Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí - Chương 4: Điều chỉnh và ổn định vận tốc
Ch−¬ng 4: §iÒu chØnh vµ æn ®Þnh vËn tèc
§iÒu chØnh vËn tèc chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc chuyÓn ®éng quay cña c¬ cÊu chÊp hµnh
trong hÖ thèng thñy lùc b»ng c¸ch thay ®æi l−u l−îng dÇu ch¶y qua nã víi hai ph−¬ng
ph¸p sau:
+/ Thay ®æi søc c¶n trªn ®−êng dÉn dÇu b»ng van tiÕt l−u. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh
nµy gäi lµ ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u.
+/ Thay ®æi chÕ ®é lµm viÖc cña b¬m dÇu, tøc lµ ®iÒu chØnh l−u l−îng cña b¬m cung
cÊp cho hÖ thèng thñy lùc. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy gäi lµ ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch.
Lùa chän ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− c«ng suÊt
truyÒn ®éng, ¸p suÊt cÇn thiÕt, ®Æc ®iÓm thay ®æi t¶i träng, kiÓu vµ ®Æc tÝnh cña b¬m
dÇu,...
§Ó gi¶m nhiÖt ®é cña dÇu, ®ång thêi t¨ng hiÖu suÊt cña hÖ thèng dÇu Ðp, ng−êi ta
dïng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch. Lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc thùc
hiÖn b»ng c¸ch chØ ®−a vµo hÖ thèng dÇu Ðp l−u l−îng dÇu cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o mét
vËn tèc nhÊt ®Þnh. Do ®ã, nÕu nh− kh«ng tÝnh ®Õn tæn thÊt thÓ tÝch vµ c¬ khÝ th× toµn bé
n¨ng l−îng do b¬m dÇu t¹o nªn ®Òu biÕn thµnh c«ng cã Ých.
4.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u
Do kÕt cÊu ®¬n gi¶n nªn lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc dïng nhiÒu nhÊt trong c¸c hÖ
thèng thñy lùc cña m¸y c«ng cô ®Ó ®iÒu chØnh vËn tèc cña chuyÓn ®éng th¼ng còng
nh− chuyÓn ®éng quay.
Ta cã:
Q = µ.Ax .c. ∆p
Khi Ax thay ®æi ⇒ thay ®æi ∆p ⇒ thay ®æi Q ⇒ v thay ®æi.
ë lo¹i ®iÒu chØnh nµy b¬m dÇu cã l−u l−îng kh«ng ®æi, vµ víi viÖc thay ®æi tiÕt
diÖn ch¶y cña van tiÕt l−u, lµm thay ®æi hiÖu ¸p cña dÇu, do ®ã thay ®æi l−u l−îng dÉn
®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh ®Ó ®¶m b¶o mét vËn tèc nhÊt ®Þnh. L−îng dÇu thõa kh«ng thùc
hiÖn c«ng cã Ých nµo c¶ vµ nã ®−îc ®−a vÒ bÓ dÇu.
Tuú thuéc vµo vÞ trÝ l¾p van tiÕt l−u trong hÖ thèng, ta cã hai lo¹i ®iÒu chØnh b»ng
tiÕt l−u sau: +/ §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo.
+/ §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra.
4.1.1. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo
H×nh 4.1 lµ s¬ ®å ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo. Van tiÕt l−u (0.4)
®Æt ë ®−êng vµo cña xilanh (1.0). §−êng ra cña xilanh ®−îc dÉn vÒ bÓ dÇu qua van c¶n
(0.5). Nhê van tiÕt l−u (0.4), ta cã thÓ ®iÒu chØnh hiÖu ¸p gi÷a hai ®Çu van tiÕt l−u, tøc
lµ ®iÒu chØnh ®−îc l−u l−îng ch¶y qua van tiÕt l−u vµo xilanh (b»ng c¸ch thay ®æi tiÕt
diÖn ch¶y Ax), do ®ã lµm thay ®æi vËn tèc cña pitt«ng. L−îng dÇu thõa (QT) ch¶y qua
van trµn (0.2) vÒ bÓ dÇu.
