Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 4: Van điều chỉnh lưu lượng

CENNITEC
VAN ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG
LE THE TRUYEN
le the truyen
Cennitec
Nội dung
Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất1
Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất2
Van giảm tốc3
Van tiết kiệm năng lượng4
le the truyen
Cennitec
Van điều chỉnh lưu lượng 
Van điều chỉnh lưu lượng dùng để điều chỉnh lượng dầu cung cấp cho xy lanh từ đó 
quyết định vận tốc làm việc cho các cơ cấu chấp hành. Điều này đạt được bằng 
cách thay đổi tiết diện của dòng chảy, đồng thời hình dáng hình học của tiết diện 
cũng giữ vai trò quan trọng trong vấn đề thiết kế các van điều chỉnh lưu lượng.
Lưu lượng khi đi qua một tiết diện nhỏ thường được xem như là một dòng rối và nó 
được tính theo công thức sau:
q = C x (ΔP)1/2
trong đó, q là lưu lượng, x là diện tích lổ chảy, ΔP là độ chênh áp trược và sau lổ, C 
là hằng số phụ thuộc vào hình dáng của lổ chảy, độ nhớt của lưu chất và hệ số 
Reynolds 
x, tiết diện
Con trượt
q
ΔP
Hình 3.39 Lưu lượng qua tiết diện hẹp
le the truyen
Cennitec
Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất
Cấu tạo của loại van này không chứa bộ phận cân bằng áp suất. Do vậy, khi tải thay
đổi thì độ chênh áp trước và sau van cũng thay đổi, do đó lưu lượng đi qua van
cũng bị thay đổi theo. Loại van này chỉ được dùng để điều chỉnh vận tốc của các cơ
cấu chấp hành mà ở đó tải hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít. Cấu tạo và
ký hiệu của van được trình bày trong hình 3.40.
Lưu lượng vào
Lưu lượng vào
Lưu lượng ra
Lưu lượng ra
Đi tự do
Hình 3.40 Van chỉnh lưu lượng không bù áp suất
le the truyen
Cennitec
Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất
Lưu lượng vào
Lưu lượng ra
Nút điều chỉnh
Van một chiều
Bộ phận 
cân bằng áp suất
Bộ tiết lưu
P1
P2
P3
Tiết diện A
Tiết diện a
Con trượt
F lò xo
Hình 3.41 Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất
Hình 3.41 trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của van điều chỉnh lưu lượng có 
bù áp suất. Gọi P1 là áp suất tại cửa vào của van, P2 là áp suất tại cửa ra của bộ 
phận cân bằng áp suất (cũng là áp suất tại cửa vào của bộ tiết lưu) và P3 là áp suất 
tại cửa ra của van. 
le the truyen
Cennitec
Van chỉnh lưu lượng có bù áp suất
Phương trình cân bằng lực tác động lên con trượt được viết như sau:
P3A + F lò xo = P2A
Khi áp suất P3 tại cửa ra của van tăng lên thì điều kiện cân bằng trên mất đi, khi đó
P3A + F lò xo > P2A
Do vậy con trượt bị đẩy về bên phải cho phép mở rộng tiết diện tại bộ cân bằng áp 
suất. Lưu lượng tăng lên và vì vậy áp suất P2 cũng tăng lên cho đến khi điều kiện 
cân bằng mới được xác lập. Quá trình tương tự cũng xảy ra khi áp suất P3 giảm đi. 
