Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG
CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH
LƯU LƯỢNG BƠM LINH HOẠT THEO TẢI
Nguyễn Văn Kựu1, Nguyễn Đức Ngọc1
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenvankuu123@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU đưa về cụm van điều chỉnh góc nghiêng của
bơm và do đó sẽ tự động điều chỉnh lưu
Hệ thống cảm biến tải (Load-Sensing -LS)
lượng cửa ra của bơm phù hợp theo yêu cầu
là một hệ thống thủy lực có thể điều chỉnh
của tải. Các bộ phận cần thiết để tạo thành hệ
được cả áp suất và lưu lượng một cách linh
thống LS là một bơm pittong lưu lượng thay
hoạt theo sự thay đổi của tải trọng trong quá
đổi, có một bộ cân bằng cho phép bơm dự
trình hệ thống, máy làm việc ở các chế độ tải phòng ở áp suất thấp (200 PSI) khi hệ thống
trọng khác nhau, [1],[2]. Hệ thống thủy lực ngừng hoạt động. Hầu hết các hệ thống thủy
điều chỉnh linh hoạt áp suất và lưu lượng lực đều không làm việc ở áp suất cố định, áp
Load-Sensing có ứng dụng rộng rãi trong suất sẽ biến đổi theo sự biến đổi của tải.
ngành công nghiệp năng lượng lưu chất do có Theo [2],[3], sơ đồ hệ thống truyền động
những lợi thế khác biệt so với những hệ thủy lực sử dụng bơm thủy lực có khả năng
thống khác như có khả năng giám sát cả áp điều chỉnh lưu lượng tự động linh hoạt theo
suất, lưu lượng và tải trọng của hệ thống, độ lớn của tải trọng bên ngoài như trên Hình
điều khiển chúng làm việc để cho hiệu suất 1. Theo sơ đồ trên, dầu cao áp từ bơm (3) qua
tối đa. Vì vậy, nghiên cứu mô phỏng hoạt van phân phối (4) đến động cơ thủy lực (6)
động của hệ thống tự điều chỉnh lưu lượng để thực hiện các thao tác của máy. Khi tải
bơm linh hoạt theo tải sử dụng cảm biến trọng bên ngoài thay đổi,thông qua các cảm
Load Sensing là rất cần thiết, giúp người sử biến áp suất của tải (5) thì van LS (1) sẽ điều
dụng hiểu rõ hơn về các chế độ làm việc của khiển pittong servo (2) để điều chỉnh lưu
hệ thống, đồng thời khảo sát, phân tích ảnh lượng của bơm thay đổi theo yêu cầu của tải
hưởng của các yếu tố đến quá trình hoạt động trọng bên ngoài. Quá trình điều chỉnh này
của hệ thống, đảm bảo cho hệ thống làm việc hoàn toàn tự động.
ổn định và tăng tuổi thọ của các phần tử
trong hệ thống.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khảo sát, mô phỏng.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Load-Sensing là một hệ thống thủy lực có
khả năng điều chỉnh cả áp suất lẫn lưu lượng
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý bơm tự động điều
cần thiết một cách linh hoạt. Bơm thay đổi
chỉnh lưu lượng
lưu lượng sẽ nhận biết nhu cầu về lưu lượng 1-Van LS; 2-Pittong servo; 3-Bơm; 4- Van phân phối;
của cơ cấu chấp hành nhờ một đường tín hiệu 5-Cảm biến áp suất; 6-Động cơ thủy lực.
234
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Để nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ
thống tự động điều chỉnh lưu lượng bơm linh
hoạt theo tải trong truyền động thủy lực,
nhóm tác giả sử dụng phần mềm Matlab
R2016a với thư viện mô phỏng thủy lực
SimHydraulic. Trong thư viện thủy lực cho
phép chúng ta xây dựng hệ thống mạch thủy
lực đúng với kết cấu thực tế của máy với đầy
đủ các phần tử thủy lực như bơm, van an
toàn, van phân phối, van một chiều, động cơ,
đường ống dầu, loại dầu thủy lực… Các phần
Hình 4. Mô hình hệ thống thủy lực có bơm
tử thủy lực trong thư viện đã được mô đun hóa
tự động điều chỉnh lưu lượng sử dụng LS
cho phép người dùng xây dựng, nghiên cứu hệ
thống truyền động thủy lực một cách đầy đủ, Mô hình hệ thống truyền động thủy lực sử
trực quan và sinh động, cho phép thay đổi mô dụng bơm thủy lực có khả năng điều chỉnh
hình nghiên cứu một cách dễ dàng. lưu lượng tự động linh hoạt theo độ lớn của
Để xây dựng mô hình của hệ thống, trước tải trọng bên ngoài trong môi trường Matlab
tiên phải xây dựng mô hình của các phần tử R2016a được thể hiện trên Hình 4, để khảo
trong hệ thống như mô hình bơm pittong, mô sát và mô phỏng nhóm tác giả sử dụng số
hình cảm biến áp suất, cảm biến vị trí,.. như liệu và thông số được lựa chọn theo hãng sản
Hình 2 và Hình 3, [4], [5], [6]. xuất [6].
