Điều khiển dạng thể tích

Trong bài Điều khiển bằng van tiết lưu mình đã giới thiệu phương pháp thay đổi vận tốc cơ cấu chấp hành bằng van tiết lưu. Trong thực tế còn một phương pháp khác cho phép chúng ta điều khiển tốc độ cơ cấu chấp hành bằng cách sử dụng các máy thủy lực dạng thể tích có lưu lượng biến đổi. Thay đổi lưu lượng của máy thủy lực thường thực hiện bằng sự thay đổi thể tích công tác (thể tích riêng) của máy thủy lực trong hệ thống.

Cho nên ta gọi điều khiển dạng này là:  điều khiển dạng thể tích hay Hệ truyền động  thủy lực  điều khiển bằng máy.

Trong các hệ thống thủy lực với động cơ thủy lực dạng chuyển động quay (motor thủy lực) có 3 phương án (phương pháp) điều khiển lưu lượng của các máy thủy lực này.

1. Thay đổi thể tích riêng của máy bơm thủy lực

2. Thay đổi thể tích riêng của động cơ thủy lực (motor thủy lực)

3. Thay đổi thể tích riêng của các máy bơm và motor thủy lực.

Đối với hệ truyền động thủy lực với động cơ thủy lực tịnh tiến (xilanh thủy lực) chỉ có thể sử dụng phương án thứ nhất.

Nghiên cứu sơ đồ cơ bản dưới đây:

Hình 1. Sơ đồ mạch thủy lực không điều khiển

Với hệ truyền động không có khả năng điều khiển:

Trong trường hợp lý tưởng ta có: Q_b = Q_đc.

V_0b×n_b = V_0đc×n_đc;

n_đc = (V_0b/V_0đc) ×n_b;

Thêm vào thông số điều khiển bằng máy thủy lực dạng thể tích lưu (Ngắn gọn: điều khiển bằng máy thủy lực – hoặc điều khiển dạng thể tích)

Thông số điều khiển máy bơm: e_b = V’_0b/V_0b;

V’_0b – thể tích làm việc hiện thời của máy bơm;

V_0b – thể tích làm việc cực đại của máy bơm;

Thông số điều khiển của động cơ: e_đc = V’_0đc/V_0đc;

V’_0đc – thể tích làm việc hiện thời của động cơ;

V_0đc – thể tích làm việc cực đại của động cơ;

Ta có:

e_b×V_0b×n_b = e_đc×V_0đc×n_đc;

n_đc =(e_b/e_đc)× (V_0b/V_0đc) ×n_b; (1)

TH1. Điều khiển bằng cách thay đổi thể tích riêng của máy bơm thủy lực :

Trong phương án này chúng ta sử dụng máy bơm có khả năng thay đổi lưu lượng. Khả năng thay đổi lưu lượng của máy bơm được thể hiện bởi thông số điều khiển máy bơm e_b. Khi lưu lượng máy bơm thay đổi từ 0 tới cực đại. Thông số điều khiển e_b thay đổi từ 0 tới 1.

Hình 2. a - Sơ đồ nguyên lý; b - Sự phụ thuộc vận tốc và áp suất vào thông số điều khiển
1 - Động cơ thủy lực; 2 - Van an toàn; 3 - Bơm cố định phụ; 4 - Bơm chính biến đổi; 5 - Van một chiều

Từ biểu thức (1) ta có : e_đc = 1 ; e_b = 0÷1;

n_đc =e_b× (V_0b/V_0đc) ×n_b; (1.1)

1. Khi e_b = 0 à n_đc = 0 : động cơ đứng yên;

2. Khi e_b = 1 à n_đc = n_đc.max : động cơ quay với vận tốc cực đại;

Momen xoắn đặt vào trục động cơ chỉ phụ thuộc vào tải trọng ngoài; từ đó xác định được áp suất làm việc của chất lỏng trong động cơ: p_đc;

Ta có:

M_đc = ∆p_đc×V_0đc/(2π) ; ∆p_đc= ∆p_b ;

N_đc = M_đc×Ω_đc = V_0đc×∆p_đc×n_đc ;

Khi cố định giá trị ∆p, công suất động cơ N_đc tỷ lệ thuận với tốc độ quay (tần số quay) của động cơ n_đc ;

TH2. Điều khiển bằng các thay đổi thể tích động cơ :

e_b = 1 và e_đc = var ;

Hình 3. a - Sơ đồ nguyên lý; b - Sự phụ thuộc của vận tốc, momen của motor thủy lực vào thông số điều khiển;

e_M– hiểu là thông số điều khiển của motor thủy lực; chính là e_đc .

