Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 4: Van điều chỉnh lưu lượng

CENNITEC

VAN ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG

LE THE TRUYEN

le the truyen

Nội dung

1 Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất

2 Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất

3

4

Van giảm tốc

Van tiết kiệm năng lượng

Cennitec

le the truyen

Van điều chỉnh lưu lượng

Van điều chỉnh lưu lượng dùng để điều chỉnh lượng dầu cung cấp cho xy lanh từ đó

quyết định vận tốc làm việc cho các cơ cấu chấp hành. Điều này đạt được bằng

cách thay đổi tiết diện của dòng chảy, đồng thời hình dáng hình học của tiết diện

cũng giữ vai trò quan trọng trong vấn đề thiết kế các van điều chỉnh lưu lượng.

Lưu lượng khi đi qua một tiết diện nhỏ thường được xem như là một dòng rối và nó

được tính theo công thức sau:

q = C x (ΔP)^1/2

trong đó, q là lưu lượng, x là diện tích lổ chảy, ΔP là độ chênh áp trược và sau lổ, C

là hằng số phụ thuộc vào hình dáng của lổ chảy, độ nhớt của lưu chất và hệ số

Reynolds

ΔP

q

Con trượt

x, tiết diện

Hì nh 3.39 Lưu lượng qua tiết diện hẹp

Cennitec

le the truyen

Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất

Cấu tạo của loại van này khô ng chứa bộ phận câ n bằng á p suất. Do vậy, khi tải thay

đổi thì độ chênh á p trước và sau van cũng thay đổi, do đó lưu lượng đi qua van

cũng bị thay đổi theo. Loại van này chỉ được dùng để điều chỉnh vận tốc của cá c cơ

cấu chấp hành mà ở đó tải hầu như khô ng thay đổi hoặc thay đổi rất í t. Cấu tạo và

ký hiệu của van được trì nh bày trong hì nh 3.40.

Lưu lượng vào

Lưu lượng ra

Lưu lượng vào

Đi tự do

Hì nh 3.40 Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất

Cennitec

le the truyen

Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất

Lưu lượng vào

Tiết diện A

Van một chiều

Bộ phận

cân bằng áp suất

F _{lò xo}

P₁

P₂

Tiết diện a

Con trượt

P₃

Lưu lượng ra

Nút điều chỉnh

Bộ tiết lưu

Hì nh 3.41 Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất

Hình 3.41 trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của van điều chỉnh lưu lượng có

bù áp suất. Gọi P1 là áp suất tại cửa vào của van, P2 là áp suất tại cửa ra của bộ

phận cân bằng áp suất (cũng là áp suất tại cửa vào của bộ tiết lưu) và P3 là áp suất

tại cửa ra của van.

Cennitec

le the truyen

Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất

Phương trình cân bằng lực tác động lên con trượt được viết như sau:

P₃A + F _{lò xo}= P₂A

Khi áp suất P3 tại cửa ra của van tăng lên thì điều kiện cân bằng trên mất đi, khi đó

P₃A + F _{lò xo}> P₂A

Do vậy con trượt bị đẩy về bên phải cho phép mở rộng tiết diện tại bộ cân bằng áp

suất. Lưu lượng tăng lên và vì vậy áp suất P₂cũng tăng lên cho đến khi điều kiện

cân bằng mới được xác lập. Quá trình tương tự cũng xảy ra khi áp suất P₃giảm đi.

Nhờ họat động của bộ phận cân bằng áp suất này mà độ chênh áp trước và sau bộ

tiết lưu luôn là hằng số bất chấp có sự thay đổi áp suất trong hệ thống. Độ chênh áp

đó có thể được tính như sau:

