Giáo trình Điều khiển thủy lực (Ngành Điện công nghiệp)

Gi ớ i thi ệ u h ệ th ống điề u khi ể n b ằ ng thu ỷ l ự c

Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

điều khiển bằng thuỷ lực.

Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

2 Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu 8 4 4

1.3 Cấu tạo và chức năng của các bộ phận trong bể dầu

GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 5

6 Bình trích chứa (Bình tích năng)

3 Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng 8 4 4

1 Sơđồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực

2.1 Van tràn và van an toàn

3.2 Van một chiềuđiều khiển hướng chặn

4 Bài 4: Các phần tử điện - thuỷ lực cơ bản

1.4 Các loại tín hiệu tác động

7 Xi lanh thủy lực (cơ cấu chấp hành)

7.1 Xi lanh tác động đơn

7.2 Xi lanh tác động kép

5 Bài 5: Các mạch điện - thuỷ lực ứng dụng

1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay

2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc

3 Hệ thống cơ cấu nâng hạ

Bài 1: Gi ớ i thi ệ u h ệ th ống điề u khi ể n b ằ ng thu ỷ l ự c 12

1 Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 12

2 Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 12

3 Cấu trúc của hệ thống thủy lực 13

4 Đơn vị đo các đại lượng cơ bản 13

6 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 14

Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu 15

6 Bình trích chứa (Bình tích áp) 20

Bài 3: Các ph ầ n t ử th ủ y l ự c thông d ụ ng 22

1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực 23

Bài 4: Các ph ầ n t ử điệ n - thu ỷ l ực cơ bả n 27

11 Câu h ỏ i ôn t ậ p Error! Bookmark not defined

Bài 5: Các m ạch điệ n - thu ỷ l ự c ứ ng d ụ ng Error! Bookmark not defined

1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay Error! Bookmark not defined

2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc Error! Bookmark not defined

3 Hệ thống cơ cấu nâng hạ Error! Bookmark not defined

4 Máy khoan bàn Error! Bookmark not defined

TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O Error! Bookmark not defined

Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Giới thiệu:

Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực, bao gồm các ưu điểm và nhược điểm của hệ thống này, các đơn vị đo lường liên quan, cũng như cấu trúc chung của hệ thống thủy lực.

Đơn vị đo các đại lượng cơ bản như áp suất, lưu lượng, thể tích và công suất rất quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật Bên cạnh đó, việc hiểu rõ các yêu cầu về dầu sử dụng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực cũng là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.

- Phân Biệt được đơn vị đo của các đại lượng áp suất, lưu lượng, thể tích, công suất;

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

1 Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điềukhiển bằng thuỷ lực

- 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ

- 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nh-: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không,

Từ năm 1960 đến nay, việc ứng dụng tự động hóa trong thiết bị và dây chuyền sản xuất đã đạt trình độ cao, cho phép điều khiển hệ thống truyền động thủy lực công suất lớn bằng máy tính.

2 Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

Truyền động có khả năng cung cấp công suất cao và lực lớn nhờ vào các cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đồng thời yêu cầu ít bảo trì và chăm sóc.

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn)

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn vàbị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, cùng với tính chịu nén của dầu, cho phép hoạt động ở vận tốc cao mà không lo bị va đập mạnh, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng cơ khí và điện.

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá.

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng

Việc duy trì vận tốc không đổi trong hệ thống dẫn chất lỏng gặp khó khăn do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của ống dẫn Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống chưa ổn định, dẫn đến sự biến đổi trong vận tốc làm việc do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.

3 Cấu trúc của hệ thống thủy lực

- Thùng dầu: Dùng để chứa dầu thủy lực

- Bơm dầu: Dùng để tạo áp lực truyền năng lượng cho dầu

- Lọc dầu: Dùng để lọc bụi và nước trong dầu

Bình tích năng có vai trò quan trọng trong việc bổ sung lưu lượng cho mạch và hệ thống, đồng thời ổn định áp suất khi bơm gặp sự cố hoặc dừng hoạt động Nó giúp dự trữ năng lượng cho toàn bộ hệ thống, giảm sốc cho dòng chảy vận tốc cao và khử dao động trong mạch với các mạch đóng ngắt liên tục ở áp suất cao.

