Nguyên lý hoạt động của thang máy thủy lực

Thang máy nguyên thủy có cấu tạo cực kỳ đơn giản gồm: một cái thùng gắn liền với một hệ thống nâng lên và hạ xuống. Hệ thống này có thể là dạng tời kéo dùng sức động vật, sức nước, hay vật nặng có tải trọng lớn.

Ngày nay, Thang máy hiện đại và thang máy vận chuyển hàng hóa có cấu tạo rất phức tạp so với khái niệm thang máy nguyên thủy. Nó cần hệ thống cơ khí tiên tiến để xử lý khối lượng đáng kể của cabin thang máy và hàng hóa. Ngoài ra, nó cần có cơ chế kiểm soát hành khách có thể vận hành thang máy, và các thiết bị an toàn để giữ cho mọi thứ hoạt động trơn tru.

 Có hai thiết kế thang máy chủ yếu được sử dụng phổ biến hiện nay: thang máy thủy lực và thang máy chạy bằng máy kéo qua hệ thống dây cáp. Trong bài này chúng ta chỉ nghiên cứu phần nguyên lý hoạt động của thang máy thủy lực. Phân tích một số ưu, nhược điểm của hệ thống kiểu này. 

Hệ thống thang máy thủy lực sử dụng một piston thủy lực để nâng cabin thang máy. Bạn có thể thấy hệ thống này hoạt động trong sơ đồ dưới đây.

*Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống thủy lực gồm: 1 – xilanh thủy lực tác động đơn; 2 – piston; 4 – bơm thủy lực dẫn động bằng động cơ điện; 5 – valve; 6 – Bể chứa dầu.

Máy bơm ép dầu từ bể vào một đường ống dẫn đến xi lanh để nâng  cabin thang máy lên, khi đó valve 5 đóng. Quá trình hạ cabin thang máy valve 5 được mở ra, tải trọng cabin ép chất lỏng theo ống dẫn qua valve 5 trở về bể chứa làm cabin hạ xuống.

Khi cabin thang máy bằng tầng, hệ thống điều khiển sẽ gửi một tín hiệu đến tủ điện để tắt máy bơm. Khi đó dầu thủy lực không tiếp tục được nén vào xi-lanh, lượng chất lỏng trong xilanh được giữ nguyên trong lòng xilanh làm cho thang máy dừng lại (Ở đây các hệ thống valve cần được khóa sau khi nhận tín hiệu điện để dầu thủy lực không chảy ngược qua máy bơm về bể chứa). Piston đứng yên, và cabin cũng đứng yên theo.

Quá trình hạ xuống cũng cần có tín hiệu điện điều khiển mở valve 5, tải trọng cabin tự ép chất lỏng về bể chứa và cabin được hạ xuống. Tín hiệu điện mở valve sẽ dừng lại ở tầng được yêu cầu.

*Ưu điểm và khuyết điểm của thang thủy lực

Ưu điểm chính của hệ thống thang máy thủy lực là có thể dễ dàng dùng một lực tương đối nhỏ của động cơ máy bơm để tạo ra lực tương đối mạnh cần thiết để nâng cabin thang máy.

 Nhưng các hệ thống này có hai nhược điểm lớn. Vấn đề chính là kích thước của thiết bị. Để cho cabin thang máy có thể tiếp cận với các tầng cao hơn, bạn phải thực hiện các piston dài hơn. Nhưng vẫn phải đảm bảo xi lanh dài hơn một chút so với piston để khi cabin thang máy ở tầng thấp nhất vẫn đảm bảo piston không kịch xi lanh.

Vấn đề là toàn bộ cấu trúc xi lanh phải được ở dưới đáy thang máy khi thang ở tầng thấp nhất. Điều này có nghĩa là bạn phải đào sâu hố PIT hơn khi bạn xây dựng cao hơn. Đây là một dự án tốn kém với các tòa nhà cao tầng. Để lắp đặt một thang máy thủy lực trong một tòa nhà 10 tầng, ví dụ, bạn sẽ cần phải đào sâu hố PIT tương đương với độ cao của 9 tầng. (Ở đây có thể sử dụng xilanh nhiều tầng để khắc phục)

Trạm máy bơm thủy lực

Các trạm máy bơm (tiếng Nga là –гидростанция) là cụm chi tiết chính trong hệ thống thủy lực, ngoài nhiệm vụ cung cấp dầu thủy lực cho hệ thống thủy lực, nó còn chức năng điều khiển cơ cấu chấp hành thủy lực (động cơ thủy lực) của hệ thống thủy lực.

