BÀI 1. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC Nội dung 1. Khái niệm 2. Sơ đồ cấu trúc 3. Ưu điểm, nhược điểm 4. Phạm vi ứng dụng 1. Khái niệm • Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực là hệ thống điều khiển sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng chịu áp suất để thực hiện nhiệm vụ điều khiển. • Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực gồm các cơ cấu và phần tử chính, có chức năng sau: – Cơ cấu tạo tín hiệu điều khiển: dùng để tạo tín hiệu điều khiển đưa vào hệ thống, ví dụ: công tắc, nút bấm, công tắc hành trình, các loại cảm biến… – Cơ cấu so sánh: tạo ra tín hiệu sai lệch giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi để đưa vào cơ cấu điều khiển . – Cơ cấu điều khiển: dùng để điều khiển cơ cấu chấp hành, có thể bao gồm các phần tử: bộ khuếch đại điện tử, bộ khuếch đại công suất điện-thuỷ lực, các cơ cấu hiệu chỉnh tạo quy luật điều khiển. – Cơ cấu chấp hành: Van trượt phân phối thuỷ lực, xy lanh thuỷ lực. – Cơ cấu cung cấp dầu: cung cấp dầu với áp suất cao tới và thu hồi dầu trở về với áp suất thấp từ cơ cấu chấp hành, có thể bao gồm các phần tử: các máy bơm dầu, bộ lọc dầu, bể dầu, bể trích chứa, van áp suất. – Cơ cấu phản hồi: là các cảm biến xác định tín hiệu đầu ra va tạo tín hiệu phản hồi đưa về cơ cấu so sánh. • Kênh điều khiển (thông tin): là kênh truyền và xử lý tín hiệu điều khiển từ khâu vào của hệ tới đối tượng điều khiển. • Kênh biến đổi năng lượng: là kênh phân phối và biến đổi năng lượng từ nguồn cấp năng lượng(cơ cấu cung cấp dầu) tới đối tượng điều khiển. 2. Sơ đồ cấu trúc 2.1. Sơ đồ cấu trúc mạch hở Trên hình 1 trình bày sơ đồ cấu trúc mạch hở của hệ thống truyền động thuỷ lực. Hình 1.1. Sơ đồ đồ cấu trúc mạch hở của hệ thống truyền động thuỷ lực Hệ thống điều khiển mạch hở thường có công suất vừa hoặc lớn, nhưng không yêu cầu khắt khe về chất lượng điều khiển, như điều khiển các máy công trình (máy xúc, máy ủi, máy đào….), các máy vận chuyển (máy nâng, cần cẩu, băng chuyền….), các máy khai thác vật liệu, trên các phương tiện giao thông (phanh ô tô, tàu hoả…), v.v… Hình 1.2. Mạch thủy lực có cấu trúc mạch hở Hình 1.2 là ví dụ về mạch thủy lực có cấu trúc mạch hở, trong đó tín hiệu điều khiển đầu vào là tác động của người điều khiển, tác động lên cần điều khiển của van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí, van đảo chiều này phân phối dầu từ nguồn cấp vào xilanh thủy lực, từ đó điều khiển chiều chuyển động của xilanh. 2.2. Sơ đồ cấu trúc mạch kín Trên hình 1.3 trình bày sơ đồ cấu trúc mạch kín của hệ thống truyền động thuỷ lực. Hình 1.3. Sơ đồ đồ cấu trúc mạch kín của hệ thống truyền động thuỷ lực Hệ thống điều khiển mạch kín thường là các hệ thống điều khiển tự động điện- thuỷ lực đòi hỏi chất lượng điều khiển cao,ví dụ trong công nghiêplà: các hệ thống bám điều khiển theo vị trí, các hệ thống tự ổn định, các bộ điều chỉnh tự động; trong các thiết bị quân sự là: khí tài phòng không (pháo phòng không cố định và trên xe tự hành, bệ phóng tên lửa), các loại tên lửa lục quân, hải quân, tàu hải quân, máy bay, xe tăng… Hình 1.4. Mạch thủy lực có cấu trúc mạch kín Hình 1.4 là ví dụ về mạch thủy lực có cấu trúc mạch kín, trong đó tín hiệu điều khiển đầu vào là hiệu điện thế u v , được đưa vào bộ tạo và khuếch đại tín hiệu sai lệch và cho tín hiệu ra là dòng điện i, dòng điện i được đưa vào điều khiển bộ khuếch đại điện thủy lực (van secvo kiểu ống phun), đến lượt mình bộ khuếch đại điện thủy lực phân phối dầu vào xilanh thủy lực điều khiển chuyển động của xilanh cả về vận tốc và hướng, chuyển động của xilanh được đo bởi cảm biến phản hồi và được chuyển thành tín hiệu điện phản hồi u f , được truyền ngược trở về bộ tạo tín và khuếch đại hiệu sai lệch, ở đây tín hiệu điều khiển đầu vào u v được so sánh với tín hiệu phản hồi u f tạo ra tín hiệu sai lệch điều khiển bộ khuếch đại điện thủy lực và xilanh truyền động. 3. Ưu điểm và nhược điểm a. Ưu điểm: – Có công suất cao và sinh ra lực, mô men lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, nhưng đòi hỏi ít về bảo dưỡng. – Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn. – Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc vào nhau, các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ. – Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. – Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong truyền động cơ khí và điện. – Có khối lượng nhỏ trên một đơn vị công suất có lợi. b. Nhược điểm: – Mất mát trong đường ống và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. – Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. – Vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ. 4. Phạm vi ứng dụng Hệ thống truyền động thuỷ lực thường được dùng khi yêu cầu tải trọng lớn, ví dụ như trong các máy công cụ hay các máy cắt gọt kim loại máy cắt tiện, máy bào, máy mài…), các phương tiện cơ giới, máy bay, tàu thuỷ, điều khiển khí tài nặng. Hình 1.5. Một vài ứng dụng của hệ thống truyền động thuỷ lực Câu hỏi ôn tập 1. Khái niệm về hệ thống điều khiển bằng thủy lực? Trình bày các cơ cấu và phần tử chính của hệ thống điều khiển bằng thủy lực? 2. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực có các kiểu sơ đồ cấu trúc nào? Trình bày về sơ đồ cấu trúc mạch hở (tín hiệu đầu vào được biến đổi thành tín hiệu đầu ra như thế nào)? Lấy ví dụ minh họa và phân tích ví dụ ? 3. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực có các kiểu sơ đồ cấu trúc nào? Trình bày về sơ đồ cấu trúc mạch kín (tín hiệu đầu vào được biến đổi thành tín hiệu đầu ra như thế nào)? Lấy ví dụ minh họa và phân tích ví dụ ? 4. Trình bày ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống điều khiển bằng thủy lực? . BÀI 1. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC Nội dung 1. Khái niệm 2. Sơ đồ cấu trúc 3. Ưu điểm, nhược điểm 4. Phạm vi ứng dụng 1. Khái niệm • Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực là hệ thống điều khiển. của hệ thống truyền động thuỷ lực Hệ thống điều khiển mạch kín thường là các hệ thống điều khiển tự động điện- thuỷ lực đòi hỏi chất lượng điều khiển cao,ví dụ trong công nghiêplà: các hệ thống. nhiệm vụ điều khiển. • Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực gồm các cơ cấu và phần tử chính, có chức năng sau: – Cơ cấu tạo tín hiệu điều khiển: dùng để tạo tín hiệu điều khiển đưa vào hệ thống,