Giáo trình Hệ thống truyền động thủy lực và khí nén Trần Ngọc Hải, Trần Xuân Tùy

Trang 1

sơĐ - " Sgt A] 7a es anaes > 2< = ih cee yO ae SE i) SS

HE THONG TRUYEN DONG

Trang 2

TRẦN NGỌC HẢI (chủ biên) TRAN XUAN TUY

GIAO TRINH

HE THONG TRUYEN DONG

THUY LUC VA KHi NEN

(Tai ban)

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DUNG

Trang 3

LỜI NÓI ĐÀU

"Hệ thẳng truyền động thủy lẹc và khí nén” là giáo trình phục v' cho

các đối tượng học tập, nghiên cứu của ngành Chế tạo máy, ngành Cơ điện

tử và ngành Tự động hoá ở các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật và các cơ

sở sản xuất, nghiên cứu

Kỹ thuật truyền động, điều khiển của hệ thuỷ lực và khi nén đã tng đựng,

rộng rãi trong các thiết bị, dây chuyên thiết bị ở hằu hết các lĩnh vực Đặc

biệt từ những năm 1980 trở lại đây, nhờ sự phát triển của công nghệ thông

tin và kỹ thuật điện từ mà kỹ thuật điều khiển hệ tuợ lực và khí nén đã đạt được trình độ công nghệ cao

"Hệ thống truyền động thủy lực được ứng dung để truyền động những cơ

cấu chấp hành có công suất lớn, đặc biệt nhờ khả năng truyền động vô cấp

chỉnh xác mà nó được img dung dé điều khiến vô cắp cơ cầu chấp hành khi

"yêu cẩu độ chính xác điều khiển cao Hiện nay, hệ thủy lực được sử đựng trong các thiết bị công nghiệp, ví dụ như: máy ép, hệ thống nâng chuyển, máy công cụ vn năng, mấy CNC, Robo công ngập hoặc rong các dây chườn

sản xuất tự động

Hệ thống truyền động khí nén được ứng dụng để truyền động những cơ

cấu có công suất nhỏ hoặc sic dung để thực hiện sự phối hợp giữa các cơ

cấu công tác khi yêu cầu thời gian đáp ứng nhanh Do độ đàn hồi của khí nén lớn, độ nhớt thấp nên hệ thắng khí nén: điều khiển cơ cấu chấp hành khó

đạt được độ chính xác cao Hiện nay, hệ thống truyền động khí nén thường sử dụng để điều khiển logic các thiất bi, day chuyên thiết bị tự động ví dự nhự: trong các thiết bị, dây chuyên sản xuất dược phẩm; dây chuyển sản xuất thực phẩm đóng chai; đây chuyền sản xuất ximăng, gạch men; dây chuyền lắp ráp các sản phẩm cơ khi, điện, điện tứ; đồng mở cửa, thay đao, kẹp phôi của các máy CNC

Giáo trình này bao gém 2 phén Phẩn 1 (từ chương 1 đến chương 6)

là hệ thống truyền động thuỷ lực trong đó trình bày nguyên lý làm việc và

pháp tỉnh toán để lựa chọn các, phân tử cũng nh phương pháp tính

toán thiết kế một hệ thống truyền động thủy lực Các bài toán ứng dung

được mình hoạ qua các ví dụ trong các chương, Phần 2 là hệ thông truyền

dong và điều khiến khí nén Phản này được thể hiện qua bón chương cuối

của giáo trình (chương 7, 8, 9 và 10), trong đó chủ yễu giới thiệu các phần

Trang 4

pháp xây dụng biểu đồ trạng thái, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thắt truyền động bằng khi nén, điện khí nón và phương pháp thiết kế hệ thẳng

điều khiển

Nội dụng trình bày về điều khiển logic hệ thống bằng tín hiệu khí nén

hoặc điện khí nén có thể suy luận để ứng dụng cho điều khiển lôgic bằng tín

hiệu thuợ lực hoặc dign tha lực

'Đây là giáo trình chuyên ngành được biên soạn trên cơ sở tham khảo nhiều tài liệu, giáo trình trong nước và nước ngoài, những nội dung trình

bày phù hợp để có thể dùng làm tài liệu học tập, nghiên cứu, thiết kế, bảo

dường, sửa chữa và khai thác thiết bị thuộc lĩnh vực thủy lực và khí nón

Nhing vdn dé lý thuyết và những vi dụ trình bày sẽ giúp cho người đọc có thể tiếp cận nhanh với những bài toán thực tế, nhất là trong giai đoạn hiện nay, kỹ thuật này đang phái triển ứng dụng mạnh mẽ

Chúng tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc để lần tái

bản tới, giáo trình sẽ được hoàn thiện hơn

Trang 5

Chuong 1

CO SO TRUYEN DONG THUY LYC

1.1 LICH SU PHAT TRIEN VA KHA NANG UNG DUNG CUA HE THONG TRUYEN DONG THUY LUC

'Từ thời xưa, con người đã biết sử dụng sự chênh lệch áp suất để kéo cối xay lương,

thực hoặc đưa nước vào đồng ruộng, vào thể kỷ thứ hai trước Công nguyên người Hy Lạp đã sáng ché piston bing gỗ, để bơm nước lên cao Tới thế kỷ XV nhà bác học

người Ý D.Franxi đã đưa ra khái niệm về bơm ly tâm và tới thế kỷ XVI bơm ly tâm đã được chế tạo tại Pháp Vào thé ky XVIII hai viện sỹ người Nga là Euler và

Zucopsky đã nghiên cứu phát minh lý thuyết cơ học chất lỏng và máy thủy lực, lý thuyết này làm cơ sở cho nhiều phát minh khác về các loại máy thủy lực và hệ

truyền động thủy lực sau này

'Vào những năm 1920, truyền động thủy lực được ứng dụng trong, các máy công cụ, dùng để thực hiện chuyến động của bản máy như thực biện chuyển động chạy dao dọc

và ngang của máy phay, máy mài, v.v với công suất nh

Từ đó đến nay, truyền động bằng thủy lực đã được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các

ngành kỹ thuật như ngành cơ khí, nông nghiệp, khai thác mỏ, hoá chất, giao thông vận

dải, xây dựng, hàng không và vi try, v.v va đã phát triển mạnh ở các nước cong nghiệp Đặc biệt, từ những năm 1980 trở lại đây nhờ sự pháp triển mạnh của kỹ thuật

điện tử và công nghệ thông tin mà kỹ thuật điều khiển hệ thống thủy lực đã phát triển có mức độ tự động hóa cao Kỹ thuật này được ứng dụng để truyền động cho những cơ cấu có công suất lớn, nhờ truyền động vô cấp chính xác mà nó được ứng, dụng để điều khiển

vô cấp tốc độ, ải trọng và vị trí của cơ cầu chấp hành khi yêu cầu độ chính xác cao Ngoài ra, sir dung để phối hợp sự hoạt động giữa cáê cơ cấu công tác của các thiết bị

hoặc dây chuyền thiết bị tự động, bằng điều khiển logic Vi dy: hệ thủy lực ứng dụng để truyền động và điều khiễn các thiết bị như máy ép, rôbot công nghiệp, máy CNC, các

đây chuyển sản xuất tự động hoặc trong các thiết bị tự động công nghiệp khác

6 Vit Nam, truyền động thủy lực đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị,

Trang 6

1.2 ƯU VÀ NHUGQC DIEM CUA HE TRUYEN DONG BANG THUY LUC 1.2.1 Ưu điểm

- Truyền được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản và hoạt động với độ tin cây cao

- Điều chinh được vô cắp vận tốc của cơ cầu chấp hành

- Vi tri của các phần tử dẫn và bị dẫn bé trí không lệ thuộc với nhau

~ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao,

- Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, đầu có tính chịu nén nên có thể làm việc ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như hệ truyền động cơ khí hay truyền động điện

~ Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

nhờ áp kế :

~ Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

1.2.2 Nhược điểm

~ Tên thất trong đường ống dẫn và các phần tử thuỷ lực nên làm giảm hiệu suất làm việc ~ Do đầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi

1.3 ĐỊNH LUẬT CỦA CHÁT LỎNG 1.3.1 Áp suất thủy tĩnh

Áp suất là lực tác dụng lên một đơn vị điện tích Đơn vị áp suất thường dùng là kg/emỶ Với chất lỏng lý tưởng thì chỉ có lực pháp tuyến Có hai loại áp suất là áp suất đo trọng lượng và áp suất do ngoại lực Áp suất do trọng lượng chỉ phụ thuộc chiều cao (h) từ mặt thoáng của chất lỏng tới điểm xét, áp suất này không phụ thuộc vào hình đáng của thùng chứa (hình 1.1)

-Hình 1.1 Áp suất ở 2 thùng chứa có hình đáng khác nhau

Giả thiết chất lòng không nén được thì áp suất tuyệt đối tác động lên một phần tử của mặt chịu áp suất là:

P= pgh * pụ =†h + pọ (1-1)

trong đó: p - khối lượng riêng của chất lỏng;

Trang 7

8 - gia tốc trọng trường;

po - áp suất khí quyển ở mặt thoáng chất lỏng

'Vì áp kế thường chỉ đo hiệu số giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển nên kết

quả đo của áp kế được gọi là áp suất tương đối:

Sp =p-Po=pgh=yh (1-2)

"Nếu Áp đo bằng kg/em, p đo bằng g/em” và h đo bằng m thì công thức này được viết:

Ap=ph/10 (1-3)

Trong một số phần từ của hệ thủy lực, nhất là trong các đường hút, áp suất có thể

nhỏ hơn áp suất khí quyển Khi đó hiệu áp

được đo bằng áp kế thủy ngân (hình 1.2) Bơm ¬

Ap= pghị = pgh¿ =†ih\ +aha — (1-4) trong đó: pt và ị - khối lượng riêng và trọng lượng hy

riêng của thủy ngân;

62 Va ¿ - khối lượng riêng và trong lượng =

riêng của chất lòng làm việc "Hình 1.2 Đo áp suấ đường hút của bơm

Áp suất tuyệt đối: bằng áp kế túy ngân

P=Po~AP (1-5)

'Nếu chất lỏng chịu tác động của ngoại lực thi áp suất sẽ là tổng áp suất do ngoại lực và áp suất do trọng trường của chất lỏng gây ra Thông thường người ta bỏ qua áp suất

do trong trường gây ra vì giá trí của nó chiếm một tỷ lệ không đáng kể Khi đó ta coi áp

suất ở tất cả các điểm trong chất lỏng là bằng nhau Đặc tính này được dùng để tính toán

sự truyền lực trong các thiết bị thủy lực 1.3.2 Phương trình dòng chảy liên tục Lam lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị

Trang 8

Nếu tiết diện chảy là hình tròn, ta có: =Q¿ hay vị.Ai =V2.Á2 (1-7) dim) db oy Bev, 2 'Vận tốc chảy tại vị trí 2: St (1-8) trong đó:

Q(¡ [emẺ/4], vị [em/s], A [em], dị [em] - lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy,

tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 1;

Qz [em)/4], vạ [cm/s], Az [cm], dy [em] - lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 2 1.3.3 Phương trình Bernuili "Trên hình 1.4, áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy là: 2 2 p,+pgh, + 2b ap, +p gh, +952 =const (1-9) Pi trong đó: — hị " PìTPBẺM | _ zn suất thủy tĩnh; P;+peh; hy p 2 BS

oat >7 áp suất thủy động; P8 - trọng lượng riêng Hình 1.4 Phương trình Bernuili - h

1.4 ĐƠN VỊ ĐO HỆ MÉT CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN 1.4.1 Áp suất (p)

Theo don vj đo lường SĨ, áp suất 1a Pascal (pa); 1 pa = 1 Nim? = 1 m”kgs?= 1 kg/ms?,

Don vj nay khé nhỏ, nên người ta thường dùng đơn vị: N/mm”, N/cm? va so với đơn

vị áp suất lễ kg/em” thì nó có mối liên hệ như sau:

Tkg/em? = 0,1 Nimm? = 10 Nem? = 10 N/mÊ (Trị số chính xác là Ì kg/cth° = 9,8 N/cm”, gần đúng là l kgem 10 N/em?)

Ngoài ra ta dồn dùng: 1 bar =10 N/mÊ = 1 kg/cmÊ

lat = 9.81.10" N/th = 10°N/in? = 1 bar,

Tkp/em? = 0,980665 bat + 6,981 bar! {ba = 1,02 kp Bon vj kg/m? tuong duong kp/em’) - 5

Trang 9

1.4.2 Vận tốc

Don vi van téc dai v là: m/s; m/ph (1 míph = 1/60 m/s); cm/ph; cm/s (1 cm/ph = 1/6.10 m/s) Đơn vị vận tốc góc Q là: rad/s

1.4.3, Gia tốc

Đơn vị gia tốc dài a là ; cm/s”; m/s? (1 cm/s? = 10? m/s?) Đơn vị gia tốc œ là: rad/sŸ

1.4.4 Khối lượng riêng (p hoặc một số tài liệu ký hiệu y)

Đơn vị đo khối lượng riêng là: kg/m?; g/m? (1 g/m? = 10° kg/m?)

Khối lượng riêng của các loại dầu là khác nhau, nó thay đổi theo nhiệt độ và áp suất Thông thường lấy p = 850 + 960 [kg/m'],

Trong tính toán, sự thay đổi khối lượng riêng của dầu dùng trong hệ thống thủy lực khi nhiệt độ và áp suất là không đáng kể và có thể lấy p = 900 (kg/m’]

1.4.5 Thể tích và lưu lượng,

Thể tích (V): cmẺ, mỶ hoặc lít () (1 cmẺ = 10” mmẺ = 1 ml = 102; † mẺ = 10cm?) Lưu lượng (Q): om*/s, mÌ/phút hoặc l/phút

Cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu) cũng có thể dùng đơn vị là: cmỶ/vòng; líUvòng hoặc lit/phút 1.4.6 Lực (E) Đơn vị đo lực là: kG hoặc N, 1 kG = 9,81 N 1.4.7 Công suất (N) Đơn vị đo công suất là: Watt (W), 1 W = 1 Nmi/s = 1 m?.kg/s’ 1.4.8, Độ nhớt động lực Đơn vị đo độ nhớt động lực la: Poizo, Ns/m? (1 Poizo = 1/10 Ns/m), 1.4.9 Độ nhớt động Don vi đo độ nhớt động là: Stốc (SÙ, m”/s (1St = 10° m’/s) 1.5 NGUYÊN LÝ TRUYÊN ĐỘNG

Nhiệt năng Cơnăng Thế năng Cơ năng ¿

hoặc - Ì>| đàmqwsrbowdầu) |=| củadầu || - Chuyển động tịnh tiến

điệnnang || OPE) TL any [7] -Chuyén dong quay

Trang 10

1.5.1 Hệ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến ~ Sơ đồ nguyên lý Ai Ay XM > tai 6- Van can, Hình 1.5 Sơ đồ mạch thủy lực tạo chuyển động tịnh tiền ~ Hành trình làm việc AL AL Hinh 1.6 Mé hinh tinh todn xilanh Phương trình cân bằng lực: AiPi~AsÐ; amt +, trong đó: F - lực ma sát nhớt; F( - tải trọng ngoài 10 1- Bơm dầu 2- Van tràn và an toàn

3- Van tiết lưu

Trang 11

PLAI=FL=S Aoi 3 1 (-11)

'Với giá trị FL cho trước, ta chon py và tinh A, (em’)

Phương trình cân bằng lưu lượng:

Qi=Ari vấp ân (1-12)

trong đó:

^ - hệ số tốn thất lưu lượng;