Để thiết kế và chế tạo một trạm máy bơm, thì cần phải có đầy đủ các dữ liệu cần thiết như:

• mô tả về chu trình làm việc từng bộ phận trong hệ thống thủy lực;
• số lượng động cơ thủy lực ( số lượng xylanh và motor thủy lực);
• ứng lực hệ thống cần phải sinh ra trên cơ cấu công tác ( đối với xylanh là lực sinh ra tại cán xylanh, đối với motor thủy lực là mômen xoắn sinh ra trên trục quay của motor);
• vận tốc chuyển động của cơ cấu chấp hành (vận tốc cán xylanh hoặc tốc độ quay trục motor thủy lực);
• điều kiện nơi làm việc của hệ thống thủy lực (nhiệt độ môi trường, độ ẩm, mức độ bụi bẩn, khả năng cháy nổ,…
• chế độ làm việc của hệ thống thủy lực: nhẹ, trung bình, nặng. Chế độ này đánh giá dựa trên thời gian làm việc liên tục trên 1 ca làm việc của máy.

Các chi tiết chính của một trạm máy bơm bao gồm:

Hình 1 – Các chi tiết chính của một trạm máy bơm

a. Trạm máy bơm điều khiển bằng điện

b. Trạm máy bơm điều khiển bằng tay.

1. Thùng chứa dầu

   Thùng chứa dầu được chế tạo từ gang hoặc từ thép chống cháy. Bề mặt trong của thùng chứa được gia công “phun cát” (gia công phun cát - "abrasive blasting" in wikipedia) và được phủ 2 lớp polyme. Công dụng chính của thùng chứa dầu là chứa dầu và cung cấp dầu thủy lực cho hệ thống.  Đối với những trạm máy bơm phải làm việc liên tục, trong thùng chứa thường được lắp thêm các vách ngăn, có tác dụng lọc thô và làm mát dầu thủy lực.

2. Máy bơm thủy lực

   Tùy thuộc vào đặc tính kỹ thuật và điều  kiện làm việc của trạm máy bơm mà lựa chọn sử dụng bơm bánh răng, bơm piston hoặc bơm cánh gạt.

3. Ống lót

4. Khớp nối

Công dụng truyền động từ động cơ điện tới trục máy bơm.

5. Động cơ điện

    Là chi tiết dẫn động cho bơm thủy lực.

6. Bảng điện

     Bao gồm các nút khởi động và tắt trạm bơm thông qua việc cung cấp điện cho động cơ điện. Cũng có thể bao gồm nút phân phối điện cho bộ phận van phân phối điều khiển bằng điện.

 

Hệ thống lọc

   80% các sự cố xảy ra trong quá trình làm việc của hệ thống thủy lực có liên quan tới việc độ sạch của dầu thủy lực không đúng tiêu chuẩn hoặc không đạt tiêu chuẩn cần thiết.

  Mỗi trạm máy bơm đều được trang bị hệ thống lọc dầu thủy lực và lọc không khí. Hệ thống lọc bao gồm các bộ lọc được lắp đặt tại các nhánh đường ống khác nhau trong hệ thống, nhưng các cách lắp chính và phổ biến đó là:   Tổ hợp lọc tại ống hút và ống nén; tổ hợp lọc tại ống hút và ống xả; tổ hợp lọc tại ống nén và ống xả; tổ hợp tại cả 3 ống hút, nén, xả.

7. Lọc tại ống hút

  Có tác dụng lọc các tạp chất, cặn kim loại trong chất lỏng trước khi chất lỏng đi vào máy bơm. Bộ lọc được lắp đặt trực tiếp trên đường ống hút, nối từ thùng chứa dầu tới máy bơm, và phải được lắp chìm dưới mức dầu trong thùng chứa.

Do lắp đặt tại ống hút vì vậy bộ lọc này sẽ ảnh hưởng tới khả năng hút chất lỏng của bơm, cho nên yêu cầu kỹ thuật đối với bộ lọc tại ống hút là phải có tính cản trở dòng chất lỏng thật nhỏ. Cũng bởi vì có tính cản trở nên các bộ lọc tại ống hút chỉ có công dụng lọc thô. 

8. Lọc tại ống xả.

   Lọc tại ống xả có chức năng loại bỏ cặn, tạp chất( sản phẩm của quá trình mài mòn giữa các chi tiết trong hệ thống) có trong dầu thủy lực trước khi xả dầu về thùng chứa. Do không ảnh hưởng tới hiệu quả công tác của các chi tiết khác trong hệ thống nên các bộ lọc tại ống xả thường được dùng là các bộ lọc tinh. Độ mỏng của màng lọc chỉ khoảng 25 μm.

