Thiết kế chế tạo mô hình ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành trong truyền động thủy lực

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 23 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH VẬN TỐC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DESIGN AND MANUFACTURE SPEED MODEL STABILITY IN THE STRUCTURE EXECUTOR HYDRAULIC TRANSMISSION SVTH: Nguyễn Văn Linh1, Hoàng Thế An2 Lớp:105C4A, 205C4B, Khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường Đại Học Bách Khoa GVHD: KS. Lê Minh Đức Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại Học Bách Khoa TÓM TẮT Trong bài báo này đề cập phương pháp điều khiển tốc độ dòng chảy bằng bộ ổn tốc. Độ chênh áp trước và sau van tiết lưu được duy trì ở một giá trị không đổi ứng với một lưu lượng qua van là không đổi. phương trình cân bằng lưu lượng qua van tiết lưu chỉ ra rằng duy trì một độ chênh áp trước và sau van tiết lưu không đổi khi các yếu tố về tiết diện lưu thông và đặc tính chất lỏng không đổi sẽ mang lại một tốc độ dòng chảy tương đối ổn định. Áp suất trước và sau van ổn tốc được chuyển đến các đầu khác nhau của một pít tông, một lò xo có tác dụng điều chỉnh áp suất để giữ cho các van mở ở áp suất đầu vào tiết lưu không đổi. ABSTRACT For accurate flow control, a device that regulates to a Δp across an orifice is required – referred to as pressure compensated flow control valve. In this valve, the Δp across the flow metering orifice is maintained at a constant value producing a constant flow rate. The general orifice flow equation indicates that holding the orifice area and Δp constant Where the fluid properties (bulk modulus and density) are relatively constant, will yield a constant flow rate through the orifice. To hold Δp constant, the upstream and downstream pressures are ported to different sides of a servo (piston), An adjustable spring assists the lower pressure to hold the valve open at low input pressures. 1. Mở đầu Với nhiều ưu điểm, truyền động thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta hiện nay trong nhiều máy công cụ, máy nông nghiệp, máy vận chuyển, máy xây dựng, khai thác mỏ, địa chất, vận tải,.v.v. đã có nhiều bộ phận dùng đến truyền động thủy lực. truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm, dễ dàng điều khiển tự động hóa vận tốc cơ cấu chấp hành, quá trình điều khiển yêu cầu độ chính xác cao như trong các máy công cụ, các cơ cấu cấp phôi, các thiết bị nâng hạ chi tiết, những cơ cấu chịu tải trọng thay đổi, chất lượng sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp bởi tính chính xác về điều chỉnh và ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành. Để nâng cao độ chính xác và tính ổn định trong điều khiển thủy lực, nhóm sinh viên đã thực hiện đề tài “thiết kế chế tạo mô hình ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành trong truyền động thủy lực”. phương án đưa ra trong mô hình là sử dụng bộ ổn tốc để ổn định tốc độ cơ cấu chấp hành khi điều khiển vận tốc bằng phương pháp tiết lưu với bơm có năng suất không đổi. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 24 2. Nội dung 2.1. Cơ sở lý thuyết 2.1.1. Các phương án điều khiển vận tốc cơ cấu chấp hành trong truyền động thủy lực: Từ nguyên lý của truyền động thủy lực ta có thể điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành bằng cách thay đổi lưu lượng dầu chảy qua nó theo hai phương pháp điều khiển bằng phương pháp thể tích và phương pháp tiết lưu: Để điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thể tích ta dùng các bơm có năng suất thay đổi. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu được sử dụng rất rộng rãi. trong phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu bơm dầu có năng suất cố định, nên nó luôn luôn đẩy vào hệ thống truyền dẫn một lưu lượng dầu không đổi. Van tiết lưu có nhiệm vụ điều tiết lưu lượng để có những vận tốc điều chỉnh khác nhau. 2.1.2. Ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành khi điều chỉnh bằng tiết lưu Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tiết lưu đơn giản, rẻ tiền, phù hợp với những trang thiết bị không đòi hỏi công suất lớn. Tuy nhiên việc sử dụng các van tiết lưu thông thường sẽ không ổn định được vận tốc của cơ cấu chấp hành khi tải trọng thay đổi. Để ổn định tốc độ, ta thường dùng bộ tự điều chỉnh và ổn định tốc độ (bộ ổn tốc). Các bộ ổn tốc thường đã được tiêu chuẩn hoá. 2.2. Xây đựng mô hình thực nghiệm 2.2.1. Yêu cầu của mô hình Mô hình thiết kế phải đảm bảo được yêu cầu của bài toán đề ra là ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền động thủy lưc. Các thiết bị và phần tử thủy lực trong hệ thống đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và làm việc an toàn. Mô hình phải có tính mỹ thuật, có kiểu dáng công nghiệp. Việc bố trí các cơ cấu điều khiển Hình 1a: Sơ đồ điều chỉnh bằng tiết lưu trên đường vào Hình 1: Sơ đồ điều chỉnh bằng tiết lưu trên đường dầu vào và ra 2a) khi tải trọng nhỏ 2b) khi tải trọng lớn Hình 2: Nguyên lý làm việc của bộ ổn tốc Hình 3: Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển và mô hình thiết kế Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 25 phù hợp với môi trường làm việc trong các nhà máy, phân xưởng. 2.2.2. Lựa chọn sơ đồ thủy lực Chọn sơ đồ mạch thủy lực điều khiển mô hình với bộ ổn tốc mắc trên đường dầu ra. Hệ thống thủy lực mắc ở lối ra của có cấu chấp hành có niều ưu điểm cơ cấu chấp hành chuyển động êm hơn, chất lỏng qua tiết lưu bị nóng lên sẽ được làm mát ở thùng chứa trước khi vào hệ thống. Bởi vậy, khi các điều kiện như nhau thì lưu lượng rò rỉ ở đây sẽ nhỏ hơn trong trường hợp trên. 2.2.3. Thiết kế bộ ổn tốc Lưu lượng qua van tiết lưu: pAcQ x... ; Với: 2 c Tiết diện lưu thông qua van sin....2 rhAx với: r- bán kính làm việc của lỗ tiết lưu h- chiều cao làm việc của van tiết lưu 2α- góc côn của van. Lưu lượng qua van tiết lưu phải không đổi để đảm bảo vận tốc cơ cấu chấp hành vì van tiết lưu nối thông với thùng chứa nên áp suất sau van tiết lưu coi như bằng 0. Vì vậy độ chênh áp trước và sau van bằng áp suất trước tiết lưu. 2 3 ) .. ( xAc Q pp Lưu lượng qua van giảm áp: 111 ... pcAQ x độ chênh áp trước và sau van giảm áp: 321 ppp Phương trình cân bằng lực: 0 4 . . 2 3 lxF D p ; 23 . 4 . D Fp lx => 4 . . 2 3 D pFlx Tải trọng tác dụng lên pít tông của xylanh lực biến thiên gây nên độ biến thiên áp suất p2 trong khoang bên phải của xylanh, áp suất p2 biến thiên theo tốc độ biến thiên của tải trọng, 1. Kết quả Một số hình ảnh thực tế về mô hình: Hình 4: Sơ đồ tính toán van tiết lưu P2, Q2 Flx P3 l Hình5 :Sơ đồ tính toán van giảm áp Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 26 Hình 7: Kết cấu của bộ ổn tốc thiết kế Mô hình chế tạo mang tính chất thí nghiệm, minh họa cho những tính toán lý thuyết đã nghiên cứu, tuy nhiên nó phản ánh được nguyên lý của các hệ thống thủy lực dùng trong công nghiệp. Vận hành mô hình, với các mức gây tải khác nhau lên cơ cấu chấp hành 1 2 6 5 4 3 Hình 6: hình ảnh mô hình thực tế 1:bộ ổn tốc;1-áp kế;3-giá tải trọng;4-lò xo;5-bơm;6-động cơ Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 27 ở độ mở 50% của van tiết lưu, sau khi xử lý số liệu theo nguyên tắc thống kê, thu được kết quả như bảng sau: Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên mô hình Tải trọng (kG) Vận tốc trung bình (mm/s) 0 14.54404 1.6 13.51881 3.2 12.97511 4.8 12.65823 6.4 12.36656 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 2 3 4 5 6 7FL(kG) V( mm /s) Hình 8: vận tốc cơ cấu chấp hành theo tải trọng Nhận xét kết quả thí nghiệm: dựa vào kết quả thí nghiệm cho thấy, tốc độ cơ cấu chấp hành giảm nhẹ khi tăng tải trọng. Điều đó được giải thích vì kết cấu mô hình còn đơn giản, bị giới hạn bởi khả năng công nghệ chế tạo, Trong quá trình vận hành thiết bị dầu bị nóng làm tăng tổn thất lưu lượng. Để tiếp tục nâng cao độ ổn định vận tốc cơ cấu chấp hành của mô hình trong thời gian tới, nhóm sinh viên sẽ tiếp tục nghiên cứu nâng cao chất lượng của bộ ổn tốc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi...“Thuỷ lực và máy thuỷ lực - tập II” NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội - 1972. [2] Nguyễn Văn May. “Bơm, quạt, máy nén”. NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội – 2007. [3] Hoàng Thị Bích Ngọc. “Máy thủy lực thể tích”. NXB KH&KT. Hà Nội -2000. [4] Hoàng Bá Chư, Trương Ngọc Tuấn. “Sổ tay thủy khí động lực học ứng dụng”. NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội – 2001. [5] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm. “Thiết kế chi tiết máy”. NXB Giáo dục 2001. [6] Nguyễn Trọng Hiệp. “Chi tiết máy - Tập I, II”. NXB Giáo dục 1997. [7] Nguyễn Doãn Ý. “Ma sát mòn bôi trơn Tribology”. NXB KH&KT. Hà Nội – 2008. [8] Trần Xuân Tùy. “ Hệ thống truyền động thủy Lực”. ĐHBK, ĐHĐN. Đà Nẵng - 2007.