Vị - thể tích dầu công tác trong xylanh; B - môđun đàn hồi của dầu

Ở chế độ làm việc ổn dinh py= const > $h eo và nếu bỏ qua lưu lượng do tổn thất (A.p¡) thì gần đúng sẽ là: Qị = Ai.vị (cm°⁄s hoặc Vph) (1-13)

Tuongty: Qz= Az.vị (cem'/phhoặc lph) (Qạ#Q¡ do Ai # A2) (1-14) ~ Hành trình lài về (hành trình chạy không) A s: MT] = Hình 1.7 Hành trình lài về Phương trình cân bằng lưu lượng và phương trình cân bằng lực cũng tương tự như hành trình công tác

'Nếu tải Fạ = 0.=> pp chỉ thắng lực ma sát, tức là pa.À2 > Fe

Lưu lượng: QIZA2zv¿ (1-15)

Q; =Arx;zQ; (1-16)

do Ai > Àz=>V;> Vị

Trang 12

~ Công suất (ờ hành trình làm việc) Công suất của cơ cấu chấp hành: nae [kw] đ-1) với đơn vị đo E, là N và vị lis thi Now ta N=? =W hoặc với F là kg và vị là s míph thì: Ry

New= ci” Sion kW WI 1-18) ie)

Công suất thủy lực: Nyy= Tên [kw] (-19)

với Q¡ là m'⁄s và pị là N/m? thi Nyy 1a =W hoặc Q là L/ph và p; la kg/cm’ thi:

Nụ = BQ [kw] (1-20)

Nếu bỏ qua tồn thất từ bơm đến cơ cấu chấp hành thì Nẹụ * Noom

~ Công suất động cơ điện:

Na gặp = TT h (1-21)

trong đó: = nv-Nimn = 0,8 + 0,85 - hiệu suất toàn phần;

ny = 0,9 + 0,95 - hiệu suất thể tích;

Tìm = 0,9 + 0,95 - hiệu suất cơ khí và thủy lực

~ Lựa chọn các phan tử thủy lực

Bơm dầu cũng như các phần tử thủy lực khác chọn theo áp suất p và lưu lượng Q

Nếu biết lưu lượng riêng của bơm qụ ta có thể xác định được lưu lượng của bơn Qy (U/ph hoặc cmẺ/ph) theo công thức:

V

Q =ao.m ma q, = io (1-22)

Á 100M

Áp ps suất bơm: Pp 159V Tìm - [bar] ee (1-23) 7

trong đó: qụ - lưu lượng ứng với một vòng quay của bom, [I/vg hoc cm?/vg]; |‘

V - thé tích riêng của bơm, [em]; n

nạ - số vòng quay của bơm, [vg/phút]; iy hiệu suất lưu lượng riêng của bơm;

M- mômen xoắn trên trục bơm, [Nm)

Trang 13

1.5.2 Hệ thủy lực tạo chuyển động quay * Sơ đồ nguyên lý: sak R AN n i: M,

n thay đổi được vô cấp =>n¡ thay đổi vô cấp

Các giá trị thu gọn được xác định như sau:

f 2

=1: => My

“ðHIL IX 2- Van tràn và an toàn re

a 6 3- Van tiết lưu

3 4- Van phân phối (van đảo chiều)

eH © 5- Động cơ dầu (môtơ thủy lực) ij 6- Van cân

Hình 1.8 Sơ đồ mạch thủy lực chuyên động quay

* Các tính toán cơ bản: Phương pháp tính toán cho hệ chuyển động quay cũng tương tự như hệ chuyển động tịnh tiền

Phương trình cân bằng lực (mômen trên trục rôto):

Trang 14

P24 (1-24) trong đó: Dạ - thể tích riêng của động cơ dầu, fem"); Ý - hệ số ma sát nhớt, [kg.cm.s/rad]; M, - mômen xoắn, [kg.cm];

9 - góc quay của trục động cơ dầu, [rad]

Ở chế độ làm việc ổn định Q -= const, nếu bỏ qua lực ma sát, do pị >> p2 (p› = 3 + 8 kg/cm?) nên nếu xem pa = 0 thì:

Me= Dmpi (1-25)

Khi biết M, (kg.em) và chọn pị (kg/cmˆ) ta tính được Dạ, (cm)

Phương trình cân bằng lưu lượng: p.49,.V de, ‹ Qe Pa ae a2 Ở chế độ làm việc ôn định py = const nên SÉL =0 và nếu bỏ qua lưu lượng do tổn thất thì: Qi=bo (1-27)

Với: p=2e, đơn vj D 1a cm’/rad, Dyy 18 cm?, © 1a rad/s va Qy 1a cm/s, Đặc điểm của mô tơ thủy lực 1h is bu ximg nén Q) = Q =Q

* Công suất trục ra của động cơ dẫu: N= MO M,2404 Mang 975 | (1-28) [kW] Từ đó: Mu=

trong đó: Mx - mômen trên trục động cơ dầu, [Nm];

ự - số vòng quay của trục động cơ dầu, [vg/ph]

Trang 15

* Ngồi ra cơng suất thuỷ lực của động cơ dâu cũng được tính tương tự như bơm dầu:

Ne mm 2, [kw] (1-29)

Nếu bỏ qua tốn thất trong động cơ dầu và thay (1-29) vào (1-28) thì mômen xoắn của trục động cơ đầu có thể xác định:

M,=0,0163pi.q4 [Nm] (1-30)

Các phần tử thủy lực khác được chọn dựa vào áp suất p và lưu lượng Q

1.6 TON THAT TRONG HE THONG TRUYEN DONG THUY LYC 'Trong hệ thống truyền động thủy lực có các loại tôn thất sau:

1.6.1 Tên thất thể tích

Loại tổn thất này là do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ thống gây nên Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất

thể tích càng lớn

Tôn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu và xilanh thuỷ lực)

Đối với bơm dầu, tốn thắt thể tích được thể hiện bằng hiệu suất sau:

Tịp = Q/Qo, (1-31)

'Đối với động cơ dầu, tổn thất được thể hiện bằng hiệu suất:

mua = Qoa/Qa (1-32)

trong đó:

Q- lưu lượng thực tế của bơm dầu; Qo- lưu lượng danh nghĩa của bơm;

Q0 - lưu lượng thực tế của động cơ dầu,

Qoa - lưu lượng danh nghĩa của động cơ dẫu

Nếu như không kể đến lượng dầu rò ở các mối nối, as cdo vast th tht tog bt

thống thủy lực của tổ hợp bơm dầu và động cơ dẫu là:

m= Nh Td (1-33)

1.6.2 Tổn thất cơ khí

Tên thất cơ khí là do ma sát giữa các chỉ tiết có chuyển động tương đối ở trong

xilanh, bơm dầu và động cơ dầu gây nên

'Tổn thất co khí của bơm được biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:

Neb = NON (1-34)

,Công suất cần thiết để đầm bảo lưu lượng Q và áp suất p của dầu:

Trang 16

=.P9 kw 133 No= PQ ow] (1-35) Công suất thực tế do được trên trục của bơm: N=Mns (1-36) 16

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của đầu từ bơm đến cơ cầu chấp hành Tôn thắt này phụ thuộc vào các yếu tổ là: chiều đài ống dẫn, độ nhẫn thành ống; độ lớn tiết điện ống dẫn; tốc độ chảy; sự thay đổi tiết diện; sự thay đôi hướng chuyển động; trọng lượng riêng và độ nhớt của dầu

Tén that ap sudt

Nếu pọ là áp suất cùng cấp của hệ thống và p¡ là á áp suất làm việc thì tổn thất được

biểu thị bằng hiệu suất:

nạ= Pe—PL ~ ẤP, (1-37)

Po Po

Hiệu áp Ap 1a tén thất áp sudt Tén thất áp sudt do lực cản cục bộ By nên được tính

theo công thức sau:

LPN 1

Ap= WEF we [S]- 10 ‘EG [bar] (1-38)

Trang 17

Ap - tén thất áp suất; 1 - chiều đài ống dẫn, - khối lượng riêng của chất lỏng; Q - lưu lượng; — D - đường kinh; „ Chảy rồi v- độ nhớt động học; Tay

^ - hệ số ma sát của Ống; bung 7 A525)

Hinh 1.11 Chay tang va chay réi trong ông dẫn

Xxruaa - hệ số ma sắt đối với chày rồi ⁄

b) Tiết điện thay đổi lớn đột ngội (hình 1.12)

Diam hệ số ma sát đối với chảy tầng; (1-40) trong đó: Dị - đường kính ống dẫn vào; Dạ - đường kính ống dẫn ra ©) Tiết diện nhỏ đột ngội (hình 1.13) p 4p = 0,5, 1-3 | en asi) § 22 40 2 trong đó: Dị- đường kính ống dẫn ra; Hình 1.13 Tiết điện nhỏ đột ngột Dạ- đường kính ống dẫn vào

4) Tiết điện thay đổi lớn từ từ (hình 1.14) p= [ =[012+9,2]|1-<+ | a(t 3) zp (1-42) DÌ 8 pQ -42)

e) Tiét dign nho tir từ (hình 1.15)

Ap=0 (1-43)

#) Đầu vào ống dẫn (hình 1.16)

8 pQ?