Hình 2. Lọc ống xả

9. Cửa rót dầu với lọc không khí.

    Cửa rót dầu với lọc không khí là 1 chi tiết trong hệ thống lọc của trạm máy bơm. Trong thời gian công tác, mức dầu trong thùng chứa thay đổi. Thông qua lỗ thông gió hút hoặc đẩy không khí từ khí quyển vào trong thùng chứa. Mà trong không khí thường có bụi bẩn, nếu không được lọc sẽ hòa lẫn vào trong dầu thủy lực, ảnh hưởng xấu tới hiệu suất làm việc của hệ thống thủy lực.

 Hình.3 – Lọc không khí

10. Áp kế

11. Thang chỉ mức dầu

12. Cụm thiết bị phân phối (van phân phối hay là van đảo chiều)

Một số dạng cấu trúc của trạm máy bơm

Hình.4. – Một số dạng cấu trúc của trạm máy bơm

 а – Trạm máy bơm với cụm motor điện – máy bơm thẳng đứng. Ưu điểm của kiểu lắp đặt này là có độ ồn nhỏ.

b,c – Trạm máy bơm với cụm motor điện – máy bơm thủy lực nằm ngang. Thường sử dụng khi máy bơm thủy lực là dạng bơm không cố định (máy bơm có khả năng thay đổi lưu lượng).

Van phân phối - Phần 3: Van phân phối dạng xoay

Trong phần đầu tiên về van phân phối mình đã giới thiệu sơ bộ về van phân phối, phân loại các dạng van phân phối. Phần 2 về van phân phối mình giới thiệu tới các bạn van phân phối dạng ống trượt. Và ở phần tiếp theo về van phân phối này chúng ta sẽ tìm hiểu về van phân phối dạng trượt.


>>Van phân phối - Phần 1: Giới thiệu và phân loại

>>Van phân phối - Phần 2: Van phân phối dạng ống trượt

Đối với van phân phối dạng ống trượt chúng ta đã biết là chi tiết quan trọng điều khiển hướng dòng chất lỏng chỉnh là ống trụ trượt, còn với van phân phối dạng xoay chi tiết điều khiển hướng dòng là một khóa xoay. Khóa xoay này thường có dạng mặt phẳng, dạng trụ, dạng cầu hoặc dạng côn.

Ở hình phía dưới chúng ta xem xét sơ đồ hoạt động của van phân phối dạng xoay với khóa xoay dạng trụ. Trên bề mặt khóa xoay được khoét 4 rãnh, khi kết hợp với vỏ van sẽ tạo thành 4 khoang.  Khóa xoay còn có 2 lỗ khoan vuông góc, nhưng không cắt nhau để nối từng cặp khoang đối xứng. Trên vỏ van được khoan các cửa để nối với xylanh(motor), máy bơm, và thùng chứa.

Về nguyên tắc hoạt động.

Ở hình a) với góc xoay này của khóa xoay làm bít kín cửa nối với xylanh trên vỏ van. Và mạch thủy lực ở chế độ khóa.

Ở hình b) khóa xoay xoay 1 góc nhỏ, cửa nối với xylanh được mở. Dòng chất lỏng hình thành đi từ máy bơm – qua van – đi tới khoang pittong của xylanh và từ khoang cán xylanh – qua van – về thùng chứa. Các bạn có thể nhìn theo hướng mũi tên ở hình b). Kết quả của chế độ này là xylanh thực hiện  một lực đẩy ra.

Ở hình c) tiếp tục xoay khóa xoay.  Cho tới khi cửa nối với xylanh mở. Dòng chất lỏng hình thành đi từ máy bơm – qua van – đi tới khoang cán của xylanh và từ khoang pittong của xylanh – qua van – về thùng chứa. Các bạn có thể nhìn theo hướng mũi tên ở hình c). Kết quả của chế độ này là xylanh thực hiện  một lực kéo vào. 

Cấu tạo

Chúng ta cùng xem xét cấu tạo của 1 van phân phối dạng xoay, khóa xoay hình trụ với 2 chế độ làm việc. 

Cấu tạo: vỏ 3, mặt bích 5, nắp đạy 1, khóa xoay 2, vật liệu bít kín 4, ổ trục 7,  tay cầm 8, chốt định vị dạng bi 6.