Lưu lượng vào

Tiết diện A

Van một chiều

ΔP = P₂- P₃= F _{lò xo}/ A

Bộ phận

cân bằng áp suất

F _{lò xo}

P₁

P₂

Tiết diện a

Con trượt

P₃

Lưu lượng ra

Nút điều chỉnh

Bộ tiết lưu

Cennitec

le the truyen

Van giảm tốc

Con trượt

Con lăn

Cam

Tiết lTưiuết lưu

Van một chiều

Lưu lượng vào

Tiết diện a

Lưu lượng ra

Bộ phận cân bằng áp suất

Bạc

Tiết diện A

Lổ tiết lưu

Nút điều chỉnh

Nhanh

Hì nh 3.43 Sự thay đổi lưu lượng theo hành trình

cam

Giảm dần

Chậm

Hành trình

cam

Mở hòan tòan

Con trượt đóng dần theo

Đóng hòan tòan

hành trình cam

Cennitec

le the truyen

Van giảm tốc

Lổ tiết lưu

Tiết lưu

Con lăn

Van một chiều

Cam

Con trượt

Lưu lượng vào

Nhanh

Giảm tốc

Lưu lượng ra

Trung bình

Chậm

Bộ phận cân bằng áp suất

Hành trình cam

Dầu rò rỉ

Mở hòan tòan

Đóng hòan tòan

Bạc

Hì nh 3.44 Van giảm tốc nhiều cấp

Đóng một phần

Đóng hòan tòan

Cam

Van điều chỉnh nhỏ, QL

Van điều chỉnh lớn, QH

Cennitec

le the truyen

Van giảm tốc

Hì nh 3.45 Mạch dùng van giảm tốc

Cennitec

le the truyen

Van tiết kiệm năng lượng

A

B

A₀

A

P₁

P₂

B

Hì nh 3.46 Van tiết kiệm năng lượng

Hì nh 3.46 minh họa nguyên lý làm việc của van tiết kiệm năng lượng. Nó bao gồm

van tiết lưu và bộ câ n bằng á p suất được lắp song song. Tải của bơm thay đổi

theo tải của hệ thống và luô n cao hơn một í t, P₁= P₂+ ΔP, ΔP = 4 đến 10 bar. Vì

vậy mà nó được gọi là van tiết kiệm năng lượng.

Cennitec

le the truyen

Van tiết kiệm năng lượng

Sơ đồ dưới đây trì nh bày hệ thống thủy lực dùng van điều chỉnh lưu lượng 3 cửa đang ở

trạng thá i nghỉ.

D₁

0 bar

Chỉnh 50 l/min

50 l/min

Lò xo điều khiển-5 bar

P₁

Chỉnh 100 bar

5 bar

50 l/min

M

100 l/min

Lưu lượng cung cấp bởi bơm là 100 l/min. Van điều chỉnh lưu lượng chỉnh ở 50

l/min. Lò xo điều khiển của van á p suất có giá trị là 5 bar (giá trị này dao động từ 4

đến 10 bar tùy theo nhà chế tạo). Trong trạng thá i nghỉ như trong hì nh trên, lưu

lượng 50 l/min xả về bể chứa dầu với độ chênh á p suất là 5 bar.

Cennitec

le the truyen

Van tiết kiệm năng lượng

70 bar

D₁

Chỉnh 50 l/min

50 l/min

Lò xo điều khiển-5 bar

P₁

Chỉnh 100 bar

75 bar

50 l/min

M

100 l/min

Giả thiết rằng tải của xy lanh khi đi ra là 70 bar, khi đó lưu lượng dư 50 l/min được

xả về bể chứa với độ chênh á p là (70 + 5 = 75 bar). Khi van điều chỉnh lưu lượng 3

cửa được sử dụng thì lưu lượng dư được xả về bể chứa với độ chênh á p tướng

ứng với tải của cơ cấu chấp hành. Vì vậy van này cò n được gọi là van tiết kiệm

năng lượng.

Cennitec

le the truyen

Van tiết kiệm năng lượng

100 bar

D₁

Chỉnh 50 l/min

0 l/min

Lò xo điều khiển-5 bar

P₁

Chỉnh 100 bar

100 bar

100 l/min

M

100 l/min

Khi tải của cơ cấu chấp hành tăng lên thì bộ điều chỉnh áp suất tự cân bằng để luôn

giữ cho độ chên áp luôn là 5 bar. Khi tải tăng đến ngưỡng cài đặt của van, trong

trường hợp này là 100 bar, thì toàn bộ lưu lượng của bơm sẽ trả về bể chứa dầu.

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

Bộ chia lưu lượng được dùng để chia lưu lượng thành 2 hay nhiều thành phần theo

một tỉ lệ nhất định. Bộ chia lưu lượng có 2 dạng chính đó là dịch chuyển thể tích và

con trượt. Dạng dịch chuyển thể tích bao gồm hai hay nhiều động cơ thủy lực lắp

trên cùng một trục, quay cùng một vận tốc.

