Bài giảng Thuỷ lực và khí nén (Phần 3) - Lê Anh Sơn

Truyền động thuỷ lực và khí nén
PGS.TS. Bùi Hải Triều
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van điều khiển thuỷ lực – khí nén
Chiều dòng
Áp suất
Lưu lượng
Khởi hành
Điều khiển, điều chỉnh
• Nhiệm vụ
Dừng lại
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van điều khiển thuỷ lực – khí nén
 Hệ thống hoá các phần tử điều khiển và điều chỉnh
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các phương tiện tác động của van
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các phương tiện tác động của van
 Tác động cơ học: Tay đòn, bàn đạp, nút ấn, 
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các phương tiện tác động van
 Tác động áp suất: thuỷ lực hoặc khí nén
 Tác động trực tiếp: Piston điều khiển chịu tác động
trực tiếp của áp suất (van một cấp).
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các phương tiện tác động van
 Tác động gián tiếp (van hai cấp): van điều khiển trước
yêu cầu lực tác động nhỏ để điều khiển dòng dầu tác
động vào van chính.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các phương tiện tác động van
 Tác động của nam châm điện (chuyển đổi điện –
cơ):
 Chuyển đổi điện – cơ kiểu đóng ngắt (Nam châm
đẩy): có tín hiệu điện, nam châm đẩy phần tử đóng
kín đến các vị trí định trước, trả về bằng lò xo.
 Chuyển đổi điện cơ tỷ lệ (Nam châm tỷ lệ)
• Hành trình con trượt tỷ lệ thuận với dòng điện vào
• Lực tác động vào con trượt tỷ lệ thuận với dòng điện vào.
• Lưu lượng tỷ lệ thuận với dòng điện vào nhờ nam châm lắc
(van tuỳ động).
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Bộ đóng ngắt điện - cơ
 Thời gian đóng ngắt 5 -20ms
 Cấp điện một chiều: 12, 24,  có thể đến 220V
 Ưu điểm
• Chuyển động mền tránh được va đập đóng ngắt
• Cuộn dây có khả năng quá tải điện.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Bộ đóng ngắt điện - cơ
 Nhược điểm
• Dây dễ mẫn cảm do rất mãnh
• Tia lửa điện khi ngắn mạch → cần dập tắt.
• Cần có chỉnh lưu.
 Cấp điện xoay chiều
 Ưu điểm
• Thời gian đóng ngắt ngắn
• Lực kéo lớn
• Cấu tạo đơn giản
• Có thể kết nối với điện lưới
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Bộ đóng ngắt điện - cơ
 Nhược điểm
• Nóng khi hoạt động
• Mẫn cảm với tải thấp
• Cháy cuộn dây khi quá tải, dưới áp và kẹt phần ứng
• Không cho phép hạn chế hành trình do phần ứng cần
liên kết hoàn toàn với diện tích khi kích thích.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các bộ phận chuyển đổi điện – cơ tác 
động tỷ lệ.
 Lịch sử phát triển
 Do yêu cầu sản xuất → phát triển các van liên tục:
thay đổi vô cấp lực, mômen, vận tốc hoặc tần số
quay.
 Đặc điểm của van liên tục: biến đổi tín hiệu vào (điện)
thanh lưu lượng hay áp suất thay đổi vô cấp và tỷ lệ
thuận với tín hiệu vào.
 Lịch sử: van tuỳ động Thuỷ lực - điện (trong hàng
không, vũ trụ) đắt tiền do yêu cầu cao về chế tạo,
chăm sóc → Van tuỳ động công nghiệp (rẻ tiền hơn)
→ Van tỷ lệ (kém chính xác hơn).
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các bộ phận chuyển đổi điện – cơ tác 
động tỷ lệ.
 Nam châm lắc
 Ứng dụng: là cấp tác động
sơ cấp của van tuỳ động
thực hiện chức năng
khuyếch đại năng lượng
thường là dạng vòi phun,
tấm chắn.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các bộ phận chuyển đổi điện – cơ tác 
động tỷ lệ.