Van c¶n (0.5) dïng ®Ó t¹o nªn mét ¸p nhÊt ®Þnh (kho¶ng 3÷8bar) trong buång bªn
68
ph¶i cña xilanh (1.0), ®¶m b¶o pitt«ng chuyÓn ®éng ªm, ngoµi ra van c¶n (0.5) cßn lµm
gi¶m chuyÓn ®éng giËt m¹nh cña c¬ cÊu chÊp hµnh khi t¶i träng thay ®æi ngét.
Trong ®ã: p0 lµ ¸p suÊt do b¬m dÇu t¹o nªn, ®−îc ®iÒu chØnh b»ng van trµn (0.2).
Ph−¬ng tr×nh l−u l−îng: Q1 qua van tiÕt l−u còng lµ Q1 qua xilanh (bá qua rß dÇu)
Q1 = A1.v = µ.Ax .c. ∆p
(4.1)
(4.2)
HiÖu ¸p gi÷a hai ®Çu van tiÕt l−u: ∆p = p0 - p1
Khi Ax thay ®æi ⇒ ∆p thay ®æi ⇒ Q1 thay ®æi ⇒ v thay ®æi
NÕu nh− t¶i träng t¸c dông lªn pitt«ng lµ FL vµ lùc ma s¸t gi÷a pitt«ng vµ xilanh lµ
Fms, th× ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cña pitt«ng lµ:
A2 FL + Fms
p1.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0 ⇒ p1 = p2 .
+
(4.3)
A1
A1
Ta thÊy: khi FL thay ®æi ⇒ p1 thay ®æi ⇒ ∆p thay ®æi ⇒ Q1 thay ®æi ⇒ v kh«ng
A1
A2
æn ®Þnh.
1.0
A
v
FL
p1
p2
1.1
B
T
Q1
P
Ax
0.3
0.4
Q2
QT
p0
0.2
Q0
0.5
0.1
H×nh 4.1. S¬ ®å m¹ch thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng vµo
4.1.2. §iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra
A2
v
FL
1.0
A1
p1
p2
1.1
A B
P
T
Q2
Q1
0.3
QT
p0
0.2
Q0
Ax
0.1
0.4
p3≈0
H×nh 4.2. S¬ ®å m¹ch thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra
69
H×nh 4.2 lµ s¬ ®å ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u ë ®−êng ra. Van tiÕt l−u ®¶m
nhiÖm lu«n chøc n¨ng cña van c¶n lµ t¹o nªn mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh ë ®−êng ra cña
xilanh. Trong tr−êng hîp nµy, ¸p suÊt ë buång tr¸i xilanh b»ng ¸p suÊt cña b¬m, tøc lµ
p1=p0.
Q2 = v.A2 = µ.Ax .c p 2
(4.4)
V× cöa van cña tiÕt l−u nèi liÒn víi bÓ dÇu, nªn hiÖu ¸p cña van tiÕt l−u:
∆p = p2 - p3 = p2
Khi Ax thay ®æi ⇒ p2 thay ®æi ⇒ Q2 thay ®æi ⇒ v thay ®æi.
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tÜnh lµ:
p0.A1 - p2.A2 - FL - Fms = 0
(4.5)
(4.6)
A1 FL + Fms
⇒ ∆p = p2 = p0.
−
A2
Ta còng thÊy: FL thay ®æi ⇒ p2 thay ®æi ⇒ Q2 thay ®æi ⇒ v kh«ng æn ®Þnh.
NhËn xÐt:
A2
C¶ hai ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u cã −u ®iÓm chÝnh lµ kÕt cÊu ®¬n gi¶n, nh−ng c¶ hai
còng cã nh−îc ®iÓm lµ kh«ng ®¶m b¶o vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh ë mét gi¸ trÞ nhÊt
®Þnh, khi t¶i träng thay ®æi.