Q₁= V_g1n,

Q₂= V_g2n

Q₃= V_g3n

P₃Q₃

P₁Q₁P₂Q₂

V_g1V_g2

V_g3

Vậy,

Q₁: Q₂: Q₃= V_g1: V_g2: V_g3

Q₁+ Q₂+ Q₃= Q

Q

P

Trong đó, n = vận tốc động cơ (rps), Q = lưu lượng của động cơ (m³/s), V_g= thể tí ch

riêng của động cơ (m³/s).

Bằng cá ch dùng bộ chia lưu lượng dạng thể tí ch này, lưu lượng có thể được chia

thành 2 hay nhiều phần khá c nhau, với tỉ lệ cho trước.

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

Bộ chia lưu lượng dạng này cũng có thể dùng để tăng á p suất đầu ra (xem hì nh

3.45). Động cơ thứ 2 được nối về bể chứa dầu. Nó ké o động cơ thứ nhất, hoạt

động như bơm với á p suất vào là P. Giả thiết rằng hệ thống là lý tưởng, cô ng suất

thủy lực đầu vào và đầu ra bằng nhau. Do vậy,

Q₁P₁+ Q₂P₂= QP

P₁Q₁P₂Q₂

Q₁= V_g1n, Q₂= V_g2n và Q₁+ Q₂= Q

V_g1

V_g2

Vì P₂= 0 nên

P₁= P(V_g1+ V_g2)/ V_g1

Q

P

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

Xy lanh nhận một lưu lượng là 30 l/min

P₂

P₄

0 bar

90 bar

và á p suất xy lanh cần để thắng tải là

90 bar. Á p suất làm việc của bơm là 30

bar. Sở dĩ như vậy là vì bộ chia lưu

lượng nhận 90 l/min, nhưng chỉ dùng

có 30 l/min để tạo ra cô ng. Hai lưu

lượng 30 l/min cò n lại xả về bể chứa

dầu với á p suất bằng 0. Năng lượng

này được chuyển qua cho bộ chia cò n

lại. Như vậy bộ chia cò n lại trở thành

bơm với á p suất tại cửa vào là 30 bar

và hai động cơ ké o nó đến á p suất 90

bar. Trong hệ thống có sử dụng bộ

chia dạng này thì á p suất trung bì nh

của cửa ra sẽ bằng á p suất cửa vào.

Trong trường hợp này thì (90 bar + 0

bar + 0 bar)/3 = 100 bar.

A

B

D₁

a

b

P

T

60 l/min

A

P

B

c

B

T

A

T

d

P₁

120 bar

p₀

30 bar

P

T

M

90 l/min

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

P₂

P₄

0 bar

90 bar

A

P

B

D₁

a

b

T

30 l/min

B

Để xy lanh có được vận tốc trung bì nh, vị trí cá c

van phâ n phối được điều khiển như trong hì nh.

Cuộn dâ y d được kí ch hoạt cho phé p 30 l/min

cấp thêm cho xy lanh. Lúc này á p suất làm việc

của bơm sẽ là 60 bar.

A

P

c

B

T

A

T

d

P₁

120 bar

p₀

60 bar

P

T

M

90 l/min

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

P₂

P₄

0 bar

90 bar

D₁

A

P

B

Để xy lanh đi ra với vận tốc nhanh nhất, cá c van

phâ n phối được điều khiển như trong hì nh 3.48c.

Á p suất làm việc của bơm ở giai đoạn này đúng

bằng tải của xy lanh.

a

b

T

60 l/min

0 l/min

A

P

B

c

B

T

A

T

d

P₁

120 bar

p₀

90 bar

P

T

M

90 l/min

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

P₂

P₄

0 bar

90 bar

A

P

B

D₁

a

b

T

60 l/min

0 l/min

Để xy lanh đi ra với vận tốc nhanh nhất, cá c

van phâ n phối được điều khiển như trong

hì nh. Á p suất làm việc của bơm ở giai đoạn

này đúng bằng tải của xy lanh.

A

P

B

c

B

T

A

T

d

P₁

120 bar

p₀

90 bar

P

T

M

90 l/min

Cennitec

le the truyen

Bộ chia lưu lượng

P₂

P₄

90 bar

0 bar

A

P

B

T

D₁

a

b

60 l/min

0 l/min

A

B

Để xy lanh đi về với vận tốc nhanh

nhất, vị trí của cá c van phâ n phối

được điều khiển.

c

B

T

A

P

T

d

P₁

120 bar

p₀

90 bar

P

T

M

90 l/min

Cennitec

Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 4: Van điều chỉnh lưu lượng - Lê Thể Truyền