Tần số quay của động cơ :

n_đc =(1/e_đc)× (V_0b/V_0đc) ×n_b; (1.2)

1. Khi e_đc = 1 àthì  n_đc = n_đc.min : động cơ quay với vận tộc cực tiểu;

2. Khi e_đc = 0 àthì  n_đc à ∞ ;

Ta có:

M_đc = ∆p_đc×V’_0đc/(2π)= ∆p_đc×e_đc×V_0đc/(2π); ∆p_đc = ∆p_b ;

Từ (1.2) ta có e_đc = f(1/n_đc) à M_đc= f’(1/n_đc) ;

N_đc = M_đc×Ω_đc = V’_0đc×∆p_đc×n_đc = e_đc×V_0đc×∆p_đc× (1/e_đc)× (V_0b/V_0đc) ×n_b ;

N_đc = V_0b×∆p_đc×n_b= N_b ;

Vậy N_đc không phụ thuộc vào n_đc ;

Thông số điều khiển động cơ nhỏ gần với giá trị không là nhược điểm của phương pháp điều khiển này. Nghĩa là xuất hiện sự làm việc không ổn định của động cơ ; sau đó nó tự hãm. Đây là do quan hệ M_đc = f’(1/n_đc). Khi n_đc à ∞ thì M_đc à0 nên động cơ tự hãm và dừng. Vì tỷ lệ nghịch giữa M_đc và n_đc gây nên sự làm việc không ổn định khi giá trị thông số điều khiển motor tiến về 0.

TH3. Thay đổi thể tích cả máy bơm lẫn động cơ thủy lực:

Sự điều khiển được thực hiện bằng cách lần lượt : Đầu tiên thay đổi thông số điều khiển của máy bơm khi giữ không đổi thể tích riêng của motor ; sau đó giữ cố định lưu lượng máy bơm ở cực đại và giảm thể tích riêng của động cơ. Giảm thể tích riêng của động cơ cho tới thông số điều khiển khi đạt được giá trị cực đại.

Hình 3. a - Sơ đồ nguyên lý; b - Sự phụ thuộc vận tốc, áp suất, momen vào thông số điều khiển.
e_M – hiểu là thông số điều khiển của motor thủy lực; chính là e_đc; 
e_H – hiểu là thông số điều khiển của bơm thủy lực; chính là e_b.

1. Chỉ điều khiển mỗi máy bơm

e_đc = 1 ; e_b = 0÷1 ;

e_b = 0 à n_đc = 0 ;

e_b = 1 àn_đc = n_đc* ;

2. Chỉ điều khiển động cơ

e_b = 1 ;

e_đcgiảm tới cực tiểu à n_đc*tiến tới n_đc.max ;

Sơ đồ thủy lực xe nâng tự động

Trong bài này mình và các bạn sẽ cùng nhau nghiên cứu sơ đồ thủy lực của một xe nâng tự động. Sơ đồ thủy lực của xe nâng như hình 1. Trên sơ đồ này có sử dụng các ký hiệu thủy lực thường là các chữ cái đầu của từ gốc trong tiếng Nga. Mình sẽ vừa giới thiệu vừa giải thích ký hiệu.




Với mạch thủy lực này chất lỏng công tác (hay chất lỏng làm việc – dầu thủy lực) được bơm thủy lực Н (Tiếng Nga là: насос) hút từ thùng chứa dầu, đi qua bộ lọc thủy lực Ф (Tiếng Nga: фильтр), đi qua máy bơm và thông qua các van phân phối Р1, Р2 và Р3 (Tiếng Nga: распределитель) đi vào hệ thống thủy lực của xe nâng tự động. Các van phân phối đảm bảo sự điều khiển xe nâng làm việc.