Th−êng ng−êi ta dïng ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u cho nh÷ng hÖ thèng thñy lùc lµm
viÖc víi t¶i träng thay ®æi nhá, hoÆc trong hÖ thèng kh«ng yªu cÇu cao vÒ æn ®Þnh vËn
tèc.
Nh−îc ®iÓm kh¸c cña hÖ thèng ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u lµ mét phÇn dÇu thõa qua
van trµn biÕn thµnh nhiÖt, nhiÖt l−îng Êy lµm gi¶m ®é nhít cña dÇu, cã kh¶ n¨ng lµm
t¨ng l−îng dÇu rß, ¶nh h−ëng ®Õn sù æn ®Þnh vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh, dÉn ®Õn
hiÖu suÊt gi¶m.
V× nh÷ng lý do ®ã, ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u th−êng dïng trong nh÷ng hÖ thèng
thñy lùc cã c«ng suÊt nhá, th−êng kh«ng qu¸ 3÷3,5 kw. HiÖu suÊt cña hÖ thèng ®iÒu
chØnh nµy kho¶ng 0,65÷0,67.
4.2. §iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch
§Ó gi¶m nhiÖt ®é dÇu, ®ång thêi t¨ng hÖu suÊt cña hÖ thèng thñy lùc, ng−êi ta
dïng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch. Lo¹i ®iÒu chØnh nµy ®−îc thùc
hiÖn b»ng c¸ch chØ ®−a vµo hÖ thèng thñy lùc l−u l−îng dÇu cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o mét
vËn tèc nhÊt ®Þnh.
L−u l−îng dÇu cã thÓ thay ®æi víi viÖc dïng b¬m dÇu pitt«ng hoÆc c¸nh g¹t ®iÒu
chØnh l−u l−îng.
§Æc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu chØnh vËn tèc b»ng thÓ tÝch lµ khi t¶i träng kh«ng ®æi,
c«ng suÊt cña c¬ cÊu chÊp hµnh tû lÖ víi l−u l−îng cña b¬m. V× thÕ, lo¹i ®iÒu chØnh
nµy ®−îc dïng réng r·i trong c¸c m¸y cÇn thiÕt mét c«ng suÊt lín khi khëi ®éng, tøc lµ
cÇn thiÕt lùc kÐo hoÆc m«men xo¾n lín. Ngoµi ra nã còng ®−îc dïng réng r·i trong
70
nh÷ng hÖ thèng thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc chuyÓn ®éng quay khi vËn tèc
gi¶m, c«ng suÊt cÇn thiÕt còng gi¶m.
Tãm l¹i: −u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch lµ ®¶m b¶o hiÖu suÊt
truyÒn ®éng cao, dÇu Ýt bÞ lµm nãng, nh−ng b¬m dÇu ®iÒu chØnh l−u l−îng cã kÕt cÊu
phøc t¹p, chÕ t¹o ®¾t h¬n lµ b¬m dÇu cã l−u l−îng kh«ng ®æi.
v
A1
FL
Q1
Qb = Q1
e
H×nh 4.3. S¬ ®å thñy lùc ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch
Ta cã: Q1= Qb = qb.n (l/p) (Q1= v.A1)
Muèn thay ®æi Qb= Q1⇒ ta thay ®æi qb ⇒ v thay ®æi
Trªn h×nh 4.3 ta thÊy:
Thay ®æi ®é lÖch t©m e ⇒ qb sÏ thay ®æi ⇒ Qb= Q1 thay ®æi ⇒ v thay ®æi.
NhËn xÐt:
Toµn bé l−u l−îng cña b¬m ®Òu cung cÊp cho xilanh (kh«ng cã dÇu thõa) ⇒ hiÖu
suÊt cao.
