Khảo sát và tính toán hệ thống thuỷ lực trên máy đào Komat’su PC - 400

o với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo lưu lương đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn. Kết cấu bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia làm hai loại chính: Bơm cánh gạt đơn và bơm cánh gạt kép. Hình 4-6 Bơm cánh gạt đơn Lưu lượng của bơm cánh gạt đơn có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm e Hình 4-7 Bơm cánh gạt loại kép * Bơm piston: Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston xy lanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p= 700 bar). Bơm piston thường được dùng ở những hệ thống thuỷ lực cần áp suất cao và lưu lượng lớn như máy đào, máy nâng… Dựa vào cách bố trí piston, bơm có thể chia làm các loại sau: +/ Bơm piston đơn +/ Bơm piston dãy phẳng +/ Bơm piston – rô to hướng tâm +/ Bơm piston – rô to hướng trục (đồng trục và trục cong). Bơm piston đơn và piston dãy phẳng không điều chỉnh được lưu lượng. Bơm piston – rôto có thể chế tạo không thay đổi lưu lượng hoặc có thể thay đổi lưu lượng. Hình 4-8 Bơm piston – rô to đồng trục Hình 4-9 Bơm piston- rô to trục cong Hình 4-10 Bơm piston- rôto hướng tâm 4.2.2. Bơm thuỷ lực trên máy đào Komat’su PC-400 Hình 4-11 Bơm thuỷ lực trên máy đào Komat’su PC-400 1. Trục bơm trước; 2. Bệ đỡ; 3. Vỏ bơm trước; 4. Đĩa cam lắc; 5. Đế piston 6. Piston ; 7. Block xylanh; 8. Van đĩa phân phối; 9. Mặt bích nối bơm trước và bơm sau; 10. Khớp nối; 11. Bu lông; 12. Trục bơm sau; 13. Vỏ bơm sau; 14. Piston trợ động; 15. Bánh răng dẫn động bơm phụ. Trên máy đào Komat’su PC-400 có một bơm chính (bơm kép) và một bơm phụ. Bơm chính dùng để cung cấp dầu cao áp cho bộ phận công tác. Bơm chính là loại bơm piston- rô to đồng trục dạng kép, để tăng công suất của bơm. Loại bơm này có hai block xy lanh ( rô to), đặt đối xứng và quay cùng chiều. Các phần tử điều khiển lưu lượng được tích ngay trong bơm làm tăng khả năng điều khiển 4.2.2.1. Nguyên lý hoạt động Hình 4-12 Nguyên lý hoạt động bơm piston ứng với góc nghiêng α Xy lanh (5) được nối cứng với trục (1) nhờ then hoa. Trục dẫn (1) được dẫn động từ động cơ. Khi trục (1) quay xy lanh (5) và piston (4) cũng quay theo. Đế piston (3) quay theo và trượt trên mặt A của đĩa cam lắc (2). Các piston chuyển động tịnh tiến lên xuống trong khối xy lanh thực hiện quá trình hút và đẩy chất lỏng ( dầu thuỷ lực). Hành trình hút tương ứng với quá trình hành trình piston tăng dần (thể tích buồng làm việc tăng dần) và ngược lại với quá trình đẩy. Lưu lượng và áp suất của bơm phụ thuộc vào góc nghiêng α của đĩa cam lắc (2). Góc nghiêng càng lớn thì lưu lượng của bơm càng lớn. khi α=0 thì không có dầu ra khỏi bơm. Hình 4-13 Nguyên lý hoạt động bơm piston ứng với góc nghiêng α=0 4.2.2.2. Điều khiển thay đổi lưu lượng bơm. Khi góc nghiên α của đĩa cam lắc (4) thay đổi thì lưu lượng xả ra của bơm cũng thay đổi theo. Góc nghiêng của đĩa cam lắc thay đổi nhờ piston trợ động (14). Piston trợ động (14) chuyển động thẳng, qua lại theo lệnh điều khiển từ van điều khiển. Piston trợ động (14) chuyển động làm đĩa cam lắc (4) chuyển động theo trên mặt trụ của bệ đỡ (4), làm cho góc nghiêng α thay đổi. Do đó, lưu lượng xả ra của bơm cũng thay đổi theo. 4.3. Mô tơ quay toa 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 4-14 Cấu tạo mô tơ quay toa Lò xo phanh; 2. Trục ra; 3. Bích chặn dầu; 4. Vỏ; 5. Ổ đũa côn; 6. Đĩa phanh 7. Đĩa ma sát; 8. Piston; 9. Xy lanh; 10. Lò xo; 11. Trục giữa; 12. Đĩa phân phối; 13- Piston phanh Nguyên lý hoạt động: Hình 4-15 Nguyên lý hoạt động của mô tơ thuỷ lực Áp suất cao; 2. Áp suất thấp; 3. Lực vòng; 4. Lực dọc trục; 5. Lực tác dụng lên đuôi piston. Dầu thuỷ lực từ bơm chính đi vào mô tơ theo đường (1). Đầu áp suất cao nén piston chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động của chất lỏng. Lúc này, đuôi piston tác dụng lên đĩa trục lực (5). Lực này được chia thành hai thành phần: Lực dọc trục (4) và lực vòng (3). Trong đó, lực vòng (3) gây ra mô men quay làm cho trục của mô tơ quay. Dầu thuỷ lực sau đó lại quay về thùng theo đường thấp áp (2). 4.3.2. Van hút- van an toàn - Chức năng: Khi mô tơ ngừng quay, mạch thuỷ lực ra bị đóng lại bởi van điều khiển chính. Tuy nhiên, mô tơ vẫn tiếp tục quay do lực quán tính. Kết quả, áp suất ở đầu ra cao bất thường, có thể gây ra sự phá huỷ mô tơ. Van an toàn được lắp vào để ngăn cản điều này. Nó tác động để xả lượng dầu áp có áp suất cao bất thường này ra khỏi đầu ra của mô tơ đến lỗ S và nó cũng có chức năng như van phanh. Van hút cung cấp một lượng dầu tương đương với lượng dầu xả ra bởi van an toàn. Nó gửi lượng dầu này đến lỗ S đến cửa vào của mô tơ để ngăn cản một số sự phá huỷ. Hình 4-16: Van hút- Van an toàn Lò xo van hút; 2. Van hút; 3. Vỏ; 4. Van an toàn; 5. Lò xo van an toàn - Hoạt động của van khi mô tơ ngừng quay: Khi cần điều khiển trở về vị trí trung gian, không có thêm dầu áp cao cung cấp từ bơm đến cửa MA. Tại thời điểm này, dầu từ cửa ra của mô tơ quay về van phân phối (6) và về thùng, mạch thuỷ lực quay toa bị đóng. Áp suất tại cửa MB tăng lên, lực cản chuyển động đối với mô tơ phát sinh, vì vậy van phanh bắt đầu tác động. Nếu áp suất tại cửa MB tăng đến áp suất đặt của van an toàn (4), van an toàn (4) sẽ mở để xả dầu áp suất cao tại cửa MB đến cửa S. Không có dầu cao áp cung cấp cho cửa MA nhưng sự quay vẫn tiếp tục, một lực âm được phát sinh. Khi lực âm này giảm đến áp suất đặt của van hút (2), van này sẽ mở và cung cấp dầu đến cửa S để ngăn cản sự phá huỷ. Hình 4-17 Hoạt động của van hút- van an toàn khi mô tơ ngừng quay 4.3.3. Hoạt động của phanh mô tơ - Khi van điện từ phanh quay không được cấp điện: Hình 4-18 Hoạt động của phanh khi van điện từ chưa được cấp điện 1. Lò xo phanh; 2. Ma sát; 3. Đĩa phanh; 4. Piston phanh; 5. Van điện từ; 6. van giảm áp - Hoạt động: Nếu van điện từ phanh quay không được cấp điện, dòng dầu áp suất cao từ bơm chính bị ngắt, cửa B được nối với mạch dầu hồi về thùng. Kết quả, piston phanh (4) bị đẩy xuống bởi lò xo phanh (1), đẩy đĩa ma sát (2) và đĩa phanh (2) ép vào nhau, sự phanh mô tơ được thiết lập. -Khi van điện từ phanh quay được cấp điện: Hình 4-19 Hoạt động của phanh khi van điện từ được cấp điện Khi van