Cơ cấu kẹp thủy lực

Cơ cấu kẹp thủy lực bao gồm các thiết bị thủy lực sau: Van phân phối dạng con trượt Р1 (золотниковая распределитель), khóa thủy lực ЗМ2 (гидрозамок), và 2 van an toàn КП2 và КП3(предохранительный клапан). Đường ống dẫn thủy lực điều khiển khóa thủy lực ЗМ2 được nối với van phân phối P1. Khi con trượt của van phân phối P1 ở vị trí trung hòa (vị trí công tác giữa) đường điều khiển của khóa thủy lực ЗМ2 thông với thùng chứa. Bố trí như vậy đảm bảo tránh khỏi khả năng chất lỏng công tác thoát từ phần trên của xilanh thủy lực Ц1(гидроцилиндр) ra đường ống xả, có nghĩa là tránh làm giảm lực kẹp tải trọng của kẹp thủy lực.

Khi van phân phối P1 ở vị trí làm việc bên trái, chất lỏng công tác từ máy bơm đổ vào khoang dưới của xilanh thủy lực Ц1. Đồng thời áp suất chất lỏng mở khóa thủy lực ЗМ2 cho phép chất lỏng chảy từ khoang trên của xilanh thủy lực Ц1 về thùng chứa. Và kẹp thủy lực được nhả ra. Khi van phân phối P1 ở vị trí công tác bên phải chất lỏng công tác từ khoang trên của xilanh thủy lực Ц1 đi qua khóa thủy lực ЗМ2, khi đó khóa thủy lực làm việc như 1 van 1 chiều. Và chất lỏng công tác từ khoang dưới của xilanh Ц1 đổ về thùng chứa. Kẹp thủy lực kẹp tải trọng.

Hình 1. Sơ đồ thủy lực xe nâng tự động

Các van an toàn КП2 và КП3 phòng ngừa hệ thống kẹp thủy lực khỏi sự quá tải  trong mối quan hệ với lưu lượng chất lỏng đổ vào đường ống thủy lực này hoặc đường ống thủy lực khác.

Bộ phận nâng và hạ cơ cấu kẹp thủy lực.

Bộ phận này bao gồm các thiết bị: 2 xilanh tác động đơn giống nhau Ц2 và Ц3, 2 xilanh này hoạt động thông qua bộ chia dòng ДП (делитель потока) và bộ tổng hợp dòng СП (сумматор потока) đảm bảo tải trọng nằm ngang khi nâng lên và hạ xuống. 2 xilanh được phân bố trong 2 trụ nâng trái phải. Khóa thủy lực ЗМ1 có tác dụng loại bỏ khả năng tự hạ xuống của tải trọng (xilanh tự trượt). Van КП4 có tác dụng tạo áp suất trong đường ống dẫn nhằm phòng ngừa hệ thống thủy lực khỏi sự phá hủy trong trường hợp tải trọng được nâng lên vượt quá trọng lượng cho phép. Khi van phân phối P2 ở vị trí công tác bên trái, chất lỏng đi qua bộ chia dòng ДП vào xilanh Ц2 và Ц3 và tải trọng được nâng lên. Khi đó khóa thủy lực ЗМ1 làm việc như một van một chiều.

Khi van phân phối ở vị trí công tác bên phải: khóa thủy lực mở ra rót chất lỏng từ các xilanh về thùng chứa. Bộ phận kẹp thủy lực dưới tác động của trọng lượng tải trọng tự hạ xuống (trường hợp khi bốc dỡ hàng hóa).

Bộ phận dịch chuyển ngang cơ cấu kẹp thủy lực.

Xilanh Ц4 có tác dụng dịch chuyển kẹp thủy lực theo phương ngang. Dưới sự điều  khiển van phân phối 3 vị trí công tác P3 ở các vị trí công tác khác nhau cho hiệu quả điều khiển sự dịch chuyển của xilanh  Ц4.

Tổ hợp van tiết lưu kết hợp van một chiều ДР có tác dụng điều khiển tốc độ dịch chuyển kẹp thủy lực theo phương ngang. Điều khiển vận tốc thực hiện khi điều tiết lưu lượng chất lỏng tại đầu ra hoặc đầu vào xilanh thủy lực Ц4. Van КП1 có công dụng phòng ngừa hệ thống thủy lực khỏi sự quá tải. Van một chiều KO1 cần thiết cho việc chất lỏng công tác tự do chảy vòng qua bộ lọc thủy lực Ф trong trường hợp bộ lọc bị tắc, hỏng  hoặc quá hạn sử dụng.

Hy vọng bài viết có ích cho mọi người!