Ap bey AS 049

“Trong đó hệ số thất thoát š; được chia thành x

hai trường hợp như ở bảng 1.1 “Hình 1.15 Tiết diện nhỏ từ từ

Trang 18

Bang 1 Cạnh Hệ số thất thoát &, 0,06 0,25 0,5 <3 hk) Du ra éng dén (hinh 1.17) Hinh 1.16 Dau vio dng dén 18 K) Tén thất áp suất ở van (được tính riêng) ˆ 8 pQ? 1-45) P= Eye Ệ Bang 1.2 LLL: Ị Hệ số thất thoát Ey, +9 of =< 3000 x Dy 2 4Q — x Dy 7? 1 1) Ông dẫn gay khúc (hình 1.18) R 8 pQ? —*~4,Ap=Eu PS presen lu 7 nể (1-46) of — 1-46 Bang 1.3 Góc œ, 8 Hệ số thất thoát š,, œ=20 0,06 a= 40 020 œ=60 047 B=20 0,04 B=40 0,07 B=60 0,10 B=80 0

B=90 0,11 Hinh 1.18 Ong din gay khiic

Trang 19

17 ĐỘ NHỚT VÀ YÊU CẦU ĐÓI VỚI DẦU THỦY LỰC 1.7.1 Độ nhớt

Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng Độ nhớt được tạo nên do liên kết giữa các phần tir Theo giả thuyết Niutơn, lực ma sát trong (nội ma sát) xuất hiện trên bề mặt của hai lớp chất lỏng chuyển động sát nhau tỷ lệ thuận với vận

tốc trượt và bề mặt ma sát Lực ma sát đó được xác định theo công thức: Tepe (1-47) dy trong đó: TT - lực ma sát trong; E - điện tích bề mặt ma sát; ws građien vận tốc; dy v - vận tốc chuyển động của chất lỏng; y - khoảng cách giữa bai lớp chất lỏng, được đo theo phương thẳng góc với chiều chuyển động;

- hệ số ma sát trong bay còn gọi là độ nhớt tuyệt đối hoặc độ nhớt động lực

Graien vận tốc ấy ng để ác dnh sự tay đồi vận ốc qua một đơn ví độ đà theo hướng y và cũng chính là cường độ trượt giữa các lớp chất lòng tại một điểm

Hệ số nhớt tuyệt đối là lực ma sát tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt của các lớp trượt tương đối với nhau khi gradien vận tốt bằng một, có nghĩa là khi độ thay đổi vận tốc trên một đơn vị khoảng cách giữa các chất lỏng trượt bằng một

Hệ số nhớt tuyệt đối được tính bằng Poazơ (viết tắt là P):

1 P=0,1 N.s/m?=0,010193 kG.s/m? ; 1 P = 100 cP (centi Poazo) "Trong tính toán kỹ thuật thường số quy tròn: 1 P = 0,0102 kG.s/m?

Khi nghiên cứu chuyển động của chất lỏng thường phải xét khả năng lực nhớt, lực này chồng lại lực quán tính của chất lỏng Vì vậy, trong tính toán bệ thủy lực thường sử

dụng tỷ số giữa hệ số nhớt động lực với khối lượng riêng p của chất lòng Tỷ số này

Trang 20

Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị stốc (Stoke), viết tắt là St hoặc centistokes, viết

tắt là cSt

1 St=1 em*/s = 102 mÊ/s; 1 cSt = 10? St= 1 mm’/s

Hiện nay vẫn chưa có phương pháp nào xác định chính xác độ nhớt tuyệt đối của chất lòng vì vậy thường dùng các đơn vị quy ước tương đối

Độ nhớt tương đổi là độ nhớt được thể hiện bằng đơn vị quy ước và xác định nhờ các dụng cụ đo đặc biệt (gọi là nhớt kế)

Độ nhớt theo Engler (E°) là tỷ số giữa thời gian chảy 200 cm” chất lỏng được thử qua lỗ nhớt kế (42,8 mm) với thời gian chảy 200 cm” nước cất qua lỗ này ở nhiệt độ +20°C (1-49) "Thời gian chy của 200 cm” nước cắt qua lỗ nhớt kế ở nhiệt độ +20°C khoảng 50 + 52s + 52s) Để chuyển độ E° sang đơn vị độ nhớt tuyệt đối có thể dùng công thức thực nghiệm sau: =— ee (ty u=p((40007168°~ (1-50)

trong đó: - độ nhớt tuyệt đối, [kg.s/m?]; E° - độ nhớt tương đối theo Engler,

p - khối lượng riêng của chất lỏng, [kg/]

Độ nhớt tương đối không tính đến bản chất vật lý của độ nhớt nên các công thức chuyển từ đơn vị độ nhớt tương đối sang độ nhớt tuyệt đối và độ nhớt động chỉ ở mức tương đối chính xác

Trong tính toán hệ truyền động thủy lực có thể dùng công thức gần đúng sau:

#=0,00065E° (1-51)

1.7.2 Yéu cầu đối với dầu thủy lực

Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ Šn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chồng rỉ, tinh ăn mòn các chí tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sii bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc Ngoài ra cũng cần chú ý đến các đặc tính như khối lượng riêng và tạp chất cơ học

Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau:

1 Có khả năng bôi trơn tốt các bề mặt tiếp xúc khi nhiệt độ và áp suất làm việc có sự thay đổi lớn

2 Trong khoảng nhiệt độ làm việc, độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ 3 Có áp suất hơi bão hoà thấp và nhiệt độ sôi cao

Trang 21

4, Có tính trung hoà (tính trơ với các bề mặt) kim loại, hạn chế được khả năng xâm

nhập của khí nhưng đễ đảng tách khí ra

5 Giữ được tính chất cơ học và hoá học trong một thời gian đài ở điều kiện bảo vệ bình thường

6 Có thời hạn phục vụ lâu, chịu được nhiệt độ cao, có khả năng chống hố nước và ơxy hố

7 Bản thân chất lỏng, hơi của nó và các chất do quá trình phân huỷ chất lỏng, không gây độc hại lớn

$ Có môđun đàn hồi lớn

9 Ítbị sùi bọt, có khối lượng riêng nhỏ

10 Có tính dẫn nhiệt tốt, hệ số nở nhiệt thấp và nhiệt dung riêng lớn

11, Không hút âm và khả năng hoà tan với nước không lớn, giữ được tính chất ở dạng emunxi, đễ dàng tách nước ra khi bị nước lẫn vào Tính chất làm việc không bị ảnh hưởng nếu lượng nước dưới 1%

