Bài giảng Truyển động thủy lực và khí - Chương 6: Bình tích áp - Lê Thế Truyền

CENNITEC
BÌNH TÍCH ÁP
LE THE TRUYEN
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Trong các hệ thống truyền động thủy lực 
đôi khi dầu cần được lưu trữ dưới dạng 
nén để cung cấp cho các cơ cấu chấp 
hành. Không giống như khí, lưu chất 
không thể nén được để tự tạo áp suất. 
Thông thường, dầu sử dụng trong các hệ 
thống thủy lực có mô-đun đàn hồi từ 1-2 
GPa, như vậy, khả năng tích năng lượng 
của dầu rất kém. 
a)Bình tích áp túi 
khí
b) Bình tích áp 
piston
c)Bình tích áp dùng
 lò xo
d)Bình tích áp dùng 
khối lượng
e) f) g) h)
Một lít dầu dưới áp suất 15 MPa tích một 
năng lượng khoảng chừng 80 J. Do vậy 
bình tích áp được sử dụng để giải quyết 
vấn đề này. Dầu được lưu trữ và nén 
trong bình tích áp nhờ một áp suất bên 
ngòai.
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Hầu hết các bình tích áp được sử dụng để giải quyết các vấn đề sau:
1. Hổ trợ vào lưu lượng của bơm để cung cấp cho hệ thống
2. Duy trì áp suất cho xy lanh trong lúc bơm xả tải hoặc ngừng họat động
3. Cung cấp năng lượng dự phòng khi hệ thống bị hư hỏng
4. Giảm sốc và giảm rung động
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Dung lượng của bình tích áp
Khí (N2) P2
P1
P0
V2
V1
V0
P0 P1 P2
V0
Va
Va
Đoạn nhiệt (Adiabatic)
Đẳng nhiệt (Isothermal)
Quá trình nén khí trong bình tích áp có thể trình bày qua công thức sau 
Trong đó,
P0 = Áp suất nạp cho khí, Pa, (áp suất tuyệt đối)
P1 = Áp suất làm việc nhỏ nhất, Pa, (áp suất tuyệt đối)
P2 = Áp suất làm việc lớn nhất, Pa, (áp suất tuyệt đối)
V1 = Thể tích khí tại áp suất P1, m
3.
V2 = Thể tích khí tại áp suất P2, m
3.
Nếu quá trình nén khí
là đẳng nhiệt thì n =
1, không đẳng nhiệt
thì 1 < n < 1.4, và
đạon nhiệt n = 1.4
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Dung lượng làm việc của bình tích áp là thể tích Va, được định nghĩa như là thể tích
dầu vào/ra từ bình tích áp ở áp suất P trong khoảng làm việc P1 và P2.