Nhờ họat động của bộ phận cân bằng áp suất này mà độ chênh áp trước và sau bộ 
tiết lưu luôn là hằng số bất chấp có sự thay đổi áp suất trong hệ thống. Độ chênh áp 
đó có thể được tính như sau:
ΔP = P2 - P3 = F lò xo / A
Lưu lượng vào
Lưu lượng ra
Nút điều chỉnh
Van một chiều
Bộ phận 
cân bằng áp suất
Bộ tiết lưu
P1
P2
P3
Tiết diện A
Tiết diện a
Con trượt
F lò xo
le the truyen
Cennitec
Van giảm tốc 
Cam
Tiết lưu
Nút điều chỉnh
Con lăn
Van một chiều
Lưu lượng ra
Con trượt
Bộ phận cân bằng áp suất
Tiết lưu
Lổ tiết lưu
Bạc
Lưu lượng vào
Tiết diện A
Tiết diện a
Cam
L
ư
u
 l
ư
ợ
n
g
Hành trình 
camMở hòan tòan
Con trượt đóng dần theo
 hành trình cam
Nhanh
Giảm dần
Chậm
Đóng hòan tòan
Hình 3.43 Sự thay đổi lưu lượng theo hành trình 
cam
le the truyen
Cennitec
Van giảm tốc
Van một chiều
Tiết lưu
Lổ tiết lưu Con lăn
Cam
Bộ phận cân bằng áp suất
Lưu lượng vào
Lưu lượng ra
Bạc
Dầu rò rỉ
Con trượt
Cam
Đóng hòan tòanĐóng một phần
Cam
Van điều chỉnh lớn, QHVan điều chỉnh nhỏ, QL Van điều chỉnh nhỏ, QL Van điều chỉnh lớn, QH
Nhanh
Giảm tốc
Trung bình
Chậm
L
ư
u
 l
ư
ợ
n
g
Hành trình cam
Mở hòan tòan Đóng hòan tòan
Hình 3.44 Van giảm tốc nhiều cấp
le the truyen
Cennitec
Van giảm tốc
Hình 3.45 Mạch dùng van giảm tốc 
le the truyen
Cennitec
Van tiết kiệm năng lượng 
A P1 P2 B
A0
A B
Hình 3.46 Van tiết kiệm năng lượng
Hình 3.46 minh họa nguyên lý làm việc của van tiết kiệm năng lượng. Nó bao gồm
van tiết lưu và bộ cân bằng áp suất được lắp song song. Tải của bơm thay đổi
theo tải của hệ thống và luôn cao hơn một ít, P1 = P2 + ΔP, ΔP = 4 đến 10 bar. Vì
vậy mà nó được gọi là van tiết kiệm năng lượng.
le the truyen
Cennitec
Van tiết kiệm năng lượng
Sơ đồ dưới đây trình bày hệ thống thủy lực dùng van điều chỉnh lưu lượng 3 cửa đang ở
trạng thái nghỉ.
M
P
A
BT
a
b
D1
100 l/min
P1
5 bar
Chỉnh 50 l/min
Lò xo điều khiển-5 bar
50 l/min
50 l/min
Chỉnh 100 bar
0 bar
Lưu lượng cung cấp bởi bơm là 100 l/min. Van điều chỉnh lưu lượng chỉnh ở 50
l/min. Lò xo điều khiển của van áp suất có giá trị là 5 bar (giá trị này dao động từ 4
đến 10 bar tùy theo nhà chế tạo). Trong trạng thái nghỉ như trong hình trên, lưu
lượng 50 l/min xả về bể chứa dầu với độ chênh áp suất là 5 bar.
le the truyen
Cennitec
Van tiết kiệm năng lượng
M
P A
BT
a
b
D1
100 l/min
P1
75 bar
Chỉnh 50 l/min
Lò xo điều khiển-5 bar
50 l/min
50 l/min
Chỉnh 100 bar
70 bar
Giả thiết rằng tải của xy lanh khi đi ra là 70 bar, khi đó lưu lượng dư 50 l/min được
xả về bể chứa với độ chênh áp là (70 + 5 = 75 bar). Khi van điều chỉnh lưu lượng 3
cửa được sử dụng thì lưu lượng dư được xả về bể chứa với độ chênh áp tướng
ứng với tải của cơ cấu chấp hành. Vì vậy van này còn được gọi là van tiết kiệm
năng lượng.
le the truyen
Cennitec
Van tiết kiệm năng lượng
M
P A
BT
a
b
D1
100 l/min
P1
100 bar
Chỉnh 50 l/min
Lò xo điều khiển-5 bar
100 l/min
0 l/min
Chỉnh 100 bar
100 bar
Khi tải của cơ cấu chấp hành tăng lên thì bộ điều chỉnh áp suất tự cân bằng để luôn 
giữ cho độ chên áp luôn là 5 bar. Khi tải tăng đến ngưỡng cài đặt của van, trong 
trường hợp này là 100 bar, thì toàn bộ lưu lượng của bơm sẽ trả về bể chứa dầu. 