4.3. æn ®Þnh vËn tèc
Trong nh÷ng c¬ cÊu chÊp hµnh cÇn chuyÓn ®éng ªm, ®é chÝnh x¸c cao, th× c¸c hÖ
thèng ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n nh− ®· tr×nh bµy ë trªn kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®−îc, v× nã
kh«ng kh¾c phôc ®−îc nh÷ng nguyªn nh©n g©y ra sù kh«ng æn ®Þnh chuyÓn ®éng, nh−
t¶i träng kh«ng thay ®æi, ®é ®µn håi cña dÇu, ®é rß dÇu còng nh− sù thay ®æi nhiÖt ®é
cña dÇu.
Ngoµi nh÷ng nguyªn nh©n trªn, hÖ thèng thñy lùc lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh cßn do
nh÷ng thiÕu sãt vÒ kÕt cÊu (nh− c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn chÕ t¹o kh«ng chÝnh x¸c, l¾p r¸p
71
kh«ng thÝch hîp,..). Do ®ã, muèn cho vËn tèc ®−îc æn ®Þnh, duy tr× ®−îc trÞ sè ®· ®iÒu
chØnh th× trong c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh vËn tèc kÓ trªn cÇn l¾p thªm mét bé phËn, thiÕt
bÞ ®Ó lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn nh©n lµm mÊt æn ®Þnh vËn tèc.
Ta xÐt mét sè ph−¬ng ph¸p th−êng dïng ®Ó æn ®Þnh vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh.
§Ó gi¶m ¶nh h−ëng thay ®æi t¶i träng, ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n vµ phæ biÕn nhÊt lµ
dïng bé æn ®Þnh vËn tèc (gäi t¾t lµ bé æn tèc). Bé æn tèc cã thÓ dïng trong hÖ thèng
®iÒu chØnh vËn tèc b»ng tiÕt l−u, hay ë hÖ thèng ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch vµ nã cã thÓ ë
®−êng vµo hoÆc ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh. (Nh− ta ®· biÕt l¾p ë ®−êng ra ®−îc
dïng réng r·i h¬n).
4.3.1. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng vµo cña c¬ cÊu chÊp hµnh
A1
A2
v
FL
p
p1
p2
A
B
p0
p3
Q2
Q1
∆
p
p1
L(p2+pms)
FL
v
p3
A’
v0
D
B’
Flx
FL
p0
H×nh 4.4. S¬ ®å m¹ch thñy lùc cã l¾p bé æn tèc trªn ®−êng vµo
Gi¶ sö khi FL= 0
Fms
A1
Fms
A1
ta cã: A1.p1 - A2.p2 - Fms= 0 ⇒ p1 = p2 +
(A1 = A2 ,Pms =
)
T¹i van gi¶m ¸p ta cã:
π.D2
4
π.D2
4
p3.
− p1.
− Flx = 0
(4.7)
(4.8)
(4.9)
4
⇒ ∆p = p3 − p1 = Flx .
hiÖu ¸p qua van tiÕt l−u (=const)
π.D2
c.µ.A
Q
⇒ v =
=
x . ∆p = const
A1
A1
72
Gi¶i thÝch: gi¶ sö FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pitt«ng van gi¶m ¸p sang tr¸i ⇒ cöa ra cña van
gi¶m ¸p më réng ⇒ p3 ↑ ®Ó dÉn ®Õn ∆p = const.
Trªn ®å thÞ: p1 ≥ p2 + pms
(4.10)
+/ Khi p1 ↑ ⇒ p3 ↑ ⇒ ∆p = const ⇒ v = const.
+/ Khi p3 = p0, tøc lµ cöa ra cña van më hÕt cë (t¹i A trªn ®å thÞ), nÕu tiÕp tôc ↑
FL ⇒ p1 ↑ mµ p3 = p1 kh«ng t¨ng n÷a ⇒ ∆p = p3 - p1 (p3 = p0) ↓ ⇒ v ↓ vµ ®Õn khi
p1 = p3 = p0 ⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0.