- Van thủy lực: Dùng đểđiều chỉnh và điều khiển dòng dầu

- Cơ cấu chấp hành: Dùng để dẫn động máy sản xuất

4 Đơn vị đo các đại lượng cơ bản Đơn vịcơ bản của áp suất theo hệđo lường SI là Pascal (Pa)

Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1Newton (N)

Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa)

Ngoài ra còn sử dụng đơn vị bar:

Và đơn vị kgf/cm2 (theo tiêu chuẩn cộng hòa liên bang Đức)

Trong thực tế có thể coi: 1bar = 1kgf/cm2 = 1at

Ngoài ra một số nước Anh, Mỹ còn sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) :

Hệ thống điều khiển thủy lực đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc và máy tời.

Dưới đây là một số ứng dụng của điều khiển thủy lực:

Hình 1.1: Hệ thống bão dưỡng xe,tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

Hình 1.2: Máy cắt thủy lực-Khuôn tạo dè xe máy

Hình 1.3: Máy ép thủy lực-Ghép các cơ cấu khuôn

Hình 1.4: Máy chấn thủy lực-Máy ép đế giày

Hình 1.4: Máy uốn ống thủy lực-Đóng gói sản phẩm-Phân loại sản phẩm

6 Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực

6.1 Độ nhớt Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng Độ nhớt xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khảnăng chống biến dạng trượt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng Có hai loại độ nhớt

Độ nhớt động lực (η) là lực ma sát, được đo bằng 1N, tác động lên mỗi đơn vị diện tích 1m² của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng Hai lớp này cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s.

- Độ nhớt động Độ nhớt động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực η với khối lượng riêng ρ của chất lỏng

Câu hỏi ôn tập

A Là sử dụng chất lỏng để truyền năng lượng

B Là sử dụng khí nén để truyền năng lượng

C Là sử dụng điện năng để truyền năng lượng

D Là sử dụng động cơ điện để truyền năng lượng

2 Đơn vịnào sau đây dùng đểđo áp lực?

A Bar B Psi C Kgf/cm 2 D Cảba đáp án trên

3 1 bar bằng bao nhiều Psi?

4 1 bar bằng bao nhiêu Pa?

5 Đơn vịnào sau đây là đơn vị đo lưu lượng?

6 Hệ thống điều khiển thủy lực gồm những thành phần cơ bản nào?

A Động cơ điện, bơm dầu, động cơ thủy lực, van điều khiển

B Thùng dầu, bơm dầu, thiết bịđo lường, van an toàn, van điều khiển, bình tích năng, cơ cấu chấp hành

C Bơm dầu, thùng dầu, van điều khiển, van an toàn

D Thùng dầu, bơm dầu, thiết bịđo lường, van điều khiển, cơ cấu chấp hành

Thiết bị cung cấp và xử lý dầu

Bơm dầu

Bơm bánh răng

Bơm piston

B ộ l ọ c d ầ u

Bình trích chứa (Bình tích áp)

3 Bài 3: Các phần tử thủy lực thông dụng 8 4 4

1 Sơđồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực

Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực, bao gồm các ưu và nhược điểm của hệ thống này Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về các đơn vị đo lường liên quan và cấu trúc chung của hệ thống thủy lực.

Đơn vị đo các đại lượng cơ bản trong hệ thống thủy lực bao gồm áp suất, lưu lượng, thể tích và công suất Bên cạnh đó, cần nắm rõ các yêu cầu chất lượng của dầu sử dụng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.

Kể từ năm 1960, ứng dụng tự động hóa trong thiết bị và dây chuyền sản xuất đã phát triển mạnh mẽ, với khả năng điều khiển bằng máy tính cho hệ thống truyền động thủy lực có công suất lớn.

Truyền động có khả năng cung cấp công suất cao và lực lớn nhờ vào các cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao Hệ thống này yêu cầu ít sự chăm sóc và bảo dưỡng, mang lại hiệu quả lâu dài cho người sử dụng.

Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, kết hợp với tính chịu nén của dầu, cho phép hoạt động ở vận tốc cao mà không lo ngại về va đập mạnh, điều này rất hữu ích trong các ứng dụng cơ khí và điện.

Việc duy trì vận tốc không đổi trong hệ thống dẫn chất lỏng gặp khó khăn do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của ống dẫn Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống chưa ổn định, dẫn đến sự thay đổi vận tốc làm việc do sự biến động của độ nhớt chất lỏng.