12 Có tính cách điện tốt, kể cả khí bị bản

Tua bin Tae 28:32 |, 180 +0 901

Trang 22

Các loại dầu công nghiệp được quy định theo TOCT 1707-51 và các loại đầu turbin theo TOCT 32-74 Các chỉ số của tên dầu (ví dụ số 12 của dầu công nghiệp 12) chỉ trị

số độ nhớt trung bình đo bằng cSt ở nhiệt độ 50°C

Nguyên tắc chung để lựa chọn dầu là: hệ thống làm việc với áp suất cao thì cần dầu có độ nhớt cao và làm việc với vận tốc cao thì cần dầu có độ nhớt thấp

Ngoài ra cần chú ý:

Đối với hệ thống thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến, làm việc với áp suất khoảng từ 20 + 30 (kg/cm?), có vận tốc v > 8 (m/ph) thì thường dùng dầu có độ nhớt từ

(11 + 20).10 m”⁄s, tương ứng với dầu công nghiệp 12 và 20

Đối với hệ thống thủy lực thực hiện chuyển động quay thường dùng dầu có độ nhớt

tir (20 + 40).10 m/s, tong img vi turbin 22 hoặc dầu công nghiệp 20, 30, và 45

Đối với hệ thống làm việc với áp suất từ 30 + 70 (kg/em?) thì dùng dầu có độ nhớt từ

(20+ 40).10° ms,

Với hệ thống thủy lực có áp suất từ 70 + 175 (kg/cm?) thì dùng đầu có độ nhớt từ (60 + 100).10 m/s, Với áp suất lớn hơn 175 (kg/cm”) như ở bơm piston hướng kính thì

dùng đầu có độ nhớt từ (100 + 200).105 m”/s,

Ngoài ra, để tạo nên chất lỏng có độ nhớt cao (có thể đạt đến 10,10% m’/s) thi ngudi

ta dùng những hỗn hợp đặc biệt gồm nhiều chất lỏng khác nhau như dầu lửa, các loại

dầu, các chất tổng hợp,

Đối với những hệ thống thủy lực làm việc trong giới han nhiệt độ tương đối rộng (từ 20 + 70°C) thi có thể dùng dầu có độ nhớt từ (25 + 30).105 mỗ/s

Nếu cân phải đảm bảo độ chính xác truyền động cao trong trường hợp phạm ví thay đổi nhiệt độ lớn, người ta dùng dầu tổng hợp có tên gọi là Silieon Nó là một chất trung hợp hữu cơ Silie có nhiệt độ đông đặc từ -50°C đến -70°C và độ nhớt rit it bj thay di trong giới hạn nhiệt độ cao :

Sau một thời gian làm việc, dầu mất dần các đặc tính như tính bôi trơn, độ nhớt, Một trong những nguyên nhân chủ yếu là dầu phải chảy qua rất nhiều khe hở nhỏ trong

các cơ cầu thủy lực với vận tốc lớn, làm đầu bị nóng, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc phần

từ của dầu, VỈ thế, sau thời gian khoảng 8 + 12 tháng cần phải thay dầu mới - :

Ngoài yếu tổ trên, sự tiếp xúc của dầu với không khí, nhất là bề mặt tiếp xúc với

không khí có nhiệt độ cao sẽ làm cho đầu chống bị ơxy hố Khi đó, trong đầu sinh ra

những hạt cặn, dễ làm kẹt các khe Hộ ở các van và góp phần làm rỉ các bề mặt tiếp xúc với nó Không khí chẳng những tiếp xúc với dẫu, mà còn hỏa tan trong dầu, qua các khe

hở giữa các mối nối, khe hở ở ống hút, ở trục quay của bơm dẫu, cũng như trong quá

trình luân chuyển và khủấy động ở ong bể dầu Không khí hòa tan trong dầu dưới dạng '

22

Trang 23

những bong bóng li tỉ Nó làm giảm môđun đàn hồi của dầu và do đó làm giảm ổn định truyền động của cơ cấu, như làm cho chuyển động bị đứt quãng, rung giật hoặc làm chậm việc truyền các tín hiệu của cơ cấu thủy lực Vì thể việc đảm bảo chắn khít trong

hệ thống thủy lực là rất quan trọng để đảm bảo các cơ cấu làm việc bình thường và đảm

bảo tuổi thọ của dầu Để giảm lượng không khí hòa tan vào đầu, ống dẫn dầu ra từ hệ thống thủy lực luôn luôn đặt đưới mức dầu ở trong bẻ

1.7.3 Độ đàn hồi của dầu

Khi hệ thống thủy lực làm việc với áp suất cao, thể tích dầu bị giảm và làm ảnh

hưởng đến tính năng động học của máy, có thể gây nên rung động và truyền động

không ổn định Nếu hệ thống cằn phải đảm bảo độ chính xác cao thì cần tính đến độ đàn

hồi của dầu Do bị đàn hồi, thể tích dầu bị giảm đó có thể tính theo công thức sau:

_ Vip

a tu (1-82)

trong đó:

'V - thể tích của lượng dầu ban đầu, [lit];

.Ap - hiệu áp giữa áp suất ban đầu và áp suất cuối, [Nnử]; B - môđun đàn hồi của dầu khoáng chất, [N/m')

Trong giới hạn áp suất từ 5 + 100 kg/em”, có thể lấy B = (1,4 + 1,75).10° N/mỶ, nếu áp dưới 5 kg/cm” thì lấy B= 0,38.10° Nim’

Trang 24

Chương2

CO CAU BIEN DOI NANG LUQNG

Cơ cấu biển đổi năng lượng gồm có:

Bơm dầu Biến cơ năng thành thế năng của dầu (p, Q)

Xilanh } Biến thế năng của dầu (p, Q) thành cơ năng

Động cơ dâu

2.1 BOM VA DONG CO DẦU (MÔ TƠ THỦY LỰC)

2.1.1 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng dau, còn động cơ dẫu là thiết bị tiêu thụ năng lượng nãy, Tuy thể kết cầu và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dẫu cùng loại là giống nhau

3.1.1.1 Bơm dầu

Là cơ cấu biển đôi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành thế năng của dầu Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thẻ tích của bung làm việc tăng thì bơm hút dầu để thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng làm việc giảm thì bơm đẩy đầu ra thực hiện chu kỳ nén,

Bơm thể tích được phân thành hai loại:

* Bơm có lưu lượng cổ định: Kỷ hiệu Gém: - Bom banh ring: + ăn khớp ngoài; -* ăn khớp trong và trục vít ~ Bơm cánh gạt kép; ~ Bơm piston * Bơm có thể điều chinh được lưu lượng: Ký hiệu Gồm: - Bơm cánh gạt đơn; - Bơm piston hướng tâm;

~ Bơm piston hướng trục: truyền bằng đĩa nghiêng và truyền bằng khớp cầu

“Thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất

21.1.2, Dong co’ du (moto thity lie)

Là thiết bị dùng để biến năng lượng của đồng chắt lỏng thành động năng quay trục

động cơ Quá trình biển đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác

của động cơ, dưới tác dung của áp suất, rôto của động cơ dầu quay,

Trang 25

Thông số cơ bản của động cơ đầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ờ đường vào và đường ra

Vé cơ bản, kết cấu và phương FS Sine ore

pháp tính toán của động cơ dầu giống như bơm dầu, do đó về nguyên lý thì

tất cả các loại bơm dầu đều có thể

dùng làm động cơ dầu và ngược lại

Tuy nhiên, nếu thay đổi chức năng

này thì hiệu suất làm việc sẽ thấp,

2,1.2 Bơm bánh răng

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cầu đơn giản, dễ chế tạo Bơm bánh răng chủ yếu sử dụng ở những hệ thống có áp suất ở mức trung bình như

dùng trong máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp, Áp suất của bơm bánh răng hiện

nay từ 10 + 200 bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo)

Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là

răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V

Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rãi vì chế tạo dễ hơn các loại khác, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn (hình 2.1)

Động cơ quay Ï chiều Động cơ quay 2 chiều

ae } Budng day Vanh khan

»

Hinh 2.1 Nguyén ly va két cdu bom béinh ring

a- Bơm bánh răng ăn khóp ngoài: b - Bom banh răng ăn khớp trong; c - Kỷ hiệu của bom