điện từ được cấp điện, van hoạt động, dầu áp suất cao từ bơm chính cung cấp vào lỗ B và chảy đến buồng phanh a. Áp suất dầu chảy vào buồng phanh a lớn hơn lực lò xo phanh và đẩy piston phanh đi lên. Kết quả, đĩa phanh và đĩa ma sát được tách ta khỏi nhau và phanh nhả ra. 4.3.4. Van chống quay ngược Hình 4-20 Van chống quay ngược 1. Thân van; 2,7. Piston; 3,5. Lò xo; 4,5. Đai ốc Van này giảm sự quay trở lại của phần thân quay do lực quán tính, độ rơ lỏng của máy và sự nén của chất lỏng khi sự quay bị dừng lại. Đây là một sự phòng chống có hiệu quả sự quá tải và giảm thời gian của một chu kỳ khi ngừng quay. Hoạt động: - Khi áp suất phanh bắt đầu được sinh ra tại cửa MB: Hình 4-21 Hoạt động của van chống quay ngược khi áp suất phanh bắt đầu được sinh ra ở cửa MB Áp suất tại cửa MB đi đến buồng d, Piston (7) đẩy lò xo (6) chuyển động sang bên trái, lúc này cửa MB thông với buồng e. Khi điều này xảy ra, áp suất tại cửa MA nhỏ hơn áp suất đặt của lò xo (3). Vì vậy, piston (2) không di chuyển. Vì lý do này, áp suất dầu bị đóng lại bởi piston (2) và lực phanh được đảm bảo. - Khi mô tơ ngừng quay: Hình 4-22 Hoạt động của van chống quay ngược khi mô tơ ngừng quay Mô tơ quay lại do áp suất đóng phát sinh tại cửa MB ( quay ngược lần một). Khi điều này xảy ra, áp suất ngược được sinh ra tại cửa MA. Áp suất tại cửa MA đi đến buồng a. Vì vậy, piston (2) đẩy lò xo (3) và di chuyển về phía phải làm cho MA thông với b. Cùng thời điểm này, b thông với f thông qua lỗ khoan trên piston (7). Vì vậy, áp suất ngược tại cửa MA được chảy đến cửa T để hạn chế sự quay ngược lần hai. 4.4. Mô tơ di chuyển 4.4.1. Cấu tạo Hình 4-23 Cấu tạo mô tơ di chuyển 1. Trục ra; 2. Vỏ; 3. Đĩa phanh; 4. Đĩa ma sát; 5. Piston; 6. Xy lanh; 7. Nắp sau; 8. Đĩa van; 9. Van hồi lưu chậm; 10. Bu lông; 11. Piston điều chỉnh; 12. Trục giữa; 13. Lò xo; 14. Nắp chặn dầu; 15. Ổ đũa côn; 16. Piston phanh; 17. Lò xo phanh; 18. Van đối trọng 4.4.2. Nguyên lý hoạt động 4.4.2.1. Hoạt động ở tốc độ thấp ( Góc nghiêng của đĩa có giá trị lớn nhất) Hình 4-24 Hoạt động của mô tơ di chuyển ở chế độ tốc độ thấp 6. Khối xy lanh; 7. Nắp sau; 8. Đĩa van; 9. Van hồi lưu chậm; 10. Piston điều chỉnh; 19. Van điều chỉnh; 20. Lò xo; 21. Van điện từ; 22. Van điều khiển chuyển động; 23. Van giảm áp * Hoạt động: Van điện từ không được kích hoạt (cấp điện). Vì vậy, dòng dầu điều khiển từ bơm chính không chảy đến cửa p được. Vì lý do này, van điều chỉnh (19) bị đẩy lên bởi lò xo (20). Dòng dầu chính từ van điều khiển (22) đẩy van hồi lưu chậm (9) đi đến nắp sau (7) và tác động lên buồng a của piston điều chỉnh (10). Cùng thời điểm này, dòng dầu chính đi qua lỗ c trong van điều chỉnh (19) và tác động lên buồng b. Khi điều này xảy ra, do đường kính buồng b lớn hơn buồng a nên piston điều chỉnh sẽ bị đẩy đi xuống. Kết quả, đĩa van (8) và khối xy lanh (6) di chuyển đến vị trí góc nghiêng của đĩa có giá trị lớn nhất. Lưu lượng của mô tơ đạt giá trị lớn nhất. Hệ thống được xác lập ở chế độ tốc độ thấp. 4.4.2.2. Hoạt động ở tốc độ cao ( góc nghiêng của đĩa có giá trị nhỏ nhất) Hình 4-25 Hoạt động của mô tơ di chuyển ở chế độ tốc độ cao Khi van điện từ (21) được kích hoạt, dòng dầu điều khiển từ bơm chính chảy đến cửa p và đẩy van điều chỉnh (19) đi xuống. Khi điều này xảy ra, đường dầu đến buồng b bị ngắt và dầu từ buồng b chảy ra đường dầu hồi. Vì lý do này, lực đẩy của dầu ( áp suất cao ) ở buồng a đẩy piston điều chỉnh (10) theo hướng đi lên. Kết quả, đĩa van (8) và khối xy lanh (6) di chuyển đến vị trí góc nghiêng của đĩa có giá trị nhỏ nhất. Lưu lượng của mô tơ đạt giá trị nhỏ nhất. Hệ thống được xác lập ở chế độ chuyển động tốc độ cao. 4.4.3. Hoạt động của phanh hãm 4.4.3.1. Khi bắt đầu chuyển động Hình 4-26 Sơ đồ hoạt động của phanh khi bắt đầu chuyển động Khi cần điều khiển chuyển động được kích hoạt, dầu có áp suất cao từ bơm tác tác động lên van đối trọng (18) mở mạch đến phanh hãm. Dòng dầu chảy đến buồng e của piston phanh (16). Áp lực của dầu lớn hơn lực lò xo (17) nên piston phanh bị đẩy sang phía phải. Khi điều này xảy ra, lực ép đĩa ma sát và đĩa phanh ép vào nhau không còn nữa. Vì vậy, đĩa phanh (3) và đĩa ma sát (4) tách ra khỏi nhau và phanh được nhả ra. 4.4.3.2. Khi ngừng chuyển động Hình 4-27 Hoạt động của phanh khi ngừng chuyển động Khi cần điều khiển chuyển động ở vị trí trung gian, van đối trọng (18) trở về vị trí trung gian và mạch đến phanh hãm bị đóng. Dầu có áp suất cao trong buồng e của piston phanh (16) chảy qua lỗ tiết lưu trong van hồi lưu chậm (8) và xả về thùng qua lỗ (24). Piston phanh bị đẩy hoàn toàn sang trái bởi lò xo (19). Kết quả, đĩa phanh (9) và đĩa ma sát (10) bị đẩy vào nhau, sự phanh được thiết lập. 4.4.4. Hoạt động của van phanh Van phanh bao gồm một van kiểm tra, van đối trọng và van an toàn. Hình 4-28 Cấu tạo van phanh 1. Van kiểm tra; 2. Van đối trọng; 3. Van an toàn; 4. Van điều khiển Chức năng và hoạt động của từng van được đưa ra sau đây 4.4.4.1. Van đối trọng, van kiểm tra Hình 4-29 Van đối trọng- Van kiểm tra 1. Van kiểm tra; 2. Van đối trọng; 4. Van điều khiển - Chức năng: Khi máy chuyển động xuống dốc, trọng lượng của máy làm cho máy di chuyển nhanh hơn so với tốc độ của mô tơ di chuyển. Kết quả, nếu máy chuyển động ở chế độ thấp của động cơ, mô tơ sẽ quay không tải và máy sẽ chạy xa ( tự chạy), điều này rất nguy hiểm. Để ngăn cản điều này, các van sẽ tác động tạo chuyển động cho máy dựa trên tốc độ động cơ ( lưu lượng xả ra của bơm). - Hoạt động khi dầu có áp suất cao được cung cấp: Hình 4-30 Hoạt động của van đối trọng, van kiểm tra khi dầu áp suất cao được cung cấp Khi cần điều khiển chuyển động được kích hoạt, dầu có áp suất cao từ van điều khiển được cung cấp tới cửa PA. Nó đẩy mở van kiểm tra (1a) và chảy từ cửa vào MA đến cửa ra MB của mô tơ. Tuy nhiên, đầu ra của mô tơ bị đóng bởi van kiểm tra (1b) và van đối trọng (2) nên áp suất dầu ở nhánh cung cấp tăng lên. Dầu áp suất cao từ nhánh cung cấp chảy đến lỗ E1 của van đối trọng (2) và lỗ E2 trong van này đến buồng S1. Khi áp suất trong buồng S1 đạt giá trị cao hơn áp suất trong mạch van, van đối trọng (2) bị đẩy sang phải. Kết quả, cửa MB và MA thông nhau, mạch ở cửa ra của mô tơ được mở và mô tơ bắt đầu quay. - Hoạt động khi