4.3.2. Bé æn tèc l¾p trªn ®−êng ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh
A1
A2
v
FL
p
p0=p1
p2
p2
p1= p0
Pms
Q2
D
Flx
A
p3
v
FL
B
Q1
A’
p3
p0
v0
B’
FL
Q2
p4 ≈ 0
H×nh 4.5. S¬ ®å m¹ch thñy lùc cã l¾p bé æn tèc trªn ®−êng ra
π.D2
+/ T¹i van gi¶m ¸p ta cã: p3.
− Flx = 0
(4.11)
(4.12)
4
4
π.D2
∆p = p3 −0 = Flx .
= const .
Q2 µ.c.Ax 4.Flx
⇒ v2 =
=
.
= const
π.D2
A2
A2
+/ Gi¶ sö: FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ p3 ↓ ⇒ pitt«ng van gi¶m ¸p sang ph¶i ⇒ cöa ra më réng
⇒ p3 ↑ ®Ó ∆p = const.
Trªn ®å thÞ:
Khi FL = 0 ⇒ p2 = p0 - pms ⇒ v = v0.
Khi FL ↑ ⇒ p2 ↓ ⇒ van gi¶m ¸p duy tr× p3 ®Ó ∆p = const ⇒ v0 = const.
NÕu tiÕp tôc ↑ FL ⇒ p2 = p3 (t¹i A trªn ®å thÞ), nÕu t¨ng n÷a ⇒ p2 = p3 ↓ = 0 t¹i B
73
⇒ ∆p = 0 ⇒ v = 0.
4.3.3. æn ®Þnh tèc ®é khi ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch kÕt hîp víi tiÕt l−u ë ®−êng
vµo
L−u l−îng cña b¬m ®−îc ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®é lÖch t©m e. Khi lµm
viÖc, stato cña b¬m cã xu h−íng di ®éng sang tr¸i do t¸c dông cña ¸p suÊt dÇu ë buång
nÐn g©y nªn.
A1
A2
v
FL
p2
p1
p0
Stato (vßng tr−ît)
F1
F2
e
Buång hót
R«to
Flx
Pitt«ng ®iÒu chØnh
Buång nÐn
H×nh 4.6. æn ®Þnh tèc ®é khi ®iÒu chØnh b»ng thÓ tÝch kÕt hîp víi tiÕt l−u ë ®−êng vµo
Ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cña stato (bá qua ma s¸t):
Flx + p1.F1 - p0.F2 - k.p0 = 0 (k: hÖ sè ®iÒu chØnh b¬m)
NÕu ta lÊy hiÖu tiÕt diÖn F1 - F2 = k ⇔ F1 = F2 + k
(4.13) ⇔ Flx + p1.(F2 + k) - p0.F2 - k.p0 = 0
⇔ Flx = F2.(p0 - p1) + k.(p0 - p1)
(4.13)
⇔ Flx = (F2 + k).(p0 - p1)
Flx
Flx
⇒ p0 - p1 =
=
(4.14)
F2 + k F1
74
Ta cã l−u l−îng qua van tiÕt l−u:
Q = µ.Ax .c. ∆p
(4.15)
(4.16)
Flx
Flx
∆p = p0 − p1 =
=
F2 + k F1
Flx
⇒ Q = µ.Ax .c.
= µ.Ax .c. ∆p
(4.17)
F
1
Tõ c«ng thøc (4.17) ta thÊy:
L−u l−îng Q kh«ng phô thuéc vµo t¶i träng (®Æc tr−ng b»ng p1, p0).
Gi¶ sö: FL ↑ ⇒ p1 ↑ ⇒ pitt«ng ®iÒu chØnh sÏ ®Èy stato cña b¬m sang ph¶i ⇒ e ↑
⇒ p0 ↑ ⇒ ∆p = p0 - p1 = const.
75
8 trang
13380
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí - Chương 4: Điều chỉnh và ổn định vận tốc", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_he_thong_truyen_dong_thuy_khi_chuong_4_dieu_chinh.pdf