Tại vị trí khóa xoay như hình vẽ dưới, chất lỏng đi qua lỗ 17 vào khoang 16, sau đó theo lỗ 18 đi sang khoang 12.  Chất lỏng từ khoang 12 đi qua lỗ 11 trên vỏ van đi tới động cơ thủy lực. Chất lỏng thoát ra từ động cơ thủy lực đi qua lỗ 9 vào khoang 10 sau đó theo lỗ 13 đi sang khoang 14. Chất lỏng từ khoang 14 đi qua lỗ 15 trên vỏ van về thùng chứa.

Khi xoay khóa xoay 1 góc 45⁰ theo chiều kim đồng hồ, sẽ thay đổi hướng đi của dòng chất lỏng.

Độ khít giữa vỏ van và khóa xoay cần được đảm bảo. Với khóa xoay dạng trụ dung sai giữa vỏ van và khóa xoay cỡ 0.01…0.02 mm. Bề mặt tiếp xúc cần được gia công nhẵn để đảm bảo xoay dễ dàng. Nhược  điểm của khóa xoay dạng trụ là bị ăn mòn bề mặt trong quá trình làm việc. Như vậy rò rỉ sẽ tăng lên theo thời gian sử dụng. Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng khóa xoay dạng trụ.

Van phân phối dạng khóa xoay  thường được sử dụng để hỗ trợ van phân phối dạng ống trượt.

Van tràn - Sự khác nhau giữa van tràn và van an toàn

      Nếu bạn đã làm quen với các mạch thủy lực, làm quen với bảng ký hiệu thiết bị thủy lực, bạn đọc sách hay một tài liệu hoặc bài viết nào đó về Van thủy lực, chắc có lần bạn cũng tự thắc mắc: Tại sao van an toàn và van tràn lại có ký hiệu giống nhau? Tại sao lại cần tới 2 tên gọi cho một loại van?

      Chúng ta cùng đi tìm hiểu sự khác nhau giữa van an toàn và van tràn nhé!

     Ở bài trước mình đã giới thiệu tới các bạn van an toàn (Bài viết Van an toàn cho ai chưa đọc nhé). Ở bài này cùng với việc trả lời câu hỏi trên mình sẽ kết hợp giới thiệu chi tiết về van tràn.

     Van tràn – là thiết bị thủy lực điều khiển áp suất trong mạch thủy lực. Van tràn cũng giống với van an toàn là cùng thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào (ta hiểu đầu vào ở đây là đầu vào của van). Tuy nhiên van an toàn chỉ mở khi áp suất tại nhánh lắp van đặt áp suất định mực, trong khi đó van tràn lại luôn ở trạng thái mở, liên tục rót chất lỏng về thùng chứa để đảm bảo giữ áp suất không đổi tại đầu vào của van.

    Van tràn là thiết bị bắt buộc đối với mạch thủy lực điều khiển bằng van tiết lưu. Trong mạch thủy lực loại này van tràn được lắp song song với máy bơm để đảm bảo áp suất của đầu ra máy bơm luôn không đổi.

    Quay lại với việc so sánh van tràn và van an toàn. Do đặc điểm luôn mở nên van tràn không cần các các thiết bị triệt tiêu rung như van an toàn. Từ đó dẫn tới về mặt cấu trúc van tràn có sự thay đổi đáng kể mặc dù nguyên lý hoạt động không khác so với van an toàn.

    Đối với van an toàn về mặc cấu trúc. Để van làm việc hiệu quả đúng với áp suất định mức đã thiết lập thì phần tử khóa phải đảm bảo bít kín đế khóa. Yêu cầu này bắt buộc phải tiêu tốn chi phí để gia công bề mặt khóa và đế khóa. Nhưng với van tràn luôn ở trạn thái mở. Yêu cầu trên là không cần thiết.

Ví dụ van tràn

    Như vậy về mặt cấu trúc van tràn đơn giản hơn so với van an toàn mà vẫn đảm bảo hiệu quả làm việc. 

Ống dẫn thủy lực - Phần 1: Phân loại và cấu tạo

Mình đã giới thiệu khá nhiều thiết bị thủy lực tới các bạn. Trong bài hôm nay chúng ta cùng tìm hiểu một thiết bị tuy không thật sự giữ vai trò quan trọng, nhưng lại là một thiết bị không thể thiếu đối với bất cứ một hệ truyền dẫn thủy lực nào. Đó chính là ống dẫn thủy lực.

Ống dẫn thủy lực giữ vai trò liên kết các phần tử của Hệ truyền dẫn thủy lực. Ống dẫn thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau:

-  Đảm bảo độ bền cần thiết

-  Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất

-  Đảm bảo không rò rỉ

-  Đảm bảo không chứa, hoặc tạo bong bóng khí

Ống dẫn thủy lực (ODTL) phân thành ODTL mềm và ODTL cứng dựa trên cấu tạo của ống dẫn.