Bình tích năng là thiết bị quan trọng giúp bổ sung lưu lượng cho mạch và hệ thống, ổn định áp suất khi bơm gặp sự cố hoặc dừng hoạt động Nó còn có chức năng dự trữ năng lượng cho toàn bộ hệ thống, giảm sốc cho dòng chảy có vận tốc cao và khử dao động trong mạch với các mạch đóng ngắt liên tục ở áp suất cao.

Hệ thống điều khiển thủy lực đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, và máy tời.

Độ nhớt động lực (η) là lực ma sát, được đo bằng 1N, tác động lên một đơn vị diện tích 1m² của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng Hai lớp này cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s.

Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu Giới thiệu:

Bài học này sẽ trang bị cho chúng ta kiến thức về bể dầu và các thiết bị xử lý dầu, trước khi dầu thủy lực được cung cấp cho mạch điều khiển.

- Trình bày được nguyên lý hoạt động cuả các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính cuả thùng dầu, bình trích chứa;

Phân loại và nhận diện các thiết bị cung cấp và xử lý dầu, bao gồm các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính của thùng dầu và bình trích chứa, là bước quan trọng trong quy trình quản lý và bảo trì hệ thống dầu.

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập.

Hình 2.1: Ký hiệu bể dầu

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về).

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc.

Hình 2.2: Cấu tạo bể dầu

Hình 2.3: Ký hiệu bơm dầu

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau, trong đó bơm tạo ra năng lượng và động cơ dầu tiêu thụ năng lượng đó Mặc dù chúng có vai trò khác nhau, nhưng bơm và động cơ dầu cùng loại có cấu trúc và phương pháp tính toán tương tự.

Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, biến cơ năng thành năng lượng của dầu Trong hệ thống dầu ép, thường sử dụng bơm thể tích, loại bơm này hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích buồng tăng, bơm hút dầu vào, và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra Dựa vào lượng dầu được bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, bơm thể tích được phân thành hai loại.

Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định

Bơm điều chỉnh, hay bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, là thiết bị quan trọng với các thông số cơ bản như lưu lượng và áp suất Động cơ dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ, trong đó dầu có áp suất được sử dụng để thực hiện quá trình này.

Các ph ầ n t ử th ủ y l ự c thông d ụ ng

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực

Van áp suất

Van chặn

Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực, bao gồm các ưu điểm và nhược điểm của hệ thống này Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về các đơn vị đo lường và cấu trúc chung của hệ thống thủy lực.

Đơn vị đo các đại lượng cơ bản trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực bao gồm áp suất, lưu lượng, thể tích và công suất Ngoài ra, cần nắm rõ các yêu cầu chất lượng của dầu sử dụng trong hệ thống này để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.

Từ năm 1960 đến nay, ứng dụng công nghệ trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền sản xuất đã phát triển mạnh mẽ, cho phép điều khiển hệ thống truyền động thủy lực công suất lớn bằng máy tính.

Truyền động có khả năng cung cấp công suất cao và lực lớn nhờ vào các cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao Tuy nhiên, hệ thống này yêu cầu ít sự chăm sóc và bảo dưỡng.

Nhờ vào quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, cùng với khả năng chịu nén của dầu, hệ thống này có thể hoạt động ở vận tốc cao mà không lo bị va đập mạnh, điều này khác biệt so với các thiết bị cơ khí và điện.

Việc duy trì vận tốc không đổi trong hệ thống dẫn chất lỏng gặp khó khăn do tính nén của chất lỏng và độ đàn hồi của ống dẫn Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống chưa ổn định, dẫn đến sự biến đổi trong vận tốc làm việc do sự thay đổi độ nhớt của chất lỏng.

Bình tích năng là thiết bị quan trọng giúp bổ sung lưu lượng cho mạch và hệ thống, đồng thời ổn định áp suất khi bơm gặp sự cố hoặc dừng hoạt động Nó cũng dự trữ năng lượng cho toàn bộ hệ thống, giảm sốc cho dòng chảy với vận tốc cao và khử dao động trong các mạch đóng ngắt liên tục ở áp suất cao.

Hệ thống điều khiển thủy lực đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như máy ép áp lực, máy nâng hạ, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, và máy tời.

Độ nhớt động lực (η) là lực ma sát 1N tác động trên một đơn vị diện tích 1m² của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau 1m và có vận tốc 1m/s.