Trang 26

Bơm bánh răng gồm 2 bánh răng cùng kích thước ăn khớp được lắp trong 1 thân

bơm, cửa vào và cửa ra của dầu được bỗ trí ở 2 phía đối diện nhau

Khi bánh răng chủ động quay thì bánh răng bị động quay theo và quay ngược chiều nhau, Khí 2 bánh răng ăn khớp quay thì các răng ở cửa hút sẽ gạt dầu về 2 phía, lúc này

thể tích của buồng A sẽ tăng và hình thành một áp suất chân không Áp suất chân

không sẽ làm cho bơm sẽ hút dầu từ bẻ lên Dầu chứa trong các rãnh răng ở hai phía

của bánh răng sẽ đưa dầu đến buồng B, áp suất tại buồng B tăng làm cho dầu được

đây vào hệ thống

Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thẻ

tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và hai bánh răng có kích thước như nhau Lưu lượng của bơm được xác định theo công thức (2-1): Qs=qp.neny- [l/ph] (y =0,9 + 0,95) (2-1) trong đó: qụ - lưu lượng riêng (lưu lượng ứng với 1 vong quay của bơm); qp =2 d.m.b [em /vòng]; d= m.Z - đường kính vong chia; qạ=2.102 mẺ.Z,b_ [l/vòng]; (2-2) m - môđun của bánh răng; Z.- số răng; b - bề rộng răng; 2.1.3 Bơm trục vít

Bom true vít là một dạng của bơm bánh răng Nếu bánh răng nghiêng có số răng nhỏ,

Trang 27

Bơm trục vít thường được sản xuất thành 3 loại: loại áp suất thấp (p = 10 +15 bar),

loại áp suất trung bình (p = 30 + 60 bar) và loại áp suất cao (p = 60 + 200 bar)

Bơm trục vít có đặc điểm lả dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo

chiều trục và không có hiện tượng chèn dầu ở chân ren

'Nhược điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp Ưu điểm căn băn là

chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng nhồ 2.1.4 Bơm cánh gạt Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và chủ yêu dùng ở hệ thông có áp thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thẻ tích cao hơn

Bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính: ~ Bơm cánh gạt đơn (lưu lượng Q thay đổi được),

~ Bơm cánh gạt kép (lưu lượng Q không thay đổi được) 2.1.4.1 Bơm cánh gạt đơn (hình 2.3)

Roto va stato đặt lệch nhau với độ lệch tâm e Trên rôto có các rãnh hướng kính, các

cánh gạt được đặt vào trong các rãnh đó và có thể chuyển động theo hướng kính 'Vòng trượt Lò xo 'Vít điều chỉnh độ lệch tâm GZ 2 Pies! ‘ Z2 VRE Se ent (( 'Vít điều chỉnh ma” DLS NR HY 2) Rito

Hinh 2.3 Neuyén Ùÿ của bơm cánh gat don,

a- Nguyên lý và ký hiệu; b - Loại bơm điều chỉnh bằng lò xo;

€ - Loại bơm điều chỉnh hưu lượng bằng thủy lực

Trang 28

Khi rôto quay, nhờ lực ly tâm và áp suất của dầu mà các cánh luôn luôn tỳ sát vào mặt trong của thân bơm, làm ngăn cách đầu ở mặt trước và sau của cánh

Khi rôto quay, thể tích của buồng giữa hai cánh kề nhau và bề mặt stato luôn thay đổi, làm cho thể tích của buồng A tăng dần và tại đây hình thành một áp suất chân không, bơm thực hiện quá trình hút, buồng B thể tích giảm dần làm cho áp suất tăng cao, bơm thực hiện quá trình nén va day dau đi vào hệ thống

Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm e Lim lượng của bơm được tính: Qs=qunony - [Uph] 23) trong đó: qụ- lưu lượng riêng qp=2.103.b.e(2xR -is) [vòng] (2-4) với: b - bề rộng của cánh; R - bánh kính của stato; ¡ - số cánh; s - chiều đây cánh

Muốn Qụ thay đổi ta thay đổi qụ bằng cách thay đổi độ lệch tâm e

Ta thấy rằng độ lệch tâm e tỷ lệ thuận với Qọ nên khi e = 0 thì tâm O\ trùng tâm Oz nên Qọ = 0

Áp suất của bơm cánh gạt đơn thường là 15 + 30 (kg/cm?)

Nhược điểm: tải trọng không cân bằng (do có độ lệch tâm e), bơm làm việc không

êm nên để khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo bơm cánh gạt kép (Qụ = const)

2.1.4.2 Bơm cánh gạt kép

Trang 29

Mặt trong của stato có dạng ôvan (elíp), tạo nên hai buồng hút và hai buồng đẩy và

các buồng này được nối với nhau từng cặp một Nhờ các buồng tương ứng đối xứng

nhau qua tâm nên áp suất tác động lên cánh và rơto hồn tồn cân bằng Để đảm bảo đối xứng thì số cánh bao giờ cũng chia hết cho 4, thườríg 12 hoặc 16 cánh

Khi rôto quay 1 vòng, thể tích các cánh gạt có 2 lần tăng và 2 lần giảm, tức là thực

hiện 2 lần hút và 2 lần nén

Các cánh gạt chuyển động tự do trong các rãnh bướng tâm của rôto Khi rôto quay,

dưới tác dụng của lực ly tâm và áp suất dầu làm cho các cánh gạt luôn tỳ sát vào biên dang cia stato

Lam lượng của bơm được tính theo công thức (2-5):

Q= 2.10%] a(R? -r)-B=) cosa Ayn, — (ph @5) trong đó: R - bán kinh lớn của stato; + - bán kính nhỏ của stato; 'b - chiều rộng của stato và cánh; s - chiều dày cánh; ¡ số cánh; @ - góc nghiêng của cánh trong rôto so với hướng kính 2.1.5 Bơm piston

Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston-

xilanh Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính

xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thẻ đạt được là p = 700bar)

Bơm piston thường dùng ở những hệ thống thủy lực cần áp suất cao và lưu lượng lớn Dựa trên cách bố trí piston, bơm có thể phân thành hai loại:

- Bom piston hướng kính

- Bơm piston hướng trục: Truyền bằng đĩa nghiêng và truyền bằng khớp cầu

Ky higu bom piston:

2.1.5.1 Bơm piston hướng kính (hình 2.5)

Bơm piston hướng kính là loại bơm có nhiều piston chuyển động trong rôto theo hướng kính Tâm của rôto và tâm thành trong của thân bơm đặt lệch nhau một lượng lệch tâm là e Khi rôto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, các piston luôn tỳ sát vào mặt trong của thành thân bơm

Trang 30

1~ Rôto 2 - Tắm ngăn (tắm chia) 3 - Thân bơm 4- Piston A - Cửa hút B- Cửa đây

Hình 2.5 Nguyên lý của bơm piston hướng kính

Trong các lỗ hướng kính của rôto đặt các piston, rôto quay trên đĩa chia, dia chia được cố định vào thân bơm và ngăn dẫu thành hai buồng, buồng hút A và buồng đẩy B

Khi rôto quay qua cửa A, thể tích của lỗ dưới pìston lớn dân, thực hiện quá trình hút dầu từ cửa A Khi đi qua cửa B, thể tích các lỗ dưới piston nhỏ dần, thực hiện quá trình

nén dầu vào cửa B (cửa A và cửa B được nói liền với ống hút và ống nén của bơm)

Hành trình piston h = 2e ~ (1,3 + 1,4)4, số vòng quay nmax = 1500 (v/ph) Lưu lượng của bơm được tính theo công thức (2-6): Q=102.q,nyny - [Uph] ? (2-6) 2 2 thì: Q= 107 262.40, = 1035 eZnyn, [Vph] (28 trong đó: Z - sé piston; d - đường kính của xilanh, [cm]; h- độ dài hành trình piston, [cm]; © - độ lệch tâm, [cm]

2.1.5.2 Bơm piston hướng trực

~ Bom piston hướng trục truyền bằng đĩa nghiêng (hình 2.6)

Trang 31

_nd? Ditgoi nyn,=102 xd? D.tgai ayant

4 4

trong dé: f-dién tich mat cét ngang piston, [em’];

d - đường kính piston, [em]; 1 - số xilanh; h - hành trình, [cm]; D - đường kính chia xilanh trên rôto, [em] thì: Q [ph]

Đĩanghiêng Rôto — Đĩachia

Hình 2.6 Nguyên lý của bơm piston hưởng trục truyền bằng đĩa nghiêng

@-1)

Bom nay thường được chế tạo với lưu lượng Qọ = 30 + 640 (I/ph), áp suất p = 60 +

250 (kg/cm?)