       Ống dẫn cứng: được sản xuất từ thép, đồng, nhôm và hợp kim nhôm. Ống dẫn từ thép được sử dụng khi cần phải chịu áp suất lớn ( <320 at). Ống dẫn từ hợp kim nhôm được sử dụng khi cần chịu áp suất <150 at. Ống dẫn từ đồng sử dụng khì cần chịu áp suất <50 at. Ống dẫn từ đồng thường được sử dụng tại các mối nối, để đảm bảo tính gọn nhẹ, và sử dụng làm đường ống thoát.

       Ống dẫn mềm: có 2 dạng ống dẫn mềm - ống dẫn mềm cao su và ống dẫn mềm kim loại.

-         

           Ống dẫn mềm cao su được sản xuất từ cao su tự nhiên và cao su nhân tạo. Cấu tạo của ống dẫn mềm cao su thường bao gồm một ống cao su đàn hồi ở phía trong và được hóa bền bằng vỏ bọc phía ngoài hoặc khung sợi nằm trong thành ống cao su. Ống mềm cao su được sử dụng để nối giữa 2 phần tử khi vận hành có thể di chuyển tương đối lẫn nhau. Khi đó nhờ đặc tính đàn hồi ống dẫn cao su sẽ làm giảm các xung động áp suất trong hệ thủy lực. Tuy nhiên ống dẫn cao su có các nhược điểm sau: co giãn khi thay đổi áp suất, giảm độ cứng của toàn hệ thủy lực, tuổi thọ ngắn (1,5…3 năm).

Trên hình 2 dạng cấu trúc ống mềm cao su với các thành phần:

1-lớp cao su trong cùng, 2-lớp kim loại mỏng, 3-lớp cao su ở giữa, 4- lớp cao su vỏ.

-         

          Ống dẫn mềm kim loại:  phía trong là một ống dẫn có nhiều nếp gấp, ống dẫn dạng này được chế tạo từ đồng hoặc thép lá; phía ngoài được bọc một lớp vỏ bền. Giữa các vòng xoắn của ống được bit kín đề tránh rò rỉ ( cấu tạo hình dưới). Vật liệu bít kín có thể là giấy chuyên dụng hoặc sợi atbet. Với vật liệu bít kín là giấy, ống dẫn có thể chịu được chất lỏng nóng tới 110 ⁰C, còn với sợi atbet – 300 ⁰C. Ống dẫn mềm kim loại được sử dụng khi mà hệ thủy lực sử dụng chất lỏng làm việc có tính xâm thực và  ăn mòn mạnh.

Trên hình 2 dạng cấu trúc ống mềm kim loại với các thành phần:

1 - biên dạng miếng kim loại lá, 2 - vật liệu bit kín, 3 – vỏ ngoài.

Tài liệu thiết kế hệ thống thủy lực xe nâng.

 

Tên sách: Design of Hydraulic Systems for Lift Trucks
Tác giả: Ivan Gramatikov
Ngôn ngữ: Tiếng Anh
Định dạng: PDF
Số trang: 264
Tải về: Click

Van giảm áp : Phân loại, cấu tạo và nguyên lý

    
Van giảm áp là một van áp suất có tác dụng giữ áp suất đầu ra của van ở một giá trị thiết lập sẵn thấp hơn áp suất đầu vào. Điểm khác nhau cơ bản giữa van giảm áp và các van áp suất đầu vào (van an toàn, van tràn) là thiết lập áp suất tại đầu ra của van.  Có 2 dạng van giảm áp.

Dạng 1: Thiết lập quan hệ áp suất đầu vào và đầu ra của van P₁ và P₂

  Cấu tạo của van: gồm phần tử điều khiển dạng ống trượt 1, ống trượt này bị ép vào đế bởi lò xo 2, lực ép của lò xo 2 được điều chỉnh bởi vít xoay 3. Cửa 4 của vỏ van nối với ống dẫn áp suất cao, cửa 5 của van nối với ống dẫn áp suất thấp. Ở vị trí ban đầu của van là vị trí bị ép vào đế đỡ, cửa vào và cửa ra không được thông nhau. Khi tăng áp suất cửa vào P₁, áp suất P₁ càng lớn tiết diện thông nhau giữa 2 cửa càng lớn và áp suất P₂ càng lớn.



  Quan hệ giữa áp suất đầu vào và đầu ra của van thể hiện bằng biểu thức dưới, lực lò xo ban đầu P_npvà C độ cứng của lò xo.