Hình 5. Áp suất hệ thống
Hình 2. Mô hình Bơm pittong
trong SimHydraulic Kết quả và nhận xét:
+ Trong khoảng từ 0 đến 0,3s: Hệ thống
làm việc không tải, van phân phối đóng, áp
suất của bơm tăng nhanh và giảm dần, áp
suất của tải bằng không, từ 0,2s đến 0,3s thì
van phân phối bắt đầu mở ra.
+ Trong khoảng từ 0,3s đến 0,4s : Áp suất
bơm tăng lên nhỏ do cản trở trong hệ thống,
hệ thống làm việc không tải, tại 0,4s bắt đầu
cho tải tác dụng vào hệ thống, từ 0,4s đến
0,6s: Tải tăng lên, chiếm 33% tải lớn nhất
khi đó áp suất tải tăng nhanh đột ngột vượt
Hình 3. Mô hình cảm biến qua áp suất của bơm. Sau đó nhanh chóng áp
trong SimHydraulic suất của bơm tăng nhanh vượt áp suất tải
235
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
nhưng vẫn bám tải độ chênh áp khi đó đánh giá chất lượng, hiệu quả làm việc của hệ
khoảng 25kG/cm2. Trong giai đoạn này áp thống.
suất của hệ thống ổn định. Lưu lượng của bơm đạt giá trị lớn nhất xấp
+ Khi tải bên ngoài tăng lên 75% (từ 0,6s xỉ 3,5m3/s khi tải đặt vào là toàn tải (tải trọng
đến 0,8s): khi đó áp suất của tải tăng nhanh là 100%).
đột ngột vượt quá áp suất của bơm, sau đó áp
suất của bơm tăng lên vượt áp suất của tải 4. KẾT LUẬN
nhưng vẫn bám tải độ chênh áp không lớn Từ các kết quả nghiên cứu trên, nhóm tác
tổn hao áp suất nhỏ, trong giai đoạn này áp giả rút ra một số kết luận sau:
suất hệ thống ổn định và từ 0,8s đến 1s : khi - Bài báo đã phân tích các chế độ làm việc
đó tải tăng lên đến mức toàn tải (100%), áp của hệ thống tự động điều chỉnh lưu lượng
suất của tải tăng lên vượt quá áp suất bơm bơm theo tải sử dụng Load-Sensing, thông
sau đó áp suất của bơm tăng lên vượt quá áp qua việc xây dựng mô hình và mô phỏng hoạt
suất của tải nhưng vẫn bám tải, độ chênh lệch động của hệ thống tự động điều chỉnh lưu
áp suất trong khoảng 25kG/cm2, trong giai lượng bơm linh hoạt theo tải bằng thư viện
đoạn này áp suất hệ thống không thay đổi thủy lực - Simhydraulic.
nhiều, hệ thống vẫn làm việc ổn định . - Hệ thống cảm biến tải có tác dụng điều
+ Khi tải bên ngoài giảm xuống 60%, từ 1s khiển lưu lượng linh hoạt theo tải vì vậy khi
đến 1,2s: khi đó áp suất của bơm cũng được tải bên ngoài thay đổi thì lưu lượng cũng tự
giảm theo áp suất tải, mức độ chênh lệch áp động được điều chỉnh thay đổi cho phù hợp.
suất giữa tải và bơm không thay đổi nhiều và Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới chỉ
khi giảm còn 20% (từ 1,2s đến 1,4s): áp suất dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết bằng cách
tải giảm, áp suất bơm tiếp tục giảm theo và xây dựng mô hình trong môi trường máy tính
bám tải độ chênh áp hầu như không thay đổi. điện tử, để có thể áp dụng các kết quả nghiên
cứu vào thực tiễn, cần kiểm chứng độ tin cậy
qua các thực nghiệm trên máy thật làm việc
trong các điều kiện cụ thể để có kết quả sát
thực hơn.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Oji Parambath (2016), Industrial Hydraulic
Systems – Theory and Practice, Universal
Hình 6. Lưu lượng của bơm Publishers, Boca Raton, USA.
[2] Load Sensing Systems – Principle of
Lưu lượng của bơm thay đổi theo sự thay Operation, Eaton Corporation, Hydraulics
đổi của tải một cách tự động và linh hoạt như Division, Eden Prairie, MN, USA.
trên Hình 6. Khi tải chưa đặt vào hệ thống [3]. Manring, N.D (2013), Fluid Power Pumps &
làm việc không tải van phân phối đóng lưu Motors: Analysis, Design, and Control,
lượng của bơm bằng không. Giai đoạn đầu McGraw-Hill Education, United States of
trong một khoảng thời gian rất ngắn, lưu merica.
[4] SimHydraulics User's Guide (2016), The
lượng của bơm tăng do sự dồn nén dầu thủy
MathWorks, Inc.
lực trong đường ống dẫn trước van phân phối [5] SimMechanics User’s Guide (2016), The
và sự rò rỉ dầu tại các bộ phận. Trong quá MathWorks, Inc.
trình làm việc tại các thời điểm tải trọng thay [6] Komatsu PC200-8 Hydraulic Excavator Shop
đổi tăng hay giảm lưu lượng của bơm cũng Manual.
thay đổi tăng hay giảm theo. Việc lưu lượng
thay đổi theo tải có vai trò rất lớn trong việc
236
nguon tai.lieu . vn