 Nam châm thụt:
 Nguyên lý hoạt động: cấp tín hiệu điện vào cuộn dây 6
nó sẽ chuyển động:
• Màng 5 và tấm chắn 7 chuyển động theo làm thay đổi
khoảng cách với vòi phun (H4.7.a)
• Làm chuyển động lò xo 8, 9, cần dẫn 10 tác động trực
tiếp vào con trượt (H4.7.b).
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các bộ phận chuyển đổi điện – cơ tác 
động tỷ lệ.
 Nam châm tỷ lệ:
 Đặc điểm: điều khiển các thông số ra như lực, hành
trình tỷ lệ thuận với dòng điện vào cuộn dây.
 Ứng dụng: là nam châm điều khiển vị trí, nam châm
điều khiển hành trình và nam châm điều khiển lực
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các bộ phận chuyển đổi điện – cơ tác 
động tỷ lệ.
 Nam châm tỷ lệ điều khiển lực
Điều chỉnh lực tác động lên piston van ngược chiều
lực lò xo hoặc ngược chiều đầu côn của van giới hạn
áp suất như một lò xo điện từ.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Động cơ tuyến tính
 Đặc điểm hoạt động:
 Bố trí nam châm vĩnh cửu để không có dòng điện
phần ứng.
 Kích thích cuộn dây ngoài tạo nên dịch chuyển tuyến
tính của phần ứng.
 Ứng dụng: trên các van khí nén
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Động cơ điện
 Đặc đỉêm:
 Hoạt động cùng với bộ điều chỉnh góc xoay (góc xoay
hữu hạn)
 Ứng dụng:
 Điều khiển van con trượt quay
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Định vị áp điện
 Đặc điểm:
 Nguyên lý nghịch áp điện
 Biến dạng của vật liệu khi có tác động điện trường.
 Ứng dụng:
 Trên các hệ thống điều khiển van công suất nhỏ
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Định vị tĩnh diện
 Nguyên lý hoạt động:
 Khi một vật thể được nạp điện phân cực sẽ tạo ra lực
tương tác.
 Đặc điểm:
 Hành trình làm việc cực ngắn
 Cần có bộ lọc môi chất do dễ đọng bụi trong điện
trường
 Thời gian đóng ngắt rất ngắn
 Ứng dụng:
 Trên các van khí nén điều khiển trước
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Định vị nhiệt
 Nguyên lý:
 Định vị nhiệt cơ sử dụng giãn nở nhiệt
 Định vị nhiệt khí động sử dụng sự tăng áp của chất
khí bị đốt nóng.
 Định vị nhiệt - thuỷ lực sử dụng sự hoá hơi và tăng áp
suất của chất lỏng bị đốt nóng.
 Định vị nhờ dạng sử dụng sự chuyển pha tinh thể của
một số hợp kim tinh thí dụ như (Ti – Ni) khi đốt nóng
và có thể trở về trạng thái ban đầu.