Dạng 2: Giữ cố định áp suất P₂ tại cửa ra của van – vì vậy có thể gọi là van ổn áp

   Van giảm áp  dạng này giữ cố định áp suất tại cửa ra của van mà không phụ thuộc vào độ biến động áp suất của dòng chất lỏng tới hoặc đi khỏi van. Có 2 loại van dạng 2: van tác động trực tiếp và van tác động gián tiếp.

Van tác động trực tiếp


   1- Vỏ van, 2 – phần tử điều khiển, 3 – lò xo, 4 – vít điều chỉnh, 5 – rãnh nối, 6 – thùng chứa.
   Tại vị trí ban đầu van mở hoàn toàn, độ rộng cửa ra thiết lập bởi vít 4. Tác dụng của van là hầu như giữ không đổi giá trị P₂ tại cửa ra.
   Giả sử vì một lý do nào đó trong hệ thủy lực làm P₂  tăng. Khi đó áp suất khoang trống nối với cửa ra của van bằng rãnh 5 cũng tăng lên, đẩy phần tử điều khiển đi lên trên, kết quả là làm giảm tiết diện cửa thoát, dẫn tới làm giảm P₂ . Trường hợp P₂ giảm thì phần tử điều khiển đi xuống làm tăng tiết diện cửa thoát kéo theo tăng P₂ Như vậy quá trình này làm cho P₂ gần như không đổi.

Van giảm áp tác động gián tiếp.

   Cấu tạo : gồm phần tử điều khiển chính - ống trượt 1, ống trượt có dạng trụ với các đoạn có kích thước khác nhau (hình dưới), lò xo cố định 2 với độ cứng nhỏ, phần tử điều khiển phụ 5 ở dạng van bi trượt. Lực nén của lò xo 4 ở van phụ có thể điều chỉnh bởi vít xoay 3. Vỏ của van có các rãnh nối khoang 7 và 8 với cửa ra của van. Ống trượt 1 có rãnh 9 nối liền khoang 6 với khoang 8.



    Lò xo 4 thiết lập một áp suất lớn hơn áp suất cửa vào của van P₁ , khi đó ống trượt 1 ở vị trí ban đầu (nhìn hình ). Trong trường hợp khoang 6, 7 và 8 có cùng áp suất là P₁, khoang 10 nối với khoang 11, khi đó chất lỏng chảy tự do qua van (tính chất giảm áp - ổn áp không được thể hiện).

Khi thiết lập lò xo 4 một giá trị P_2>P₁,van phụ dạng bi trượt sẽ mở và chất lỏng từ khoang 6 thoát ra thùng chứa một lượng nhỏ. Nhờ đó dòng chảy qua rãnh 9 được tạo thành, cùng với nó trở lực thủy lực bị mất đi. Kết quả là áp suất ở khoang 6 tụt và ống trượt chính bị nâng lên, làm giảm tiết diện thông nhau giữa khoang 10 và 11.Vì thế mà áp suất trong khoang 11, 8 và 7 giảm xuống, tác động vào ống trượt và làm tăng tiết diện thông nhau giữa khoang 10 và 11. Quá trình đó lặp đi lặp lại, làm cho ống trượt thực hiện dao động quanh vị trí thiết lập. Mọi sự thay đổi áp suất ở cửa vào hoặc cửa ra của van đều kéo theo sự di chuyển của ống trượt. Tóm lại tại cửa ra áp suất được giữ cố định.
   Trong van dạng này khoang 7 là một rãnh hẹp, nối khoang với cửa ra có tác dụng như một thiết bị chống rung và làm giảm dao động.

Van tiết lưu - Phần 2

Nhắc lại phần 1 van tiết lưu chúng ta đã phân tích thấy rằng van tiết lưu chảy tầng có đặc tính quan hệ Q(Δp)  tuyến tính nhưng lại phụ thuộc nhiệt độ, còn van tiết lưu chảy rối không phụ thuộc nhiệt độ nhưng lại đặc tính quan hệ Q(Δp) lại là phi tuyến.
Nếu có thể kết hợp cả 2 ưu điểm của 2 loại van trên vào một van thì thật là tốt. Trong bài này chúng ta cùng tìm cách kết hợp 2 loại van đó.

Vấn đề từ phụ thuộc nhiệt độ chuyển sang không phụ thuộc nhiệt độ rất khó khắc phục bởi vậy chúng ta sẽ giải quyết vấn đề phi tuyến sang tuyến tính. Tức là sẽ tuyến tính hóa van tiết lưu chảy rối.
Ta có một dang van tiết lưu chảy rối như hình sau:

Ở đó: 1 – vỏ van, 2 – con trượt, 3 – lò xo.

