất nào tại cửa P của van sẽ dẫn tới sự gia tăng á p suất tại
phí a trước con trượt của van điều khiển. Nếu á p suất này đủ lớn để thắng lực lò xo
của van điều khiển này và làm van mở thì á p suất phí a trên của con trượt chí nh
giảm, dẫn đến trạng thá i câ n bằng bị mất đi. Kết quả là con trượt chí nh bị đẩy lên
và cho phé p dầu đi từ cửa P sang cửa T.
Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Ưu điểm nổi bật của van giới hạn áp suất tác động gián tiếp so với van tác động
trực tiếp đó là độ chênh áp suất giữa trạng thái mở hòan tòan của van với giá trị cài
đặt cho van là rất nhỏ, khỏang chừng 7 bar
Hì nh 3.9 Đường đặc tính của van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Van giới hạn áp suất tác động trực tiếp
P = ΔPFC + ΔPM
ΔPFC
Van giới hạn áp suất tác động
gián tiếp
35
30
25
20
15
10
5
Van giới hạn áp suất tác động
trực tiếp
ΔPM
ΔP = 7 bar
0
50
100
150
200
250
300
350
Áp suất, bar
Hì nh 3.10 Mạch điều khiển động cơ thủy lực dùng
van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Bơm có lưu lượng cố định cung cấp lưu lượng là 20 l/min cho động cơ thủy lực. Van
điều chỉnh lưu lượng mở hò an tò an, và á p suất tại van giới hạn á p suất đo được là
100 bar. Để giảm vận tốc của động cơ một nửa so với hiện tại thì độ mất á p qua van
điều chỉnh lưu lượng là bao nhiêu?
Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Trở lại ví dụ vừa trình bày phần trên nhưng van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
được dùng thay cho van giới hạn áp suất tác động trực tiếp. Khi đó, để cho lưu
lượng 10 l/min qua van giới hạn áp suất thì áp suất tại cửa van lúc đó sẽ là 152 bar
(xem hì nh 3.9).
Năng lượng mất khi dầu qua van giới hạn áp suất sẽ là:
Nrv = PQ/600
= 152 x 10 /600
= 2.53 kW
Năng lượng mất khi dầu qua van điều chỉnh lưu lượng sẽ là:
NFC = PQ/600
= (152-100) x 10 /600
= 0.87 kW
Toàn bộ năng lượng thủy lực là:
Nhy = PQ/600
= 152 x 20 /600
= 5.06 kW
Hiệu suất của hệ thống là (5.06 – 2.53 – 0.87)/5.06 = 0.328 = 32.8 %
Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Một cửa điều khiển riêng (cửa V) cho phé p điều khiển van từ xa. Cửa này nằm
cùng phí a với bộ phận điều khiển của van và khi nó nối với bể chứa dầu thì với á p
suất rất nhỏ con trượt chí nh vẫn bị đẩy ra khỏi vị trí câ n bằng. Phương phá p này
được sử dụng để xả tải của bơm.
PH
Van chính
PL < PH
Van điều khiển từ xa
Van chí nh cũng có thể được
điều khiển từ xa bằng cá ch nối
đường điều khiển của van với
một van giới hạn á p suất tá c
động trực tiếp. Hì nh 3.10 trì nh
bày phương phá p điều khiển
T
P
V
này.
Đến hệ thống
Hì nh 3.10 Dùng van điều khiển từ xa
Van giới hạn áp suất tác động gián tiếp
Dựa vào các chức năng này, bằng cách sử dụng một van phân phối để làm thay đổi
trạng thái của đường điều khiển V, van chính có thể được cài đặt cùng lúc nhiều giá
trị khác nhau.
PH
Cuộn dây
a
b
Áp suất
0
PL
0
1
0
0
0
1
Van phâ n phối 4 cửa 3 vị trí được
sử dụng để thay đổi trạng thá i
của đường điều khiển V. Khi cả
hai cuộn dâ y a và b khô ng được
cấp điện thì đường điều khiển V
được nối với bể dầu, van chí nh
họat động với chức năng xả tải.
PH
PL
a
b
T
P
V
Đến hệ thống
Tải về để xem bản đầy đủ
52 trang
25780
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 3: Van điều chỉnh áp suất - Lê Thể Truyền", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_truyen_dong_thuy_luc_va_khi_nen_chuong_3_van_dieu.ppt