chuyển động xuống dốc: Nếu máy tự chuyển động xuống dốc, mô tơ sẽ chạy không tải. Vì vậy, áp suất dầu ở cửa vào của mô tơ bị giảm xuống và áp suất ở buồng S1 qua lỗ E1, E2 cũng giảm xuống. Khi áp suất trong buồng S1 giảm xuống đến giá trị thấp hơn áp suất trong mạch van, van đối trọng (2) bị quay lại phía trái bởi lò xo van, cửa ra MB bị tiết lưu. Kết quả, áp suất trong mạch ra tăng lên. Lực cản được thiết lập tới sự quay của mô tơ. Điều này ngăn cản máy tự chạy. Trong một trường hợp khác, van di chuyển đến một vị trí nơi mà áp suất tại cửa ra cân bằng với áp suất tại cửa vào và lực sinh ra do trọng lượng của máy gây ra. Nó tiết lưu mạch ra và điều khiển mô tơ quay theo lượng dầu cung cấp từ bơm. Hình 4-31 Hoạt động của van đối trọng, van kiểm tra khi chuyển động xuống dốc 4.4.4.2. Van an toàn ( hoạt động hai hướng, van an toàn hai mức độ) - Chức năng: Hình 4-32 Kết cấu van an toàn 1. Piston; 2. Lò xo; 3. Van tiết lưu Khi máy dừng lại ( hoặc chuyển động xuống dốc), mạch dầu vào và ra khỏi mô tơ bị đóng lại bởi van đối trọng. Tuy nhiên, mô tơ vẫn tiếp tục quay do lực quán tính. Vì vậy, áp suất ở cửa ra của mô tơ trở nên cao bất thường và sẽ phá hỏng mô tơ hoặc các đường ống. Van an toàn tác động để giảm áp suất của dầu và gửi nó đến cửa vào bên ngoài của mô tơ để ngăn cản sự phá huỷ các thiết bị. - Hoạt động cả hai hướng: * Khi áp suất trong buồng MB trở nên cao ( Khi quay phải ). Khi ngừng chuyển động hoặc chuyển động xuống dốc, buồng MB ở cửa ra của mạch bị đóng bởi van kiểm tra của van đối trọng, nhưng áp suất tại cửa ra tăng do sự chuyển động theo quán tính của máy. Ta có : p1: áp suất chất lỏng trong buồng MB Nếu áp suất tăng quá áp suất đặt, Lực sinh ra ( F1) thắng lực lò xo (2) nên van tiết lưu (3) sẽ bị đẩy sang trái. Vì vậy, dầu sẽ chảy từ buồng MB sang buồng MA trong mạch. Hình 4-33 Hoạt động của van an toàn khi áp suất ở buồng MB cao * Khi áp suất trong buồng MA trở nên cao ( Khi quay ngược chiều): Hình 4-34 Hoạt động của van an toàn khi áp suất ở buồng MA cao Khi ngừng chuyển động ( hoặc chuyển động xuống dốc), buồng MA trong mạch cửa ra bị đóng bởi van kiểm tra của van đối trọng nhưng áp suất ở cửa ra tăng do quán tính của máy. Ta có : p2: áp suất chất lỏng trong buồng MA Nếu áp suất tăng quá áp suất đặt, lực sinh ra (F2) sẽ thắng lực lò xo (2) nên van tiết lưu (3) sẽ bị đẩy sang trái. Vì vậy, dầu sẽ chảy từ buồng MA tới buồng MB trong mạch. - Hoạt động của van an toàn hai mức độ * Khi bắt đầu chyển động ( thiết lập áp suất cao): Hình 4-35 Hoạt động của van an toàn ở chế độ thiết lập áp suất cao 1. Piston; 2. Lò xo; 3. Van tiết lưu; 4. Van đối trọng; 5. Van điều khiển chuyển động Khi cần điều khiển chuyển động được kích hoạt, dầu áp suất cao từ bơm tác động lên van đối trọng (4) và mở mạch điều khiển đến van an toàn. Dầu chảy từ buồng G qua H rồi đến buồng J, đẩy piston sang phải và nén lò xo để thiết lập một tải trọng lớn hơn. Vì lý do này, áp suất đặt của van an toàn được chuyển đến áp suất đặt cao hơn. * Khi ngừng chuyển động ( thiết lập áp suất thấp) Hình 4-36 Hoạt động của van an toàn ở chế độ thiết lập áp suất thấp Khi cần điều khiển ở vị trí trung gian, áp suất trong buồng MA giảm và van đối trọng (4) quay về vị trí trung gian. Trong khi van đối trọng quay về vị trí trung gian, dầu áp suất cao từ buồng J chảy qua H và thoát ra buồng PA từ buồng G. Piston chuyển động sang trái, áp suất đặt trở nên nhỏ hơn. Vì lý do này, áp suất đặt của van an toàn được chuyển đến áp suất đặt thấp hơn và giảm sự rung động khi giảm tốc độ. 4.5. Các loại van 4.5.1. Van LS 4.5.1.1. Chức năng Van LS có chức năng phát hiện ( cảm nhận) tải trọng và điều khiển lưu lượng của bơm. Van này điều khiển lưu lượng của bơm chính (Q) dựa trên sự chênh lệch áp suất DPLS ( DPLS = PP2-PLS). Trong đó, PP2 là áp suất ở cửa ra của bơm chính còn PLS là áp suất ở cửa ra của van điều khiển. Áp suất bơm chính đến từ cửa vào của van điều khiển và áp suất PLS đến từ đầu ra của van điều khiển, áp suất Psig ( gọi là áp suất lựa chọn LS) từ van điện từ tỷ lệ LS- EPC đi vào van này. Từ van LS-EPC Từ cửa ra van điều khiển 4.5.1.2. Khi van điều khiển ở vị trí trung gian từ cửa vào van điều khiển Hình 4-37 Hoạt động của van LS khi van điều khiển ở vị trí trung gian 1. Cần; 2. Piston trợ động; 3. Lò xo; 4. Piston; 5. Nút; 6. Phần đường kính nhỏ; 7. Phần đường kính lớn; 8. Van TVC Van LS là một van có ba đường điều khiển, với áp suất PLS từ cửa ra của van điều khiển được đem tới buồng i và áp suất PP2 của bơm chính được đem tới buồng j của đầu nút (5). Giá trị của lực của áp suất PLS với lực lò xo (F) và áp suất PP2 của bơm chính quyết định vị trí của piston (4). Tuy nhiên, giá trị áp suất Psig của van EPC đi vào cửa e của van LS cũng quyết định vị trí của piston (4). Hình 4-38 Mặt cắt A_A 8. Lò xo; 9. Đĩa; 2. Piston trợ động Trước khi động cơ khởi động, piston trợ động bị đẩy sang phải bởi lò xo (8) tác dụng lên đĩa (9). Khi động cơ khởi động và cần điều khiển ở vị trí trung gian, giá trị áp suất PLS bằng 0 MPa ( nó được nối với đường dầu hồi thông qua van piston điều khiển). Tại thời điểm này, piston (4) bị đẩy sang trái, cửa d và c thông nhau. Áp suất PP của bơm đi vào phía cuối phần đường kính lớn, và đường kính nhỏ của piston trợ động (2). Vì vậy, đĩa cam lắc bị di chuyển đến vị trí tương ứng với góc nhiêng nhỏ nhất. Từ van LS- EPC Từ cửa ra van điều khiển 4.5.1.3. Hoạt động khi lưu lượng của bơm là lớn nhất Từ cửa vào van điều khiển Hình 4-39 Hoạt động của van LS khi lưu lượng của bơm là lớn nhất Khi sự chênh lệch áp suất ( DPLS) giảm ( ví dụ, khi van điều khiển mở lớn và áp suất bơm PP2 giảm), piston (4) bị đẩy sang phải bởi lực liên kết giữa áp suất PLS và lực lò xo (3). Khi piston (4) di chuyển, cửa b và c nối thông với nhau và nối với van TVC. Khi điều này xảy ra, van TVC được nối với cửa xả nên mạch c-h trở thành trở thành mạch xả với áp suất PT. Vì lý do này, áp suất tại cuối phần đường kính lớn của piston trợ động (2) trở thành áp suất xả PT và áp suất PP của bơm đi vào phần cuối đường kính nhỏ đẩy piston trợ động (2) sang phải. Vì vậy, cần (1) và đĩa cam lắc cũng chuyển động sang phải làm cho lưu lượng của bơm đạt giá trị lớn hơn. Khi góc nghiêng của đĩa cam lắc đạt giá trị