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng 
Bộ chia lưu lượng được dùng để chia lưu lượng thành 2 hay nhiều thành phần theo 
một tỉ lệ nhất định. Bộ chia lưu lượng có 2 dạng chính đó là dịch chuyển thể tích và 
con trượt. Dạng dịch chuyển thể tích bao gồm hai hay nhiều động cơ thủy lực lắp 
trên cùng một trục, quay cùng một vận tốc. 
P1 Q1 P2 Q2 P3 Q3
P Q
Vg1 Vg2 Vg3
Q1 = Vg1n, Q2 = Vg2 n Q3 = Vg3n
Vậy,
Q1 : Q2 : Q3 = Vg1 : Vg2 : Vg3
Q1 + Q2 + Q3 = Q
Trong đó, n = vận tốc động cơ (rps), Q = lưu lượng của động cơ (m3/s), Vg = thể tích
riêng của động cơ (m3/s).
Bằng cách dùng bộ chia lưu lượng dạng thể tích này, lưu lượng có thể được chia
thành 2 hay nhiều phần khác nhau, với tỉ lệ cho trước.
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
Bộ chia lưu lượng dạng này cũng có thể dùng để tăng áp suất đầu ra (xem hình
3.45). Động cơ thứ 2 được nối về bể chứa dầu. Nó kéo động cơ thứ nhất, hoạt
động như bơm với áp suất vào là P. Giả thiết rằng hệ thống là lý tưởng, công suất
thủy lực đầu vào và đầu ra bằng nhau. Do vậy,
P1 Q1 P2 Q2
P Q
Vg1 Vg2
Q1P1 + Q2P2 = QP
Q1 = Vg1n, Q2 = Vg2n và Q1 + Q2 = Q
Vì P2 = 0 nên
P1 = P(Vg1+ Vg2)/ Vg1
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
M
P T
P
A B
T ab
p0
D1
90 l/min
120 bar
P1
P2 P4
90 bar 0 bar
30 bar
c
dP
A
A
B
B
T
T
3
0
 l
/m
in
60 l/min
3
0
 l
/m
in
Xy lanh nhận một lưu lượng là 30 l/min
và áp suất xy lanh cần để thắng tải là
90 bar. Áp suất làm việc của bơm là 30
bar. Sở dĩ như vậy là vì bộ chia lưu
lượng nhận 90 l/min, nhưng chỉ dùng
có 30 l/min để tạo ra công. Hai lưu
lượng 30 l/min còn lại xả về bể chứa
dầu với áp suất bằng 0. Năng lượng
này được chuyển qua cho bộ chia còn
lại. Như vậy bộ chia còn lại trở thành
bơm với áp suất tại cửa vào là 30 bar
và hai động cơ kéo nó đến áp suất 90
bar. Trong hệ thống có sử dụng bộ
chia dạng này thì áp suất trung bình
của cửa ra sẽ bằng áp suất cửa vào.
Trong trường hợp này thì (90 bar + 0
bar + 0 bar)/3 = 100 bar.
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
M
P T
P
A B
T ab
p0
D1
90 l/min
120 bar
P1
P2 P4
90 bar 0 bar
60 bar
c
dP
A
A
B
B
T
T
3
0
 l
/m
in
30 l/min
3
0
 l
/m
in
30 l/min
Để xy lanh có được vận tốc trung bình, vị trí các
van phân phối được điều khiển như trong hình.
Cuộn dây d được kích hoạt cho phép 30 l/min
cấp thêm cho xy lanh. Lúc này áp suất làm việc
của bơm sẽ là 60 bar.
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
M
P T
P
A B
T ab
p0
D1
90 l/min
120 bar
P1
P2 P4
90 bar 0 bar
90 bar
c
dP
A
A
B
B
T
T
3
0
 l
/m
in
0 l/min
3
0
 l
/m
in
60 l/min
Để xy lanh đi ra với vận tốc nhanh nhất, các van
phân phối được điều khiển như trong hình 3.48c.