Bài 2: Thiết bị cung cấp và xử lý dầu Giới thiệu:

Bài học này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ về bể dầu và các thiết bị xử lý dầu cần thiết trước khi dầu thủy lực được cung cấp cho mạch điều khiển.

- Trình bày được nguyên lý hoạt động cuả các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính cuả thùng dầu, bình trích chứa;

Các thiết bị cung cấp và xử lý dầu được phân loại và nhận dạng bao gồm các loại bơm, động cơ dầu, các bộ phận chính của thùng dầu và bình trích chứa Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong quy trình vận chuyển và xử lý dầu, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong hoạt động.

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập.

Hình 2.1: Ký hiệu bể dầu

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về).

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc.

Hình 2.2: Cấu tạo bể dầu

Hình 2.3: Ký hiệu bơm dầu

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau, trong đó bơm tạo ra năng lượng còn động cơ dầu tiêu thụ năng lượng Mặc dù chúng có vai trò khác nhau, nhưng bơm và động cơ dầu cùng loại có kết cấu và phương pháp tính toán tương tự.

Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, chuyển cơ năng thành năng lượng của dầu Trong hệ thống dầu ép, thường sử dụng bơm thể tích, loại bơm này hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích buồng tăng, bơm sẽ hút dầu, và khi thể tích giảm, bơm sẽ đẩy dầu ra Dựa vào lượng dầu được bơm đẩy ra trong mỗi chu kỳ, bơm thể tích có thể được phân loại thành hai loại khác nhau.

Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định

Bơm điều chỉnh là loại bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, với hai thông số cơ bản là lưu lượng và áp suất Động cơ dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ, trong đó dầu có áp suất được sử dụng để thực hiện quá trình biến đổi năng lượng này.

Van tiết lưu

Hình 3.13: Ký hiệu van tiết lưu cốđịnh

Hình 3.13: Ký hiệu van tiết lưu thay đổi được lưu lượng

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực.

Bộ ổn tốc

Hình 3.14: Ký hiệu bộổn tốc

Bộ ổn tốc là một thiết bị bao gồm van giảm áp và van tiết lưu, thường được lắp đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành Mặc dù có thể lắp trên đường vào hoặc ra, nhưng vị trí lắp phổ biến nhất vẫn là ở đường ra của cơ cấu chấp hành.

Bộ ổn tốc giúp duy trì hiệu áp không đổi khi áp suất giảm (∆p = const), từ đó đảm bảo lưu lượng chảy qua van ổn định, giúp vận tốc của cơ cấu chấp hành gần như không thay đổi.

Câu hỏi ôn tập

1 Chức năng của van giảm áp?

A Điều chỉnh áp lực đầu ra cấp cho hệ thống điều khiển

B Điều chỉnh áp lực đầu vào cấp cho hệ thống điều khiển

C Điểu khiển lưu lượng dầu

D Điều khiển cơ cấu chấp hành

2 Chức năng của van an toàn?

A Điều chỉnh lưu lượng dầu

B Bảo vệ hệ thống thủy lực khi áp lực dầu vượt quá định mức

C Điều chỉnh áp lực của hệ thống

D Bảo vệ hệ thống thủy lực khi nhiệt độ dầu vượt quá định mức

3 Van an toàn làm việc khi nào?

A Khi non tải B Khi đủ tải C Khi quá tải D Thường xuyên

4 Van cản có tên gọi khác là gì?

A Van đảo chiều B Van hai chiều C Van an toàn D Van một chiều

5 Rơ le áp suất có tác dụng gì trong hệ thống thủy lực?

A Cắt điện cấp cho động cơ điện khi áp suất của hệ thống vượt qua giới hạn quy định

B Cắt dầu cấp cho hệ thống

C Cắt khí cấp cho hệ thống

6 Van một chiều cho dòng dầu đi thế nào?

A Đi theo một chiều nhất định

C Không cho dầu đi qua

7 Van tiết lưu dùng để làm gì?

8 Bộổn tốc gồm nhưng van nào?

A van một chiều và van đảo chiều

B Van tiến lưu và van đảo chiều

C Van giảm áp và van tiết lưu

D Van an toàn và van tiết lưu

Các ph ầ n t ử điệ n - thu ỷ l ực cơ bả n

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	546,67 KB