lớn nhất thì lưu lượng của bơm cũng đạt giá trị lớn nhất. Nếu áp suất ở cửa ra Psig của van LS- EPC đi vào cửa e, áp suất này tạo ra một lực đẩy van piston chuyển động sang trái. Nếu piston (4) chuyển động sang trái, nó sẽ tác động làm cho áp suất đặt của lò xo nhỏ hơn và sự chênh lệch áp suất giữa áp suất PLS và PP2 thay đổi khi cửa b và c của piston (4) được nối với nhau. Từ van LS-EPC Từ cửa ra van điều khiển 4.5.1.4. Hoạt động khi lưu lượng bơm là nhỏ nhất từ cửa vào van điều khiển Hình 4-40 Hoạt động của van LS khi lưu lượng của bơm là nhỏ nhất Khi sự chênh lệch áp suất (DPLS) tăng ( ví dụ, khi van điều khiển mở nhỏ và áp suất bơm chính tăng), áp suất bơm chính PP2 đẩy piston (4) sang trái. Khi piston di chuyển, áp suất bơm PP đi từ cửa d sang cửa c và đến cửa h, nó đi vào phần cuối đường kính lớn và đường kính nhỏ của piston trợ động (2). Do đó, piston trợ động (2) bị đẩy sang trái. Kết quả, cần (2) và đĩa cam lắc cũng bị đẩy sang trái, lưu lượng của bơm nhỏ dần. Khi góc nghiêng đạt giá trị nhỏ nhất thì lưu lượng của bơm cũng nhỏ nhất. Nếu áp suất Psig đi vào cửa e, nó tác động làm cho áp suất đặt của lò xo trở nên yếu hơn. Từ cửa ra van điều khiển 4.5.1.5. Khi piston trợ động ở vị trí cân bằng Từ cửa vào van điều khiển Từ van LS- EPC Hình 4-41 Hoạt động của van LS khi piston trợ động ở vị trí cân bằng Gọi: A1 là diện tích phần cuối đường kính lớn (7) của piston trợ động A0 là diện tích phần cuối đường kính nhỏ (6) của piston trợ động Pen là áp suất dầu ở phần cuối đường kính lớn piston trợ động Nếu áp suất ra của bơm chính ( PP2) của van LS cân bằng với tổng hợp của lực lò xo (3) và áp suất PLS, và A0×pp=A1×pen thì piston trợ động sẽ dừng lại ở vị trí này và đĩa cam lắc sẽ được giữ ở vị trí trung gian. 4.5.2. Van TVC 4.5.2.1. Chức năng Khi áp suất đầu ra của hai bơm chính lần lượt là pa1 và pa2 tăng cao, van TVC điều khiển bơm để lượng dầu không vượt quá một lượng dầu cố định ( phù hợp với áp suất đầu ra của bơm), dòng chảy không đổi nếu van điều khiển mở lớn hơn. Bằng cách này, công suất nó mang ra bằng công suất điều khiển. vì vậy, công suất tiêu thụ của bơm không vượt quá công suất động cơ. Nói cách khác, nếu tải trọng trong quá trình vận hành và áp suất đầu ra của bơm tăng cao, nó giảm lưu lượng từ bơm. Nếu áp suất bơm giảm xuống, nó sẽ tăng lưu lượng của bơm. 4.5.2.2. Vận hành a. Khi van điều chỉnh, bộ điều khiển bơm là bình thường - Khi tải trọng dẫn động nhỏ, áp suất bơm pa1, pa2 thấp Van LS Hình 4-42 Hoạt động của van TVC khi bộ điều khiển bơm ở chế độ bình thường 1. Van điện từ; 2, 5. Piston; 3, 4. Lò xo; 6, 8. Cần; 7. Cam; 9. Piston trợ động 10. Đế; 11. Chốt đẩy; 12. Công tắc prolix TVC; 13. Bộ điều khiển bướm ga động cơ; 14. Điện trở; 15. Ắc quy * Tác động của van điện từ Dòng điện điều khiển từ bộ điều khiển bơm chạy đến van điện từ (1). Dòng điện này thay đổi nội lực (F) đẩy chốt đẩy (11) của van điện từ. Đối diện với nội lực (F) là áp suất áp suất đặt lò xo của lò xo (3), (4) và áp suất của hai bơm chính pa1, pa2. Piston (2) dừng lại ở vị trí nơi mà tổng hợp các lực đẩy piston (2) là cân bằng. Áp suất ra từ van TVC (áp suất tại cửa c) thay đổi dựa trên vị trí này. Độ lớn của dòng điều khiển được xác định bởi đặc tính của hoạt động (cần điều khiển), lựa chọn kiểu hoạt động, giá trị đặt và giá trị thực của động cơ. * Tác động của lò xo Tải trọng của lò xo (3) và (4) trong van TVC được xác định bởi vị trí của đĩa nghiêng. Khi piston trợ động (9) di chuyển, cam (7) được nối với cần (8) cũng di chuyển. Khi điều này xảy ra, cần (6) quay bởi sự thay đổi của biên dạng cam và piston (5) di chuyển qua trái hoặc qua phải. Nếu piston (5) di chuyển qua phải thì lò xo (3) bị nén và nếu nó di chuyển dài hơn sang phải, lò xo (4) tiếp xúc với đế (10). Nói cách khác, tải của lò xo được thay đổi do piston (5) kéo giản hay nén lò xo (3) và (4). Nếu dòng điều khiển x đi vào van điện từ thay đổi hơn nữa, lực đẩy của chốt đẩy (11) của van điện từ thay đổi và tải trọng của lò xo (3) và (4) cũng thay đổi theo dựa trên giá trị dòng điện điều khiển của van điện từ. Cửa c của van TVC được kết nối với cửa e của van LS. Áp suất pa1 đi vào cửa b và phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động (9), và áp suất pa2 đi vào cửa a. Khi áp suất pa1, pa2 của bơm nhỏ, piston (2) ở bên phải. Tại thời điểm này, cửa c và d thông với nhau, áp suất đi vào van LS trở thành áp suất xả PT. Nếu cửa h và e thông nhau, áp suất đi vào phần cuối đường kính lớn piston trợ động từ cửa f trở thành áp suất xả PT và piston trợ động chuyển động sang bên phải. Bằng cách này, lưu lượng của bơm tăng lên. Khi piston trợ động (9) di chuyển xa hơn, piston (5) bị đẩy sang bên trái bởi cần (8), cam (7) và cần (6). Lò xo (3) và (4) giản ra và lực của lò xo trở nên yếu hơn. Khi lực lò xo trở nên yếu hơn, piston (2) di chuyển sang trái, đường thông giữa cửa c và d bị đóng, áp suất của bơm tại cửa b được nối với cửa c. Kết quả, áp suất tại cửa c tăng lên và áp suất tại phần cuối đường kính lớn piston trợ động cũng tăng lên. Vì vậy, chuyển động sang phải của piston (9) bị dừng lại. Nói cách khác, vị trí dừng lại của piston (9) được quyết định tại điểm mà nơi đó lực của lò xo (3), (4), lực đẩy của van điện từ và lực đẩy được tạo ra từ áp suất pa1, pa2 tác động lên piston (2) là cân bằng. - Khi tải trọng dẫn động nhỏ, áp suất của bơm cao Van LS Hình 4-43 Hoạt động của van TVC khi tải trọng nhỏ, áp suất cao Khi tải trọng lớn và áp suất đầu ra của bơm (pa1 và pa2) cao, lực đẩy piston (2) sang trái trở nên lớn hơn và piston (2) di chuyển đến vị trí được thể hiện trên hình vẽ. Khi điều này xảy ra, dầu áp suất cao chảy từ cửa c đến van LS, một phần của dầu cao áp chảy ra ngoài cửa d và gần bằng 2/5 áp suất pa1 của bơm chính. Khi cửa h và cửa e của van LS thông nhau, áp suất từ cửa f đi vào phần cuối đường kính lớn của piston trợ động (9) làm cho nó dừng lại. Nếu áp suất của bơm chính (pa1, pa2) tăng cao hơn và piston (2) di chuyển tiếp sang trái, áp suất pa1 chảy tới cửa c và tác dụng làm cho lưu lượng xả ra của bơm là nhỏ nhất. Khi piston (9) di chuyển sang trái, piston (5) di chuyển sang phải bởi cam (7) và cần (6). Vì lý do này, lò xo (3), (4) bị nén lại và bị đẩy trở lại piston (2). Lực