Áp suất làm việc của bơm ở giai đoạn này đúng
bằng tải của xy lanh.
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
M
P T
P
A B
T ab
p0
D1
90 l/min
120 bar
P1
P2 P4
90 bar 0 bar
90 bar
c
dP
A
A
B
B
T
T
3
0
 l
/m
in
0 l/min
3
0
 l
/m
in
60 l/min
Để xy lanh đi ra với vận tốc nhanh nhất, các
van phân phối được điều khiển như trong
hình. Áp suất làm việc của bơm ở giai đoạn
này đúng bằng tải của xy lanh.
le the truyen
Cennitec
Bộ chia lưu lượng
M
P T
P
A B
T ab
p0
D1
90 l/min
120 bar
P1
P2 P4
0 bar
90 bar
90 bar
c
dP
A
A
B
B
T
T
3
0
 l
/m
in
0 l/min
3
0
 l
/m
in
60 l/min
Để xy lanh đi về với vận tốc nhanh
nhất, vị trí của các van phân phối
được điều khiển.
le the truyen
Cennitec
Các phương pháp điều chỉnh vận 
tốc của xy lanh 
a) Điều chỉnh lưu lượng ngõ vào
Q (l/min)
q (l/min)
p (bar)
(Q-q) (l/min)
A (cm2) a (cm
2)
Lưu lượng do bơm cung cấp là Q (l/min)
Lưu lượng cần chỉnh cho xy lanh là q (l/min)
Lưu lượng dư xả va van an tòan là (Q – q) (l/min)
Năng lượng mất mát là [P x (Q - q)]/600 (kW), P
(bar) là giá trị cài cho van giới hạn áp suất.
Vận tốc của xy lanh trong trường hợp này là v = 
q/6A (m/s).
Dầu vào xy lanh sẽ bị nén trước khi xy lanh bắt
đầu chuyển động. Lực (hoặc áp suất) cần di
chuyển xy lanh từ trạng thái đứng yên sẽ lớn hơn
lực (hoặc áp suất) cần để duy trì chuyển động
của xy lanh. Khi tải bắt đầu chuyển động, lực cản
giảm và áp suất trong piston rơi do sự tăng thể
tích đột ngột. Do vậy với cách điều khiển này sẽ
tồn tại những thời điểm không ổn định trong
chuyển động của xy lanh.
le the truyen
Cennitec
Các phương pháp điều chỉnh vận 
tốc của xy lanh
Điều chỉnh lưu lượng ngõ ra
Q (l/min)
q (l/min)
p (bar)
A (cm2) a (cm
2)
A
a
q
A
a
qQ - (l/min)
Trong trường hợp này lưu lượng của bơm
cũng cần phải lớn hơn lưu lượng cần điều
chỉnh. Như đã trình bày trong hình 3.51, lưu
lượng dư phải xả qua van giới hạn áp suất
trong trường hợp này là (Q – q(A/a)) (l/min),
và vận tốc của xy lanh sẽ là v = q/6a. Vì tỉ lệ
diện tích của hai buồng xy lanh là khác
nhau nên cần phải chú ý đến áp suất tại
buồng nhỏ của xy lanh. Giả sử tỉ lệ diện tích
giữa hai buồng xy lanh là A:a = 2:1, nếu áp
suất tại buồng lớn của xy lanh là 150 bar thì
khi đó áp suất tại buồng nhỏ sẽ là 300 bar.
le the truyen
Cennitec
Các phương pháp điều chỉnh vận 
tốc của xy lanh
Q (l/min)
q (l/min)
p (bar)
A (cm2) a (cm
2)
(Q-q) (l/min)
0 (l/min)
Lưu lượng dư xả qua van giới hạn áp 
suất là 0 (l/min). Về lý thuyết đây là 
phương pháp mang lại hiệu suất cao 
nhất. Nhưng độ chính xác của phương 
pháp này phụ thuộc vào độ ổn định của 
lưu lượng bơm. Phương pháp này nên 
được sử dụng cho hệ thống mà áp 
suất hầu như là một hằng số hoặc yêu 
cầu về độ chính xác của vận tốc cơ 
cấu chấp hành là không cao. 
CENNITEC
www.themegallery.com