Viết các phương trình đặc trưng cho van:

1)Phương trình lưu lượng:

Ở đó: S_v – tiết diện van, là phần trắng trên hình từ hướng nhìn A xuống. µ - hệ số lưu lượng, ρ – khối lượng riêng của chất lỏng. 2)Phương trình cân bằng lực con chạy:

3)Phương trình tiết diện van:

b_i(x_i) – hàm số biên dạng mép cửa van.

Khi hàm số biên dạng mép cửa van có dạng:

Với C - hệ số tỷ lệ. Khi đó ta có:

Đến đây ta đã thu được Q=f(Δp) – quan hệ tuyến tính. Vậy mấu chốt của bài toán chính là hàm biên dạng cửa van b_i(x_i). Trên thực tế không thể chế tạo được chính xác biên dạng của theo hàm trên, bởi vậy van thu được của chúng ta vẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dù là rất nhỏ.

Tuy nhiên quan hệ tuyến tính và không phụ thuộc nhiệt độ đôi khi vẫn chưa đáp ứng hết được yêu cầu kỹ thuật cho bài toán. Ở một bài toán điều tiết lưu lượng cao hơn đặt ra yêu cầu giữ nguyên lưu lượng qua van mặc dù có thay đổi áp suất. Vấn đề này sẽ được bàn đến trong phần tiếp theo.

Download Bài viết (PDF - 2 Phần)

(Tải bằng Link MediaFire rút gọn với Ouo.io)

Van tiết lưu - Phần 1: Phân loại và Cấu tạo

Chúng ta đã tìm hiểu khá nhiều về van thủy lực. Bài hôm nay mình sẽ trình bày tiếp một loại van thủy lực, đó là van tiết lưu. Van tiết lưu có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực hoặc một bộ phận hệ thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành: động cơ thủy lực.

Để điều chỉnh lưu lượng, từ công thức Q=V.S dẫn tới có thể điều chỉnh vận tốc hoặc tiết diện dòng chảy. Với chất lỏng thực sự thay đổi vận tốc liên quan trực tiếp tới sự hao phí áp suất – hay chính là độ tụt áp suất qua van (cái này thì đo khá dễ đó là lắp 2 cái đồng hồ đo áp suất trước vào sau van ). Do đó ta vấn đề điều chỉnh lưu lượng có thể thu được từ điều chỉnh độ tụt áp suất  Δp. Hao phí áp suất qua van có thể là hao phí do ma sát theo độ dài hoặc hao phí do trở lực cục bộ.

Phân loại van tiết lưu:

-      Phân loại theo chế độ chảy: van tiết lưu chảy tầng, van tiết lưu chảy rối

-    Phân loại theo khả năng điều chỉnh: van tiết lưu điều chỉnh được và van tiết lưu không điều chỉnh được.

-  Phân loại theo quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng qua van: van tiết lưu tuyến tính Δp=f(Q)và van tiệt lưu phi tuyến ( chính xác là tỷ lệ bình phương) Δp=f(Q²).

Vấn đề chế độ chảy và van tiết lưu:

Chế độ chảy tầng:
Ta biết rằng đối với chất lỏng thực khi chảy qua một ống dẫn có kích thước l/d>10 thì chế độ chảy của chất lỏng đó trong ống được coi là chảy tầng. Như hình dưới là ví dụ van tiết lưu chảy tầng đơn giản. 

l₀– chiều dài đoạn quá độ, l₁ – chiều dài đoạn thiết lập chế độ chảy tầng với Re<2300.

Δp=p₁ - p₂.

l₀=0,03×Re×d.
Ở chế độ chảy tầng hao phí áp suất chủ yếu là do hao phí ma sát theo độ dài rãnh:

Trong biểu thức của Δpkhi chiều dài đoạn thiết lập lớn khi đó Δp₁>> Δp₀  và Δp≈ Δp₁.

Khi đó ta quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng có dạng  Δp=f(Q). Đó chính là một van tiết lưu tuyến tính. Đặc tính tuyến tính chỉnh là ưu điểm của van tiết lưu chảy tầng. Các bạn sẽ thấy điều đó khi đi sâu vào nghiên cứu điều khiển hệ thống. Từ công thức trên ta còn thấy Δp ngoài phụ thuộc vào lưu lượng, tiết diện van còn phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Điều đó có nghĩa là Δp phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đó chỉnh là nhược điểm van tiết lưu chảy tầng.