này làm cho piston (2) cắt đường thông giữa cửa b và cửa c, nối cửa c và cửa d. Kết quả, áp suất tại cửa c ( bằng cửa f ) giảm xuống và pison (9) dừng chuyển động sang trái. Vị trí, nơi mà piston (9) dừng lại khi điều này xảy ra là xa hơn về phía bên trái so với vị trí khi áp suất bơm chính (pa1, pa2) thấp. Mối quan hệ trung bình giữa áp suất bơm chính (pa1+pa2) và vị trí của piston trợ động (9) có dạng một đường gấp khúc vì sự tác dụng kép của hai lò xo (3) và (4). Mối quan hệ giữa áp suất bơm chính (pa1+ pa2) và lưu lượng Q được thể hiện ở hình vẽ. Hình 4-44 Mối quan hệ giữ lưu lượng (Q) và áp suất trung bình của bơm Nếu dòng điều khiển x gửi tới van điện từ (1) tăng lớn hơn, mối quan hệ giữa áp suất bơm chính (pa1+ pa2) và lưu lượng Q của bơm là tỷ lệ với lực đẩy của van điện từ van PC- EPC và thay đổi đồng thời. Nói cách khác, lực đẩy của van điện từ (1) được cộng vào lực đẩy sang bên trái bởi vì áp suất của bơm tác dụng lên piston (2). 4.5.2.3. Khi van điều chỉnh, bộ điều khiển bơm ở chế độ không bình thường và bộ chuyển mạch dài của van TVC ở chế độ ON a- Khi tải trọng trên bơm chính nhỏ Van LS Hình 4- 45 Hoạt động khi tải trọng trên bơm chính nhỏ Khi có một sự hư hỏng nào đó trong van điều khiển, bộ điều chỉnh bơm, công tắc prolix TVC được bật đến điện trở bên ngoài. Trong trường hợp này, nguồn năng lượng được đưa đến theo hướng từ ắc quay. Khi điều này xảy ra, dòng điện điều khiển là không đổi do đó lực đẩy của chốt đẩy van điện từ cũng không đổi. Nếu áp suất bơm chính (pa1, pa2) thấp, tổng hợp của áp suất bơm và lực của van điện từ nhỏ hơn so với áp suất đặt của lò xo. Vì vậy, piston (2) cân bằng tại vị trí bên phải. Tại thời điểm này, cửa c thông với áp suất xả của cửa d và áp suất ở phần cuối đường kính lớn của piston trợ động cũng trở thành áp suất xả PT thông qua van LS. Khi điều này xảy ra, áp suất ở phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động di chuyển theo hướng làm cho lưu lượng của bơm trở nên lớn hơn. b- Khi tải trọng của bơm chính lớn. Van LS Hình 4- 46 Hoạt động khi tải trọng bơm chính lớn Khi công tắc prolix TVC được bật, dòng điện điều khiển là không đổi do đó lực đẩy của chốt đẩy van điện từ cũng không đổi. Nếu áp suất bơm chính (pa1, pa2) tăng, piston (2) chuyển động sang trái nhiều hơn so với khi tải trọng của bơm thấp. Vị trí cân bằng được dịch chuyển sang bên trái. Trong trường hợp này, áp suất từ cửa b chảy đến cửa c. Piston trợ động (9) di chuyển sang bên trái ( làm cho lưu lượng của bơm nhỏ hơn) và dừng lại ở vị trí xa hơn về phía trái so với khi tải trọng của bơm thấp. 4.5.3. Van LS- EPC 4.5.3.1. Chức năng Van EPC bao gồm một phần van điện từ tỷ lệ và một phần van thuỷ lực. Khi nó nhận tín hiệu điện i từ bộ điều khiển, nó tạo ra một áp suất đầu ra EPC tương ứng với độ lớn của tín hiệu và gửi nó đến van LS. 4.5.3.2. Hoạt động - Khi không có tín hiệu điện (cuộn dây không được cấp điện). Hình 4-47 Hoạt động của van LS- EPC khi không có tín hiệu điện 1. Thân van; 2. Piston; 3. Lò xo; 4. Chốt đẩy; 5. Cuộn dây điện; 6. Lõi nam châm điện; 7. Van LS; 8. Van giảm áp Không có tín hiệu điện từ bộ điều khiển đến cuộn (5), cuộn (5) không được cấp điện. Vì lý do này, piston (2) bị đẩy sang phải bởi lò xo (3). Kết quả, cửa p đóng và dầu áp suất cao từ bơm chính không chảy đến van LS. Cùng thời điểm này, dầu áp suất cao từ van LS chảy từ cửa C qua cửa T và chảy về thùng. - Khi tín hiệu dòng điện thấp (cuộn dây được cấp điện, điều khiển nhỏ) Khi có một dòng tín hiệu nhỏ đi đến cuộn (5), cuộn (5) được cấp điện, một lực đẩy được tạo ra và đẩy lõi nam châm điện (6) sang trái. Chốt đẩy (4) đẩy piston (2) sang trái và dầu áp suất cao chảy từ cửa p sang cửa c. Khi áp suất ở cửa c tăng lên và tải trọng của lò xo (3) cộng với lực tác dụng lên bề mặt piston (2) trở nên lớn hơn so với lực đẩy của lõi nam châm điện (6), piston (2) bị đẩy sang phải. Mạch giữa cửa p và cửa c bị ngắt. Tại thời điểm này, cửa c và cửa T nối với nhau. Hình 4-48 Hoạt động của van LS- EPC khi dòng điện điều khiển thấp Kết quả, piston (2) di chuyển qua lại ở vị trí mà lực đẩy của lõi nam châm điện (6) cân bằng với tồng hợp của lực lò xo (3) và áp suất tại cửa c. Vì vậy, mạch áp suất giữa van EPC và van LS được điều khiển tỷ lệ với dòng điện điều khiển - Khi tín hiệu dòng điện đạt giá trị cực đại (cuộn dây được cấp điện, hoạt động hoàn toàn). Hình 4-49 Hoạt động của van LS- EPC khi dòng điện điều khiển đạt cực đại Khi tín hiệu điều kiển đi đến cuộn (5), cuộn (5) được kích hoạt. Khi điều này xảy ra, dòng điện tín hiệu đạt giá trị lớn nhất, lực đẩy của lõi nam châm điện (6) cũng đạt giá trị lớn nhất. Kết quả, dòng chảy của dầu áp suất cao từ cửa p đến cửa c đạt giá trị lớn nhất. Mạch áp suất giữa van EPC và van PS cũng đạt giá trị lớn nhất. Cùng thời điểm này, cửa T đóng và dầu ngừng chảy về thùng. 4.5.4. Van điều khiển quay PPC Hoạt động của van này được mô tả như sau 4.5.4.1. Ở vị trí trung gian Hình 4-50 Hoạt động của van điều khiển quay PPC ở vị trí trung gian 1. Piston; 2. Lò xo định lượng; 3. Lò xo định tâm; 4. Piston; 5, 8. Đĩa; 6. Khớp nối ( nối với cần điều khiển); 7. Khớp quay; 9. Đĩa chặn; 10. Thân van; 11. Van giảm áp; 12- Van điều khiển( van phân phối) Cửa A, B của van điều khiển và cửa p1, p2 của van PPC thông với buồng xả D qua lỗ điều khiển f trong piston (1). 