Muốn thay đổi Qụ ta điều chỉnh góc a

~ Bơm piston hướng trục truyền bằng khớp câu (hình 2.1) Lưu lượng của bơm được

Trang 32

2.1.6 Động cơ dầu

Tùy thuộc vào kết cấu, động cơ dầu có thể là động cơ bánh răng, động cơ cánh gạt, động cơ piston Tắt cả các loại động cơ dầu tương tự tương ứng với bơm dâu, vì vậy ta

chỉ xét đến một vài đặc điểm chủ yếu của vài loại động cơ dầu

2.1.6.1 Động cơ dầu bánh răng

Tuy két cấu của loại động cơ dầu bánh răng đơn giản, nhưng thực tế nó ít dùng vì hiệu suất của nó thấp Ngoài ra, ma sát của trục và mặt dầu khá lớn, làm cho dầu chóng, nóng khi quay nhanh Động cơ dầu bánh răng chủ yếu được dùng để thực hiện các chuyển động điều khiển như các băng truyền, các đồ gá cấp phôi hoặc dùng dé quay trục vitme thực hiện lượng chay dao trên máy tổ hợp khoan

2.1.6.2, Động cơ dầu cánh gạt

Động cơ dầu cánh gạt là một trong những loại được dùng rộng rãi nhất Nó được dùng để thực hiện chuyển động chính cũng như chuyển động phụ trên các máy công cụ Loại động cơ này có hai kiểu chính đó là: động cơ đầu cánh gạt tác dụng đơn và động cơ dầu cánh gạt tác dụng kép

Một bơm cánh gạt chỉ có thể biến thành động cơ dầu làm việc ổn định, nếu như các cánh gạt được thực hiện chuyển động cưỡng bức để tì sát vào biên dạng của stato Do đó, bơm cánh gạt đơn có thể làm động cơ dầu với kiểu có rãnh dẫn hướng cánh gạt ở hai bên Còn bơm cánh gạt kép thì cẦn phải dùng thêm cơ cấu lò xo để luôn đẩy cánh gat ti

Vào stato

4) Động cơ dầu cánh gạt đơn

Trang 33

Nếu như không tính đến chiều dày cánh gạt, thì mômen xoắn được tạo nên trên cánh

gạt phía phải là:

= b

M, =pb(p, -1{r+8i=) =P (et-e)

'Và mômen trên cánh gat tréi: = M; -Ej-r}

'Mômen xoắn do động cơ dầu tạo nên sẽ là: b M=M,~M, =' (sị ~pj) [Nm] @12) trong đó: b - bề rộng của cánh gạt, [m]; 1, p› - bán kính di động của cánh gạt, [m]; P - áp suất đầu, [N/m?]; 2- số cánh Nếu bán kính di động được thể hiện theo tọa độ cực, ta có thể viết: øị=sese+JRT-E gì@ =same+R l-( E se p;=eeos(p+v)+ [R2 se sinh (+) =eeos(p+y)+R, 1-(£) set(erw)

trong đó: - góc giữa hai bán kính di động pị và p2;

Trang 34

'Ở các bơm có số cánh gạt chẵn, thi y = x, nên mômen xoắn của nó là: M=2pbRecosp

'Từ các công thức trên ta thấy rằng mômen xoắn của động cơ dầu cánh gạt thay đổi x

on Rg

theo dang césin khi góc quay @ của cánh gạt thay đổi từ —— đến + z z

Mômen xoắn lớn nhất khi ọ = 0, tức là: Mmax = 2pbRe,

và nhỏ nhất khi @ = ^, tức là: M,gia = 2pbiRecos-— z z

Nếu như ta xác định được lưu lượng riêng của động cơ dầu, tức là lưu lượng cần thiết để động cơ quay một vòng: a=2 Imìg] D ở đây lưu lượng Q có thể tính theo công thức của bơm dẫu, thì ta có thể dùng công thức (1-30): M=0,016322 pm n Hay: M=0,0163pq [Nm] (2-13)

“Từ các công thức trên ta thấy rằng khi thay đổi độ lệch tâm e thì có thể thay đỗi mômen

xoắn của động cơ dầu cánh gạt đơn (với lưu lượng và áp suất cung cắp khơng đổi) Ư) Động cơ dầu cánh gat kép

-Hình 2.9 Nguyên lý của động cơ dẫu cánh gạt kép -

Trang 35

chốt (2) và hai đầu của nó tỉ vào phía dưới hai cánh gạt (3) và (4) đặt cách nhau 90°

Khi làm việc, nếu cánh gạt (3) dịch chuyển về phía tâm của động cơ, thì cánh gạt (4) lại dịch chuyển xa tâm, do đó lực lò xo không đổi và giữ được giá trị cần thiết đã điều chỉnh để cánh gạt luôn tì vào mặt trong của stato

Tính toán mômen xoắn của động cơ dầu cánh gạt kép cũng tương tự như động cơ

cánh gạt đơn, nhưng mômen xoắn bằng hai lần hiệu mômen do áp suất p của đầu tạo nên trên hai cánh gạt ở vị trí thẳng góc nhau Nếu như không tính đến chiều dày cánh gạt thì mômen xoắn được tạo nên trên cánh gạt ở phía stato có bán kính R là: 1 = pb(R - alo+8s 2) - (peg) 2 “Tương tự, mômen xoắn trên cánh gạt nằm phía stato có bán kính r là: Mômen xoắn của động cơ dầu cánh gạt kép: M=24M) -M;)=pbŒ -r) [Nm] (14)

Nếu tính đến chiều đày cánh gạt, thi ta cũng dùng công thức (1-30) để xác định

mômen xoắn và công thức tính lưu lượng giống như bơm dầu cánh gạt kép, nhưng ở động cơ dầu thì góc œ = 0

2.1.6.3 Động cơ piston

Động cơ dầu piston là loại động cơ dẫu được dùng rộng rãi, nhất là trong những hệ thống thủy lực làm việc với áp suất cao và công suất lớn

Cũng như ở bơm dầu, ta có thể phân động cơ đầu piston thành hai loại: động cơ dầu

piston huéng kinh và động cơ dầu piston hướng trục

'Động cơ dầu piston hướng kính có kích thước công kềnh hơn loại hướng trục; cùng

với điều kiện làm việc như nhau nhưng trọng lượng của nó lớn hơn khoảng gấp đôi và mômen quán tính của những chỉ tiết quay cũng lớn hơn Do đó, động cơ dầu piston hướng kính thường được dùng để thực hiện mômen xoắn lớn và vận tốc nhỏ còn ngược lại động cơ đầu piston hướng trục thường dùng vận tốc cao và mômen xoắn nhỏ

a) Động cơ dẫu piston hướng kính

'Động cơ dầu piston hướng kính cũng có thể chế tạo theo kiểu tác dụng đơn, tác dụng kép như ở bơm dầu Để có thể nâng cao mômen xoắn, người ta còn chế tạo kiểu động

cơ piston hướng kính có bốn lần tác dụng, tức là để động cơ quay một vòng thì các

piston ln lượt thực hiện bốn hành trình làm việc

Hình 2.10 là nguyên lý làm việc của động cơ pistort hướng kính tác dụng đơn Khi

làm việc, dầu có áp suất p tác dụng vào phía đưới pistọn, cùng với lực ly tâm của piston