nn
a
P
P
P
P
VVVV
1
2
0
1
1
0
021
 


2
0
1
0
021
P
P
P
P
VVVVa
Quá trình không đẳng nhiệt Quá trình đẳng nhiệt 
Áp suất nạp P0 phải nhỏ hơn áp suất làm việc nhỏ nhất P1 để đảm bảo bình tích
áp vận hành đúng chức năng của nó. Nếu điều này không được thỏa mãn, khi áp
suất làm việc trở nên nhỏ hơn P0, khí sẽ giãn nở và làm đầy không gian bên
trong túi khí và bình tích áp sẽ ngừng hoạt động. Vì vậy, áp suất nạp cho bình
tích áp được chọn trong khoảng P0 = (0.7 to 0.9) P1
Nếu quá trình nén khí là đẳng nhiệt thì n = 1, không đẳng nhiệt thì
1 < n < 1.4, và đạon nhiệt n = 1.4
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Dùng bình tích áp để bổ sung lưu lượng của bơm
Một vài hệ thống thủy lực cần một lượng lớn thể tích dầu trong thời gian ngắn,
ví dụ cần di chuyển nhanh một xy lanh có kích thước lớn để kẹp đối tượng.
Trong lúc kẹp đối tượng, hệ thống hầu như không cần họăc cần rất ít lưu lượng.
Như vậy, nếu hệ thống làm việc có thời gian ngừng dài thì bình tích áp có thể
sử dụng để giảm kích thước của các thành phần thủy như như bơm, động cơ,
bể dầu và van giới hạn áp suất.
Giá thành của bình tích áp sẽ được đền bù bằng việc giảm kích thước của các
thành phần thủy lực, nhưng ưu điểm của việc dùng bình tích áp là chi phí vận
hành sẽ giảm đi đáng kể.
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
M
Thời gian thực hiện 1 chu kỳ
12 s
Thời gian nghỉ giữa 2 chu kỳ 
45 s
Van cân bằng
125 HP
454 l/min
140 bar
Thời gian để thực hiện một chu kỳ là
12.5 s. Hành trình đi ra của xy lanh
hệ thống cần tòan bộ năng lượng,
trong khi hành trình đi về xy lanh cần
lực rất nhỏ.
Vấn đề giảm kích thước của bơm và
động cơ trở nên không thể nếu xy
lanh làm việc liên tục. Tuy nhiên, thời
gian chờ giữa các chu kỳ liên tiếp là
45 s, vì vậy kích thước của bơm và
động cơ có thể giảm đến 70% nếu
bình tích áp được sử dụng.
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Thời gian thực hiện 1 chu kỳ
12 s
Thời gian nghỉ giữa 2 chu kỳ 
45 s
Van cân bằng
40 HP
M
100 l/min
200 bar
Á
p
 s
u
ất
 n
ạp
 1
1
5
 b
ar
Áp suất làm việc 140 bar
(2)Van dùng để xả bình tích 
áp
(1) Van giới hạn áp suất/xả 
tải
Bình tích áp
Hệ thống mới dùng bình tích áp
để bổ sung lưu lượng cho bơm.
Van phân phối trong trừơng hợp
này vẫn giữ nguyên, lưu lượng
làm việc của van là 454 l/min. Vì
áp suất làm việc tối thiểu là 140
bar nên dầu phải được nén vào
bình tích áp có áp suất cao hơn,
vì vậy van giới hạn áp suất cài ở
giá trị là 200 bar.
Sau khi bổ sung bình tích áp
vào hệ thống, kích thước bơm
giảm xuống với lưu lượng là 100
l/min và kích thước động cơ
giảm xuống với công suất là 40
HP.
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Thời gian thực hiện 1 chu kỳ
12 s
Thời gian nghỉ giữa 2 chu kỳ 
45 s
Van cân bằng
M
210 bar
Á
p
 s
u
ất
 n
ạp
 1
1
5
 b
ar
Áp suất làm việc 140 bar
(2)Van dùng để xả bình tích 
áp
(1) Van giới hạn áp suất/xả 
tải
Bình tích áp
220 bar
24 VDC
Công tắc áp suất
Y1
190 bar
5 l/min
22 l/min
195 bar
Trong hệ thống này hai bơm
được sử dụng. Một bơm có lưu
lượng là 5 l/min, bơm còn lại có
lưu lượng thay đổi với lưu
lượng lớn nhất là 22 l/min. Bơm
này được điều khiển theo chế
độ cân bằng áp suất (xem
chương 2). Công tắc áp suất
được cài ở giá trị 190 bar. Khi
áp suất của hệ thống đạt đến
giá trị này, bơm có lưu lượng
22 l/min xả tải về bể chứa dầu.
Bơm còn lại tiếp tục cấp dầu
cho hệ thống để duy trì áp suất
không đổi là 195 bar với năng
lượng mất mát ít nhất.
le the truyen
Cennitec
BÌNH TÍCH ÁP
Hệ thống cần áp suất trong toàn bộ thời gian làm việc với bơm có thể tích
riêng cố định
Một vài hệ thống cần áp suất trong 
toàn bộ thời gian làm việc để giữ vị 
trí hay duy trì lực kẹp. Hệ thống 
trong hình 4.7 cũng giữ áp suất trong 
các xy lanh khi các xy lanh đã dừng, 
nhưng nhiệt tăng quá cao và đó là 
một thiết kế không tốt vì để duy trì áp 
suất bơm phải họat động liên tục ở 
áp suất cao, nhưng phần lớn năng 
lượng tạo ra bị biến thành nhiệt vì 
bơm phải xả lưu lượng dư qua van 
giới hạn áp suất. 
M
80 l/min
150