Phương pháp tăng chiều dài thiết lập cho van tiết lưu chảy tầng thể hiện ở hình dưới. 

1-vỏ van, 2-Vít vặn

Trong van kiểu này chất lỏng đi theo rãnh xoắn. Có thể thay đổi chiều dài bằng cách tăng giảm số vòng xoắn nhờ một vít vặn. Số vòng xoắn và tiết diện rãnh liên quan trực tiếp tới giá trị tụt áp suất Δp theo yêu cầu.

Chế độ chảy rối:

Chế độ của chất lỏng qua van tiết lưu với chảy rối đặc trưng cho dạng van tiết lưu phi tuyến. Ở dạng van này độ tụt áp suất tỷ lệ với bình phương lưu lượng chảy qua van Δp=f(Q²). Hao phí áp suất trong trường hợp này chủ yếu là do biến dạng dòng chất lỏng và tạo xoáy – đó chính là dạng hao phí do trở lực cục bộ. Điều chỉnh Δp bằng cách điều chinh tiết diện van hoặc hệ số trở lực cục bộ. Tiết diện van lớn nhất ứng với van mở hoàn toàn. Tiết diện van nhỏ nhất ứng với điều kiện ngăn ngừa hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. 

(Hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực –  là một quá trình hóa học phức tạp tạo các phân tử phân cực bám vào thành ống dẫn. Khi thiết kế mạch thủy lực và các thiết bị thủy lực cần tính tới ngăn ngừa hiện tượng này. Có thể hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực không gây ảnh hưởng khi tiết diện ống dẫn lớn. Nhưng đôi với van tiết lưu, tiết diện thường nhỏ, các lớp phân tử phân cực được tạo thành không những làm giảm tiết diện van mà còn tạo điều kiện cho các cặn kim loại có trong dầu bám vào. Trường hợp tệ nhất có thể xảy ra là lớp phần tử phân cực kết hợp với lắng cặn lâu ngày sẽ bit kín van. Dẫn tới gây tắc nghẽn mạch.)

Ở hình dưới ( a, b , c , e) là van phi tuyến điều chỉnh được.

Và hình ( d, f ) là van phi tuyến không điều chỉnh được.

Ở đó hình a - van tiết lưu dạng kim chặn, b - van tiết lưu dạng liên bợp, c - van tiết lưu dạng khoang rỗng xoay, d - van tiết lưu dạng vách ngăn tổ hợp, e - van tiết lưu dạng nút xoay lệch tâm,  f - van tiết lưu dạng vách ngăn đơn.
1- vỏ van, 2 - kim van, 3,5- vách van, 4 - nút xoay, 6 - ống lót.

Đặc điểm các van tiết lưu phi tuyến là rút ngắn chiều dài van, chính nhờ đó mà sự tụt áp và lưu lượng không phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng, cũng chính là không phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đặc điểm này làm cho van phi tuyến làm việc ổn định hơn và là ưu điểm chính của van phi tuyến. Nhưng quan hệ tỷ lệ bình phương lại chính là nhược điểm cho vấn đề điều khiển.

Hình f )  là một van tiết lưu dạng vách ngăn, trở lực phụ thuộc vào đường kính lỗ (d_min ≥0,5 mm ).

Quan hệ lưu lượng và độ sụt áp thể hiện bằng biểu thức:

Ở đó µ - hệ số lưu lượng, S – tiết diện van, ρ – khối lượng riêng của chất lỏng. C – trở lực thủy lực. Hệ số  µ  phụ thuộc vào cấu trúc của van, chuẩn số Reynolds, dạng và kích thước lỗ vách.

Vấn đề kích thước lỗ vách càng nhỏ càng dễ xảy ra hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. Mà để tạo ra một sự sụt áp lớn thì cần phải giảm tiết diện van. Khác phục nhược điểm này bằng cách sử dụng tổ hợp nhiều vách chắn đặt liên tiếp như hình d . Ở van tiết lưu dạng này yêu cầu mặt cấu trúc : khoảng cách giữa các vách l ≥ (3…5)d và bề dày vách s≤ (0,4…0,5) d. Ở đây có một câu hỏi cho các bạn: Đó là tại sao các lỗ lại phải thiết kế lệch nhau?

Lúc này độ sụt áp của van là tổng độ sụt áp qua từng vách.

Bài hôm nay dừng tại đây! Chúc cả nhà vui vẻ!

Download Bài viết (PDF - 2 Phần)

(Tải bằng Link MediaFire rút gọn với Adfly - sau 5s, bỏ quảng cáo, tải bình thường)