4.5.4.2 Quá trình điều khiển nhỏ ( từ vị trí trung gian đến điều khiển nhỏ). Khi piston (4) bắt đầu bị đẩy bởi đĩa (5), đĩa chặn (9) bị đẩy, piston (1) cũng bị đẩy bởi lò xo định lượng (2) và chuyển động xuống dưới. Khi điều này xảy ra, lỗ điều khiển f bị đóng lại không thông với khoang xả D. Gần như cùng thời gian này, lỗ này được nối với buồng áp suất bơm pp, áp suất điều khiển từ bơm chính đi qua lỗ điều khiển f và đi từ cửa P1 đến cửa A. Khi áp suất tại cửa p1 tăng cao, piston (1) bị đẩy quay trở lại phía sau và lỗ điều khiển f bị đóng lại từ khoang áp suất bơm pp. Gần như cùng thời gian này, lỗ này thông với buồng xả D để giảm áp suất tại cửa p1. Mối quan hệ giữa vị trí của của piston (1) và thân (10) ( lỗ điều khiển f nằm giữa lỗ xả D và buồng áp suất bơm pp) không thay đổi cho đến khi đĩa chặn (9) tiếp xúc với piston (1). Vì vậy, lò xo định lượng (2) bị nén lại tỷ lệ với mức độ di chuyển của cần điều khiển và áp suất tại cửa p1 cũng tăng lên tỷ lệ với sự di chuyển của cần điểu khiển. Bằng cách này, piston điều khiển di chuyển đến vị trí mà áp suất trong buồng A ( bằng áp suất tại cửa p1) và lực lò xo hồi vị của van này là cân bằng. Hình 4-51 Hoạt động của van điều khiển quay PPC ở chế độ điều khiển nhỏ 4.5.4.3. Quá trình điều khiển nhẹ khi cần điều khiển quay trở lại Hình 4-52 Hoạt động của van điều khiển quay PPC ở chế độ điều khiển nhẹ khi cần điều khiển quay trở lại Khi đĩa (5) bắt đầu quay trở lại, piston (1) bị đẩy lên bởi lực của lò xo định tâm (3) và áp suất tại cửa p1. Khi điều này xảy ra, lỗ điều khiển f được nối với buồng xả D và áp suất dầu tại cửa p1 giảm xuống. Nếu áp suất tại cửa p1 giảm xuống quá nhiều, piston (1) bị đẩy xuống bởi lò xo định lượng (2) và lỗ điều khiển f bị đóng khỏi buồng xả D. Gần như cùng thời gian này, lỗ này được nối với với buồng áp suất bơm pp và áp suất bơm được cung cấp cho đến khi áp suất tại cửa p1 phục hồi đến áp suất tương đương với vị trí của cần điều khiển. Khi piston (1) của van điều khiển quay lại, dầu trong buồng xả D chảy vào từ lỗ điều khiển f’ trong van ở trên bề mặt không làm việc. Dầu chảy qua cửa p2 đi vào buồng B và bổ sung dầu vào buồng này. 4.5.4.4. Khi cần điều khiển kéo hết cở Hình 4-53 Hoạt động của van điều khiển quay PPC khi cần điều khiển được kéo hết Khi đĩa (5) đẩy piston (4) đi xuống, đĩa chặn (9) đẩy piston (1) đi xuống, lỗ điều khiển nhỏ f bị đóng khỏi buồng xả D và nối với buồng áp suất bơm pp. Vì vậy, dầu điều khiển từ bơm chính chảy qua lỗ điều khiển f, chảy đến buồng A từ cửa p1 và đẩy van piston của van điều khiển. Dầu quay lại từ buồng B chảy từ cửa p2 qua lỗ điều khiển f’ và chảy tới buồng xả D. 4.5.5. Van không tải Hình 4-54 Van không tải 1. Lò xo van; 3. Piston 4.5.5.1. Chức năng: Khi tất cả các van phân phối đều ở vị trí trung gian, dầu từ bơm ( góc nghiêng của đĩa cam lắc ở vị trí nhỏ nhất) được xả hết. Khi điều này xảy ra, áp suất của bơm (p1) bằng áp suất đặt của lò xo (1). Áp suất LS được xả từ van thông qua mạch LS. Vì vậy, áp suất LS bằng áp suất áp suất dầu ở thùng và bằng không kg/cm2. Khi hoạt động ( hoạt động khi góc nghiêng của đĩa cam lắc là nhỏ nhất), áp suất tương ứng ở đầu ra của bơm bằng tổng của áp suất LS và áp suất p1. 4.5.5.2. Hoạt động Hình 4-55 Hoạt động của van không tải Dầu áp suất cao từ bơm đi theo đường dẫn (4) đến mặt cuối của piston (3). Vì van điều khiển ở vị trí trung gian nên áp suất trong mạch LS bằng không Mpa. Dầu có áp suất cao từ bơm đi theo đường dẫn (4) và bị dừng lại bởi piston (3). Không có đường nào để dầu hồi về thùng nên áp suất tăng lên. Khi áp suất trở nên lớn hơn áp suất đặt lò xo (1), piston (3) di chuyển sang trái, cửa B và C thông với nhau và dòng dầu áp suất cao từ bơm chảy về thùng. Cũng vào lúc này, dầu áp suất cao trong mạch LS đi qua cửa A đến cửa C và hồi vể thùng. Do đó, khi van hoạt động, áp suất LS bằng áp suất dầu trong thùng chứa. 4.5.6. Van hợp và chia lưu lượng 4.5.6.1. Chức năng: Van này dùng để hợp hoặc chia hai dòng dầu áp suất cao ( p1 và p2) từ hai bơm chính. Cùng thời điểm này, nó cũng thực hiện việc hợp hoặc chia của áp suất trong mạch LS. 4.5.6.2. Hoạt động: - Khi hợp lưu lượng ( khi áp suất điều khiển PS bị ngắt) Hình 4-56 Hoạt động của van khi hợp lưu lượng Áp suất điều khiển PS bị ngắt nên piston (1) bị đẩy hoàn toàn sang trái bởi lò xo (2) làm cho cửa E và F thông với nhau. Vì vậy, hai dòng dầu áp suất cao từ hai bơm chính được hợp lại tại cửa E và F và chảy đến van điều khiển (van phân phối) Cũng trong trường hợp này, piston (3) cũng bị đẩy hoàn toàn sang trái bởi lò xo (4) nên cửa A được nối với cửa D, cửa B nối với cửa C tạo thành hai dòng chảy. Vì vậy, áp suất LS cung cấp từ van piston của mỗi van phân phối đến mạch LS (5), (6), (7), (8) được gửi tất cả đến van bù áp suất và các van khác. - Khi chia lưu lượng ( khi dòng điều khiển được cấp) Hình 4-57 Hoạt động của van khi chia lưu lượng Khi áp suất điều khiển PS được cấp, piston chính (1) chuyển động sang phải bởi áp suất PS, cửa E và F không thông với nhau nữa. vì vậy, dòng dầu áp suất cao từ mỗi bơm chảy đến một nhóm van phân phối của chúng. Dòng dầu từ bơm có áp suất p1 chảy đến các van phân phối của gầu, chuyển động phải, cần. Dòng dầu có áp suất p2 chảy đến các van phân phối của chuyển động phải, quay toa, tay cần. Cũng trong trường hợp này, piston (3) cũng bị đẩy sang phải bởi áp suất LS, cửa B thông với cửa D. Vì vậy, mạch LS (5), (6), (7), (8) được nối với nhóm van phân phối của chúng. 4.5.7. Van giảm áp 4.5.7.1. Chức năng: Van này giảm áp suất dầu của bơm chính, cung cấp chúng đến van điện từ và van PPC với chức năng là áp suất điều khiển. Hình 4-58 Kết cấu van giảm áp tuỳ động 1. Khối van điều khiển; 2. Van tuần tự; 3. Lò xo; 4. Vít; 5. Van điều khiển; 6. Lò xo ( van điều khiển giảm áp); 7. Lọc; 8. Lò xo van giảm áp chính; 9. Van giảm áp chính; 10. Lọc; 11. Lò xo van an toàn; 12. Bi cầu 4.5.7.2. Hoạt động - Khi động cơ không hoạt động: Van (5) bị đẩy tì vào đế van bởi lò xo (6), đường thông giữa cửa PR và cửa T bị đóng lại. Van (9) bị đẩy sang trái bởi lò xo (8), cửa P1 thông với cửa PR. Van (2) bị đẩy sang trái bởi lò xo (3), đường thông giữa cửa P1 và cửa P2 bị đóng lại. - Tại vị trí trung gian và khi áp suất tải trọng (p2) thấp ( Khi hạ cần và co tay cần). PR P1 Pc P2 Hình 4-59 Hoạt động của van khi áp suất tải trọng thấp Van (2) bị lò xo (3) đẩy sang phải và đóng kín đường thông giữa cửa P1và P2(khi động cơ không hoạt động, áp suất bằng không MPa). Giá trị áp suất p1 ở đầu ra của bơm được giữ ở giá trị sao cho cân bằng với tổng hợp của lực lò xo (3) và lực do áp suất PR tạo ra tác dụng lên van (2). Việc mở cửa P1 thông với cửa P2 được điều chỉnh sao cho áp suất p1 được giữ tại một giá trị lớn hơn áp suất PR. Khi áp suất PR vượt quá áp suất cho phép, van (5) mở ra, dầu thuỷ lực chảy theo mạch từ cửa PR đến lỗ a ngoài van giảm áp (9) tới mở van (5) và chảy về cửa T. Kết quả, một sự chênh lệch áp suất tạo ra trên hai bề mặt của lỗ a ngoài van piston (9) làm van này dịch chuyển theo hướng đóng đường thông giữa từ cửa P1 đến PR. Áp suất p1 giảm đến giá trị áp suất đặt. -Khi áp suất tải trọng P2 cao: PR P2 P1 Pc Hình 