 Ứng dụng: Trên các van khí nén đìều khiển trước.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng cấu trúc van
 Van đế tựa
 Van con trượt
 Để lựa chọn hợp lý dạng van cho các trường
hợp ứng dụng cần phân tích ưu nhược điểm của
từng loại van.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng cấu trúc van
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng cấu trúc van
 Van đế tựa:
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng cấu trúc van
 Van con trượt
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
 Các dạng cấu trúc cơ bản:
 Van con trượt dọc
 Van con trượt ngang
 Van đế tựa
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
 Vị trí trung gian của van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
 Ký hiệu đầu nối của van khí nén (DIN-ISO 5599)
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
 Van phân phối không tiết lưu (van đóng ngắt)
 Van đóng ngắt tác động trực tiếp
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
 Van đóng ngắt điều khiển trước
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tiết lưu
 Đặc điểm hoạt động:
 Đóng ngắt vị trí cuối
 Thay đổi vô cấp tại vị trí trung gian bất kỳ
 Khả năng điều khiển
 Khởi hành
 Dừng lại
 Chiều dòng
 Độ lớn dòng dầu → thay đổi vô cấp vận tốc piston
hoặc tần số quay của động cơ.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tiết lưu
 Van phân phối tiết lưu tác động cơ học
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
 Van tuỳ động:
 Ứng dụng trong các mạch điều khiển thuỷ lực, điều
khiển chính xác p,Q
 Đặc điểm:
• Lưu lượng tỷ lệ thuận với tín hiệu vào
• Chuyển đổi tín hiệu nhanh, khả năng khuyếch đại lớn
• Cấu trúc hai cấp (một số ít 3 cấp)
• Cấp điều khiển trước thường cấu tạo từ một nam châm
lắc
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
 Van phân phối tỷ lệ
 Chức năng cơ bản giống như van tuỳ động
 Độ chính xác thấp
 Công suất tín hiệu vào cao (10 - 100W)
 Gọn nhẹ, rẻ tiền hơn
 Chỉ được sử dụng trong các mạch điều khiển
 Cấu trúc hai cấp
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
• Van phân phối tỷ lệ không điều chỉnh vị trí
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
• Van phân phối tỷ lệ điều chỉnh vị trí
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van phân phối tỷ lệ tác động điện cơ
 Điều chỉnh vị trí nhờ nam châm tỷ lệ. Khi đạt vị trí cần
thiết nam châm sẽ không có dòng điện, con trượt điều
khiển trả về bằng lò xo, khoang 8, 11 bị chặn dòng giữ
piston chính ở vị trí mong muốn
• Các van phân phối khí nén cũng có cấu trúc và
hoạt động tương tự.
• Các tính chất hoạt động của van phân phối
• Hao tổn áp suất qua van
• Tính chất tĩnh học và động lực học
Tham khảo trong tài liệu từ trang (157 – 161)
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van chặn
 Nhiệm vụ: chặn dòng dầu theo một hướng, chỉ
cho lưu thông theo hướng ngược lại.
 Van chặn dòng đơn giản
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van chặn
 Van chặn dòng khử chặn được
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van chặn
 Van chặn dòng tiết lưu
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van áp suất
 Nhiệm vụ điều khiển áp suất: giới hạn, phân
cấp, đóng mạch, giảm áp 
• Van giới hạn áp suất
• Thường dùng làm van an toàn thoả mãn p1 <p1max
 Van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp:
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van áp suất
 Van giới hạn áp suất điều khiển trước.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van tỷ lệ áp suất
 Nhiệm vụ: giữ cho áp suất vào P1 tỷ lệ với áp
suất điều khiển ps đặt vào nó: p1 ~ ps
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van hệ quả
 Nhiệm vụ: đóng mạch phụ tải nếu p1 đạt đến một
giá trị xác định
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van giảm áp
 Nhiệm vụ: giữ áp suất ra p2 không đổi và nhỏ
hơn áp suất vào p1 hoặc không phụ thuộc vào
p1.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van điều chỉnh chênh áp
 Nhiệm vụ giữ Δp = p1 – p2 = Const
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van điều chỉnh tỷ lệ áp suất
 Nhiệm vụ:
Giữ: 1 1
2 2
p A
const
p A
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van liên hợp để ngắt mạch
 Nhiệm vụ:
 Ngắt đường dầu thường xuyên mở nếu p2 vượt quá
giá trị cho phép: p2 < p2max.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van không tải
 Nhiệm vụ:
 Ngắt dầu từ bơm đến phụ tải và chuyển mạch không
áp nếu áp suất p2 vượt quá giá trị cho trước: p2>p2max
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van hai cấp
 Nhiệm vụ:
 Chuyển mạch cung cấp từ bơm ND sang bơm HD khi
p3 > p1max
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van áp suất tỷ lệ
 Van áp suất trang bị nam châm
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van áp suất tỷ lệ
 Van áp suất tuỳ động
Khoảng cách vòi phun tấm chắn hẹp lại, áp suất điều
khiển lớn đẩy piston sang trái thông 1 → 2.
Nếu p2 lớn sẽ đẩy piston sang trái làm p2 giảm.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng
Nhiệm vụ điều khiển lưu lượng thuỷ khí
 Van tiết lưu
 Van tiết lưu không thay đổi tiết diện
 Van tiết lưu điều khiển được
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng
 Van điều chỉnh dòng hai ngã:
 Nhiệm vụ: giữ lưu lượng ở giá trị không
đổi không phụ thuộc độ lệch áp suất và độ nhớt của
chất lỏng
1 2
Q p p 
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng
 Van điều chỉnh ba ngã
 Khác biệt: dòng dầu phụ tải không cần được trả về
thùng.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van chia dòng
 Nhiệm vụ chia dòng dầu cung cấp từ bơm thành
hai dòng có tỷ lệ xác định: Q=Q1+Q2 với
1
2
Q
const
Q
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng tỷ lệ
 Sử dụng các nam châm tỷ lệ
 Độ lệch áp suất p1- p2` tác động để p2` tác động
bên phải của cân áp suất tạo trạng thái cân
bằng.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van dòng tỷ lệ
 Nếu Q tăng p2` giảm p1 đẩy piston sang trái làm
giảm Q
 Nếu nam châm tỷ lệ điều khiển tiết lưu đo rộng
ra → p1-p2` nhỏ đi piston cân áp suất bị đẩy sang
phải làm Q tăng tương ứng.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Van chậm
 Nhiệm vụ: làm chậm hoạt động đóng ngắt trong
một khoảng thời gian điều khiển được.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Đặc điểm:
 Kết cấu khối các phần tử điều
khiển để gắn trực tiếp với các khối
điều khiển qua các lỗ khoan.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Chế tạo từ van đế tựa dễ sử dụng cho 4 chức năng
van khác nhau
• Van phân phối: đóng kín; thông A → B; B → A.
• Van giới hạn áp suất
• Điều chỉnh áp suất chính
• Cân áp suất cho van dòng 3 ngã
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Hoạt động:
 Van phân phối
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Van chặn
 Van giới hạn áp suất điều khiển trước
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Van dòng:
Q2 giảm → p1 – p2 giảm, Cân áp suất giảm diện tích
mặt cắt mở đến khi Q2 đạt giá trị cần thiết.
Nếu điều khiển mặt cắt tiết lưu do rộng ra, mặt cắt
của cân áp suất nhỏ đi giảm lượng dầu chảy về
thùng
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các van hai ngã kết cấu liền khối
 Van liên hợp: van phân phối và van giới hạn áp suất
Khi hoạt động với chức năng giới hạn áp suất, van
phân phối không tác động.
Nếu đóng mạch van phân phối, sẽ mở đường dầu về
thùng.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Nối ống và nối tấm các van thuỷ lực
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Khối điều khiển van thuỷ lực
 Kết nối chuỗi
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Nối van khí nén
Đặc điểm: Nối ren trực tiếp các van tiêu chuẩn
Việc điều khiển van thực hiện riêng rẽ
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Khối van khí nén
Đặc điểm: Chỉ có một cửa áp suất vào trung tâm và xả
chung ở một đầu nối.
Điều khiển van thực hiện riêng rẽ
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Đảo van
 Đặc điểm:
• Lắp đặt van lên các tấm nền, có thể lên đến 32 van
• Có thể điểu khiển tập trung qua hệ thống BUS
• Có thể tạo ra các đầu nối cung cấp và đầu nối làm việc cho
cả phần điện và phần khí nén.
Bộ môn: Động Lực _ Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Các dạng kết nối van
 Van ma trận (hay van tích hợp)
 Đặc điểm:
• Kết nối nhóm nhiều van trên một vỏ
• Chuyển đổi điện – cơ thường dùng nam châm lá.
www.themegallery.com