Trang 36

(có trường hợp cả lực nén của lò xo), tạo nên điểm tiếp xúc với bề mặt stato một phản lực P- Phản lực P có thể phân thành Py theo chiều trục của piston tạo thành tải trọng trên ở trục của động cơ và P„ thẳng góc với piston tạo nên mômen xoắn quay rôto của động cơ

-Hình 2.10 Nguyên lý của động cơ dầu piston hướng kính

Nếu như ta chỉ tính lực của áp suất dầu và trong trường hợp điểm tiếp xúc với stato

trùng với trục của piston, thì lực để tạo nên mômen xoắn của một piston sẽ bằng:

Py = P,.tgy = pFtgy (2-15)

F la diện tích của piston và y là góc tức thời được tạo nên bởi trục của piston va bán kinh eda stato

Theo dink ly sin ta c6 thể viết từ tam giác ooc: ` R si

Từ đó: siny= mm o> Y= arsin(£ sing)

Vi ei số ahi, nén ta có thể lấy:

arcsin| -Š-sin @ Ìx-Š sin Reet Mane

Py =sta( Esing) PF sing

Mômen xoắn tức thời do một piston tạo nên, có thể viết

5 Mị=Pxp i ÿ

p- cánh tay đòn nhất thời bằng khoáng cách từ điểm tiếp xúc o đế tâm của rôto

36

Trang 37

“Trên tam giác øoe, ta có:

:

p=ecoso+VRˆ ~e? sin? @ =ecoso+R, '-(š) sin? p Vi sb nhd,nén: p= R + ecosg

›

Dodé: M,= PFE sing (® + ecoso)= pFesin + pro sin TT.)

Số hạng thứ hai nhỏ hon rắt nhiều so với số hạng thứ nhất, do đó ta có thể lầy gần đúng:

My = pFesing

Mơmen xoắn tồn bộ của động cơ sẽ bằng tổng mômen của tất cả các piston nằm trong buồng nén Nếu như piston thứ nhất trong buồng nén cách điểm chết một góc là ọ

trong thời điểm đã cho thì piston thứ hai cách một góc là: 9+ 2% (ø- là số pison trong z một dãy của động cơ)

Nếu trong buồng nén của động cơ cé.n piston thi cdc piston sẽ cách nhau với các góc: 2x 2m 29+ Et (N= 1) BOF ø+(n-D© Đo đó, mômen xoắn của động cơ là: M=ŠM, =pF sil 96-97] rT a 2-16)

Từ công thức (2-16) ta có thể thấy mômen xoắn của động cơ dầu thay đổi chu kỳ theo sự thay đổi vị trí của các piston trong buồng nén Tần số dao động phụ thuộc vào

số vòng quay và số piston Ngồi ra, để tính mơmen xoắn trung bình ta có thể dùng công thức (2-13)

Đối với động cơ có bai lần tác dụng hoặc nhiều lần tác dụng thì mômen xoắn sẽ gấp

đôi hoặc gắp nhiều lần tỷ lệ với số lần tác dụng 3

Néu sé lin tác dụng là k thì mômen sẽ tăng lên k lần, nhưng đồng thời số vòng quay cũng giảm đi k lần, nếu như có cùng một lưu lượng như nhau

Để nâng cao mômen xoắn, người ta còn dùng động cơ dầu có nhiều đây piston (thường từ 2 +3 day), va do đó sé piston có thể nâng lên 50 + 60

b) Động cơ piston hướng trục

'Trong máy cắt kirn loại, động cơ dầu piston hướng trục được dùng rộng rãi để thực

hiện chuyển động chính, chuyển động chạy dao cũng như các chuyển động điều khiển, vì loại động cơ này có mômen khởi động, mômen quán tính và kích thước nhỏ

Trang 38

Cũng tương tự bơm dầu, động cơ dầu piston hướng trục cũng có hai loại: động cơ dầu piston hướng trục truyền bằng đĩa nghiêng và động cơ dẫu piston hướng trục truyền

'bằng khớp cầu

Hình 2.11 là sơ đồ nguyên lý của động cơ piston hướng trục truyền bằng đĩa nghiêng Từ đĩa dẫn dầu (1), đầu có áp suất p được đưa vào phía dưới của piston (2) tạo thành phản lực P trên điểm tiếp xúc với mặt đĩa nghiêng (3) Nếu như ta chỉ tính đến lực do áp suất dầu tạo nên, thì việc phân bố lực có thể thể hiện như trên hình 2.11: phân lực Py theo chiều trục piston sẽ tác dụng lên các ổ trục của động cơ, phân lực P, tạo thành mômen xoắn quay rôto (4) lắp trên trục (5) x x

Tình 2.11 Nguyên lý của động cơ dâu piston bướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng)

Nếu ta lấy điểm A là điểm tiếp xúc ở điểm chết thì khi rôto quay một góc @, điểm

tiếp xúc A sẽ đến B, piston sẽ thực hiện một hành trình BC mômen xoắn do một piston tạo nên sẽ là:

Mi=Pxy trong đó:

y =r.sing - cánh tay đòn mômen, bằng khoảng cách của lực P, đến trục của rôto;

r - bán kính của vòng tron ie day piston va a 1a géc nghiêng của đĩa (3) = pFiga.rsing Nếu như ta chỉ tính đến He dàn lệ lâu lên tiết diện F của piston thì: P, = Py.tga = pFtgœ Veh son nn wong gn hh a tg te: ® on, 9 +(.-1)2

: M aM = pFrigaS sols (- agen |: , (2-17)

Trang 39

2.2 XILANH THUY LUC

2.2.1 Nhiệm vụ

Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ

năng, thực hiện chuyển động thẳng 2.2.2 Phân loại

Xilanh thủy lực được chia làm hai loại: xilanh lực và xilanh quay (hay còn gọi là xilanh mômen)

Trong xilanh lực, chuyển động tương đối giữa piston với xilanh là chuyển động tịnh

tiến Trong xilanh quay, chuyển động tương đối giữa piston với xilanh là chuyển động

quay (với góc quay thường nhỏ hơn 360°)

Piston bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nó (lực có thể

là lực áp suất, lực lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược với chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo,

Ngoài ra, xilanh truyền động còn được phân loại như sau:

3) Theo cẫu tgo

- Xilanh đơn

k Hình 212 Kỹ hiệu xianh đơn 2 a- Lài về nhờ ngoại lực; b - Lùi vê nhờ lò xo - Xilanh kép z5 9 a — — Hình mm “ý hiệu xilanh kép a- Lùi về bằng thủy lực;

b- Lùi về bằng thủy lực có giảm chắn;

e - Tác dựng cả hai phía;

Trang 40

- Xilank lồng (xilanh nhiều tằng): Xilanh lồng là một loại xilanh lực gầm nhiều xilanh và piston lồng đồng tâm với nhau Hành trình của xilanh bằng tổng hành trình của piston Xilanh lồng được dùng trong các trường hợp cẦn hành trình lớn nhưng không gian không cho phép lắp đặt một xilanh dài Ký hiệu -Ñ _1- SNe] mm tì rhs Ky higu

Hinh 2.18 Nguyên lý và ký hiệu của xilanh lằng tác dụng kép

5) Theo kiểu lắp ráp: lắp chặt thân, lắp chặt mặt bích, lắp xoay được và lắp gá ở một dau xilanh 2.2.3 Kết cầu của một xilanh thủy lực (hình 2.16) 6 9 i 5= 4 io 5 i 1

ˆ Hình 2.16 Kết câu xilanh tác dựng kép có cần phưon một phía +“?

1 - Thân; 2 - Cần dẫn của piston; 3, 8 - Các để của xilanh; 4, 12 - Vit cổ định*eác để xilanh; 5, 7, 10, 11~ Vòng chặn dầu; 6 - Piston; 9 - Bạc dẫn ' °

Định dạng
Số trang	260
Dung lượng	25,21 MB