4-60 Hoạt động của van giảm áp khi áp suất tải trọng cao Nếu áp lực của tải trọng cao và lưu lượng của bơm cũng tăng do quá trình đào đất, áp suất p1 cũng tăng. Vì vậy, van (2) bị đẩy hoàn toàn sang phải. Kết quả, độ mở từ cửa p1 đến cửa p2 tăng, lực cản qua cửa này giảm. Vì vậy, tổn hao công suất của động cơ được giảm xuống. Nếu áp suất PR vượt quá áp suất đặt, van (5) mở ra và dầu thuỷ lực chảy theo mạch sau: Cửa PR ® lỗ a ngoài van (9) ®van (5) ® cửa hồi T. Kết quả, độ chênh áp được tạo ra giữa hai buồng trong và ngoài của van giảm áp (9) đẩy van này di chuyển theo hướng đóng cửa thông từ cửa p1 đến PR. Áp suất p1 được giảm xuống áp suất cố định (áp suất đặt) bởi lưu lượng qua van tại thời điểm đó và được cung cấp như áp suất PR. - Khi áp suất cao bất thường: T P1 PR M Hình 4- 61 Hoạt động của van an toàn Khi áp suất của van tự giảm áp cao bất thường, van bi (12) bị đẩy tách khỏi đế van cho phép dầu thuỷ lực chảy từ cửa PR đến cửa xả T làm cho áp suất PR giảm xuống. 4.6 Các mạch thuỷ lực 4.6.1 Mạch thuỷ lực tổng thể 4.6.2 Mạch thuỷ lực chuyển động tiến Khi máy chuyển động tiến, van không tải bị đóng lại, van hợp/chia lưu lượng được điều khiển và ở chế độ ON. Do đó, lưu lượng dầu của hai bơm được chia ra, một bơm sẽ cấp cho mạch chuyển động trái còn bơm kia sẽ cấp cho mạch chuyển động phải. Tốc độ của chuyển động trái và phải được làm đồng đều bởi van nối chuyển động. 4.6.3 Mạch thủy lực duỗi tay cần Khi tiến hành duỗi tay cần, van không tải bị đóng lại. Lưu lượng của hai bơm được hợp lại. Góc nghiêng của đĩa cam lắc của bơm được điều khiển ở vị trí tương ứng với độ mở của van điều khiển tay cần. 4.6.4 Mạch thuỷ lực cuộn gầu Khi tiến hành hành cuộn gầu, van không tải bị đóng lại. Lưu lượng của hai bơm được hợp lại. Góc nghiêng của đĩa cam lắc được điều khiển ở vị trí tương ứng với độ mở của van điều khiển gầu. 4.6.5 Mạch thuỷ lực co tay cần và nâng cần đồng thời. Khi tiến hành co tay cần và nâng cần đồng thời thì lưu lượng của hai bơm được nhập lại (van hợp/chia lưu lượng ở chế độ tắt). Góc nghiêng của đĩa cam lắc của hai bơm là lớn nhất. Trong quá trình hoạt động thì áp suất dầu ở mạch nâng cần sẽ cao hơn so với mạch co tay cần, áp suất LS từ van bù áp của van điều khiển cần sẽ đi đến van bù áp của van điều khiển tay cần làm cho áp suất đặt của van này tăng lên. Vì lý do này, dòng dầu cấp từ bơm đến xy lanh tay cần sẽ bị hạn chế tránh hiện tượng tay cần chuyển động quá nhanh so với cần. 4.6.6 Mạch thuỷ lực quay toa trái và nâng cần đồng thời Khi tiến hành quay toa và nâng cần đồng thời thì lưu lượng của hai bơm được nhập lại. Khi tiến hành nâng cần ở chế độ tải nặng và quay toa đồng thời thì sẽ có một dòng dầu điều khiển đến van chia LS. Khi điều này xảy ra, van chia LS bị đóng, áp suất cao phát sinh khi tiến hành quay toa không chảy đến mạch LS. Vì vậy, áp suất mạch LS trở thành áp suất mạch cần. Đĩa nghiêng của bơm được điều khiển bởi độ chênh áp giữa mạch cần và mạch LS. Trong điều kiện này áp suất bơm được xác đinh bằng áp suất mạch cần. 5. Tính thiết kế một số chi tiết trên máy đào 5.1. Tính van an toàn tác dụng gián tiếp Hình 5-1 Van an toàn tác dụng gián tiếp 1. Lò xo; 2. Bi cầu; 3. Lò xo; 4. Van piston; 5. Bu lông điều chỉnh; 6. Tiết lưu 5.1.1. Hoạt động: - Khi van không làm việc: Chất lỏng ở các buồng a, b, c, d, e. - Khi van làm việc: Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép thì van an toàn kiểu bi mở ra. Chất lỏng chảy từ a đến d, e, b rồi về thùng chứa. Khi chất lỏng chảy qua van bi (2) thì một sự chênh lệch áp suất được tạo ra ( do dầu bị tổn thất áp suất khi qua tiết lưu 6) giữa buồng e và c làm van piston (4) chuyển động động theo hướng mở đường thông giữa buồng a và buồng f. Do đó, chất lỏng chảy từ buồng a qua buồng f rồi chảy về thùng. 5.1.2. Tính toán Các thông số cho trước khi tính toán: - Áp suất làm việc của hệ thống p1=34.8 [Mpa] - Áp suất cho phép của hệ thống: Chọn [p]=1.1×p1=38.28 [Mpa] - Lưu lượng bơm Qb= 326 [l/ ph] - Khi tính toán van ta chọn lưu lượng qua van kiểu bi: Qbi=10%Qb=32.6 [l/ph] - Lưu lượng qua van piston: Qvt=90%Qb=293.4 [l/p] Tính toán van kiểu bi: Hình 5-2 Sơ đồ tính toán van kiểu bi - Lưu lượng qua van được tính theo công thức [3] (1) µ : Hệ số lưu lượng, chọn µ=0.6 [p] : Áp suất cho phép của hệ thống; [p] = 38.28 [Mpa] P3 : Áp suất ở cửa ra r : Khối lượng riêng chất lỏng, chọn r=786 [kg/m3] Sm : Diện tích mở của van, [m2] Do p3 rất nhỏ so với [p] nên ta bỏ qua Từ (1) Þ [m2] - Đường kính rãnh dẫn vào dk được tính theo công thức: Þ (2) v- Vận tốc chất lỏng chảy qua rãnh, chọn v=14 [m/s] Thay vào (2) ta được: [m] - Diện tích mở của van bi: x: Độ nâng của van (độ dịch chuyển của lò xo) dtb=dk+(0.3÷0.5) [mm], chọn dtb=dk+0.3=6.99+0.3=7.3 [mm] j=450÷600, chọn j=600 Þ [m] - Ta có phương trình cân bằng lực: Þ (1) x0 : biến dạng ban đầu tạo lực căng của lò xo x : Biến dạng lò xo (độ mở của van), x=0.186 [mm] dk : đường kính lỗ, d=6.99×10-3 [m] F : lực sinh ra do áp suất [p] tác dụng lên bi, [p]=38.2 [Mpa] C : độ cứng lò xo [P]= 38.2Mpa, chọn x0=2 [mm] Thay số vào (1) ta được: [N/m] Tra bảng chọn lò xo C.095.200.0135.I có các thông số như sau: Số vòng xoắn Đường kính dây (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều dài tự nhiên (mm) Độ cứng (N/mm) Vật liệu Đường kính trong (mm) Nén tối đa (mm) 3.4 3.6 16.7 16 670.2 Dây piano 9.5 14.04 Tính van piston - Lưu lượng qua van được tính theo công thức [3] (1) µ: Hệ số lưu lượng, chọn µ=0.6 Dp: Chọn Dp=10 [bar] r: Khối lượng riêng chất lỏng, chọn r=786 [kg/m3] Sm: Diện tích mở của van Þ [m2] -Lưu lượng qua tiết diện lưu thông của van: (2) Sv: Diện tích tiết diện lưu thông của van V :Vận tốc chảy qua van: chọn v= 14 [m/s] [m] Chọn D=20 [mm] [m] - Diện tích mở của van: x: Độ nâng của van (độ dịch chuyển của lò xo) [m] Tính tổn thất áp suất qua tiết lưu: - Tổn thất qua tiết lưu được tính theo công thức [3] [N/m2] (3) : Hệ số tổn thất qua tiết lưu, chọn =0.64 : Vận tốc chất lỏng qua tiết lưu : Khối lượng riêng chất lỏng, chọn [kg/m3] - Lưu lượng chất lỏng qua tiết lưu: Chọn dtl=4 [mm] [m/s] Thay các thông số vào (3) ta được: N/m2 = 4.76 [bar] - Lực tác dụng lên van piston: Dv : đường kính phần lớn nhất của van piston chọn Dv=24 [mm] [N] -Ta có: Þ [N/mm] 5.2. Tính van giảm áp Áp suất làm việc của hệ thống ( trước van): p1=34.8 [Mpa] Áp suất sau van: p2=2.9 [Mpa] Lưu lượng lớn nhất: Qmax=50 [l/ph] 5.2.1 Nguyên lý hoạt động Van giảm áp dùng để giảm áp suất được cung cấp từ nguồn phù hợp với nhu cầu nơi tiêu thụ đồng thời giữ cho áp suất nơi đó không đổi. Hình 5-3 Van giảm áp 1. Vỏ; 2. Van piston; 3. Lò xo; 4. Bu lông điều chỉnh Hoạt động: Khi chưa làm việc, van piston 2 bị lò xo 3 đẩy hoàn toàn xuống dưới. Cửa lưu thông giữa mạch cấp và mạch thứ cấp là lớn nhất. Khi làm việc, chất lỏng có áp đi ở cửa ra đi vào phía dưới van piston. Khi áp suất này tăng lên, áp lực tác dụng lên van piston đẩy van này đi lên cho đến khi cân bằng với ứng lực của lò xo. Áp suất mạch cấp p1 qua van giảm xuống p2. Có thể điều chỉnh áp suất đầu ra p2 bằng cách thay đổi ứng lực của lò xo ( thay đổi x). Khi áp suất cửa ra p2 tăng lên đột ngột, trạng thái cân bằng bị phá vở. Van piston (2) bị đẩy lên trên đóng bớt cửa ra. Kết quả, áp suất cửa ra giảm xuống đến giá trị cho trước. Ngược lại, khi áp suất cửa ra giảm, van piston (2) bị đẩy xuống dưới bởi lò xo 3 mở rộng cửa ra. Kết quả, áp suất cửa ra tăng lên đến giá trị cho trước. Lưu lượng chất lỏng lớn nhất qua van [3] (4) : Hệ số lưu lượng, chọn =0.65 Sm: Diện tích mặt cắt của khe hở, P2 : Lưu lượng chất lỏng lớn nhất qua van, Qmax=50 [l/ ph] P1 : Áp suất chất lỏng ở cửa vào, p1=34.8 [Mpa] P2 : Áp suất chất lỏng ở cửa ra, p2=2.9 [Mpa] r : Khối lượng riêng chất lỏng, r=786 [kg/m3] Từ (4) suy ra: [m2] - Lưu lượng chất lỏng qua van được tính theo công thức: (5) Trong đó : Dp =0÷31.9 [Mpa] Sm =4.87×10-6 [m2] µ =0.65 r = 786 [kg/m3] Thay các thông số vào (5) ta có bảng lưu lượng chất lỏng qua van theo độ chênh áp: Dp(Mpa) 0 5 10 15 20 25 30 31.9 Q(m3/s) 0 0.00033 0.00047 0.00057 0.00066 0.00074 0.0008 0.00083 Q(l/ph) 0 19.8 27.99 24.28 39.59 44.26 48.49 50 Dp (Mpa) Ta có đồ thị biến thiên lưu lượng qua van theo độ chênh áp tại vị trí cân bằng của van : Q(l/ph) Hình 5.4 Đồ thị biến thiên lưu lượng chất lỏng qua van theo độ chênh áp Tính lò xo: - Lưu lượng qua van [3] Sv: Diện tích tiết diện thông qua của van Vận tốc chảy qua van: chọn v= 14 [m/s] [m] Chọn D=10 [mm] m =4.9 [mm] - Khi van ở vị trí cân bằng, ta có phương trình cân bằng lực: (3) x : Độ dịch chuyển của lò xo, x=d1-h C : Độ cứng lò xo Ta có: Trong đó: D=10 [mm] d =4.9 [mm] F Þ [m] Chọn d1=5 [mm] Þ x= 5-0.32=4.68 [mm] - Lực do chất lỏng có áp suất p2 tác dụng lên đáy van: [N] Ta có: [N/mm] 6. Bảo dưỡng hệ thống thuỷ lực trên máy đào Trên máy đào, hệ thống thuỷ lực là bộ phận chính của máy. Nếu hệ thống thuỷ lực làm việc không ở điều kiện tối ưu thì hiệu suất của máy sẽ bị ảnh hưởng rất lớn. Thực hiện công tác kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên giúp hệ thống thuỷ lực làm việc hiệu quả do đó sẽ đảm bảo máy làm việc ở hiệu suất cao nhất, giảm thiểu thời gian dùng máy, giảm chi phí sửa chữa. Duy trì hệ thống thuỷ lực sạch sẽ làm giảm độ mài mòn các thiết bị đồng thời duy trì hiệu quả làm việc của chúng. Với hệ thống thuỷ lực ngày nay, dung sai của các phần tử rất bé đồng thời áp suất dầu thuỷ lực cao hơn nên những hạt bẩn lẫn vào trong dầu thuỷ lực có thể gây nên những sự phá huỷ cho hệ thống. Các hạt bẩn có thể thâm nhập vào hệ thống thủy lực bất cứ thời gian nào trong suốt vòng đời của máy: sản xuất, lưu kho,vận chuyển, làm việc và sữa chữa. Ngay cả dầu thuỷ lực mới cũng có thể bị nhiễm bẩn. Các thành phần hoá học trong dầu có thể sinh ra các chất nhiểm bẩn khi tiếp xúc với nước, không khí và khi nung nóng trong quá trình làm việc. Chất bẩn thường đi vào hệ thống qua các vòng đệm xy lanh và khe hở của các van điều khiển. Các chất rắn thường được lọc bởi các lọc đặt trong hệ thống, nhưng các chất bẩn đủ nhỏ thì không được lọc và luân chuyển liên tục trong hệ thống. Thời gian tăng lên, lượng chất bẩn này đủ lớn sẽ ảnh hưởng đến điều kiện làm việc làm việc của hệ thống và mài mòn thiết bị. Chính vì vậy, lấy mẫu thường xuyên để sớm phát hiện ra mức độ nhiểm bẩn để có cách xử lý. Vệ sinh sạch sẽ bên ngoài các thiết bị ( bơm, van , bộ phận công tác…). Thông thường, đối với máy đào, sau 250 giờ làm việc thì phải thay thế bộ lọc dầu hồi, sau 500 giờ thì thay thế bộ lọc dầu và sau 2000 giờ thì phải thay dầu hệ thống thủy lực. Kiểm tra mức dầu thường xuyên, tránh để lượng dầu trong thùng thấp dưới mức cho phép Sau một thời gian làm việc, các phớt, đệm làm kín bị biến dạng làm rò rỉ dầu trong hệ thống, năng suất làm việc của các thiết bị sẽ giảm đi. Phải tiến hành thay thế các phớt, đệm bị hỏng đảm bảo hệ thống làm việc trong điều kiện tốt nhất. 7. Kết luận Sau hơn ba tháng làm việc liên tục với đề tài, lúc đầu em không tránh khỏi sự khó khăn. Tuy nhiên, với sự nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ts. Huỳnh Văn Hoàng em đã hoàn thành đề tài được giao đúng thời hạn. Do khả năng và điều kiện về tài liệu còn hạn chế, thời gian làm việc có hạn nên em chỉ giải quyết được một số phần cơ bản nhất trong hệ thống thuỷ lực của máy đào Komat’su PC-400 và không thể tránh khỏi thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài này. Kính mong quý thầy cô thông cảm. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Cơ khí Giao thông- trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo Ts. Huỳnh Văn Hoàng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Shop manual Komat’su PC- 400”. Printed in Japan 02/ 2002 [2] Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngủ, Lưu Bá Thuận. “Máy làm đất”. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội năm 2004 [3] Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạc Tân. “Thuỷ lực và máy thuỷ lực, ( Tập 1 & 2)”. Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội năm 1979. [4] Ts. Huỳnh Văn Hoàng. “Truyền động thuỷ khí”. Đại học Bách khoa Đà Nẵng. [5] Ths. Lê Văn Tiến Dũng. “Điều khiển thuỷ lực và khí nén”. Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp. HCM, 17/10/2004. [6] H. Exner, R. Freitag, Dr.-Ing. H. Geis, R. Lang, J. Oppolzer P. Schwab. “Basic principles and components of fluid technology”. Printed in 1991 by Mannesmann Rexroth AG All rights reserved. [7] Tháng 4-2009. [8] http:// Hydraulicspneumatics.com/. Tháng 4-2009.