Giáo trình truyền động thủy lực

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Bùi Thanh Nhu, Lê Quý Chiến GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2017 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Truyền động thuỷ lực ThS Bùi Thanh Nhu ThS Lê Quý Chiến biên soạn, dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên Đại học hệ quy, ngành Công nghệ Cơ điện mỏ làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành khác trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh Giáo trình gồm chương, trình bày lý thuyết thuỷ lực học truyền động thuỷ lực Chương Thuỷ tĩnh học Chương Thuỷ động lực học Chương Khái niệm chung truyền động thuỷ lực Chương Truyền động thuỷ tĩnh Chương Truyền động thuỷ động Để củng cố kiến thức cho sinh viên, sau chương có số tập tiêu biểu giải mẫu số tập cho sinh viên tự giải để nâng cao kĩ tính tốn thuỷ lực truyền động thuỷ lực Ở cuối giáo trình có đưa bảng đơn vị thường dùng thuỷ lực truyền động thuỷ lực, bảng tra cứu, đồ thị thuỷ lực để sinh viên tham khảo học tập, đồng thời sử dụng tính tốn thiết kế lắp đặt Các tác giả vui mừng chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, lãnh đạo khoa Điện, phòng khoa nghiệp vụ bạn đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ động viên để hoàn thành tốt sách Trong trình biên soạn, tác giả cố gắng bám sát đề cương chương trình mơn học phê duyệt Bộ giáo dục Đào tạo, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy mơn học nhiều năm, đồng thời có ý đến đặc thù đào tạo ngành Công nghệ Cơ điện mỏ khoa nhà trường Do trình độ kinh nghiệm hạn chế nên chắn sách khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý xây dựng để nâng cao chất lượng giáo trình Quảng Ninh, tháng 04 năm 2015 Các tác giả PHẦN KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THUỶ LỰC Chương THUỶ TĨNH HỌC 1.1 Khái niệm chất lỏng 1.1.1 Định nghĩa “Thuỷ lực” Thủy lực môn khoa học ứng dụng nghiên cứu quy luật cân chuyển động chất lỏng biện pháp áp dụng qui luật Phương pháp nghiên cứu môn thủy lực đại kết hợp chặt chẽ phân tích lý luận với phân tích tài liệu thí nghiệm, thực đo, nhằm đạt tới kết cụ thể để giải vấn đề thực tế kỹ thuật Những kết nghiên cứu môn thủy lực có tính chất lý luận nửa lý luận nửa thực nghiệm, hoàn toàn thực nghiệm Cơ sở môn thủy lực học chất lỏng lý thuyết, môn nghiên cứu qui luật cân chuyển động chất lỏng, phương pháp chủ yếu việc nghiên cứu sử dụng công cụ tốn học phức tạp Vì vậy, mơn thủy lực cịn gọi mơn học chất lỏng ứng dụng học chất lỏng kỹ thuật Kiến thức khoa học thủy lực cần cho người cán kỹ thuật nhiều ngành sản xuất thường phải giải nhiều vấn đề kỹ thuật có liên quan đến cân chuyển động chất lỏng, đặc biệt cần thiết nước Những ngành thủy lợi, giao thông đường thủy, cầu đường, cấp nước, dầu khí, khai thác mỏ, hàng hải, hàng không, chế tạo máy đến ngành khoa học vũ trụ… cần nhiều áp dụng khoa học thủy lực, thí dụ để giải cơng trình đập, đê, kênh, cống, nhà máy thủy điện, tuốc bin, công trình đường thủy, nắn dịng sơng, hệ thống dẫn tháo nước, cấp thoát nước khai thác v.v… 1.1.2 Khoa học thủy lực Việt Nam Ở Việt Nam ông cha biết lợi dụng nước để phục vụ nông nghiệp kể từ thời đại đồ đá cũ (30 vạn năm trước), đồ đá (1 vạn năm), đồ đá (5000 năm), đến thời đại đồ đồng (4000 năm - Hùng Vương dựng nước) Từ đầu công nguyên trở (thời kỳ đồ sắt phát đạt) cơng trình thủy lợi tiếp tục phát triển, hệ thống đê điều hình thành dọc sông lớn đồng Bắc bộ, nhiều kênh ngòi đào thêm nạo vét lại Theo “Cương mục biên” năm 983 thời Lê Hồn, đào sơng từ núi Đồng Cổ (n Định - Thanh Hóa) đến sơng Bà Hịa (Tĩnh Gia- Thanh Hóa), thuyền bè lại tiện lợi Vào đời Lý (thế kỷ XI), nhiều đoạn đê quan trọng dọc theo sơng ngịi lớn vùng đồng đắp, quan trọng đê Cơ xá (đê Sông Hồng, vùng Thăng Long) đắp vào mùa xuân 1168 Một số kênh ngòi, vùng Thanh Hóa, tiếp tục đào khơi sâu thêm Nền nông nghiệp nước ta vùng đồng thường bị ngập lụt hạn hán đe dọa, cơng trình thủy lợi tạo điều kiện quan trọng để phát triển nông nghiệp Sang đời Trần (thế kỷ XIII) cơng việc đắp đê phịng lụt tiến hành hàng năm với quy mô lớn Năm 1248, thời Trần thái Tôn, đắp đê từ đầu nguồn đến bờ biển gọi đê Quai Vạc Hệ thống đê điều dọc sông lớn đồng Bắc Bộ đến thời Trần xây dựng hàng năm tu bổ, vấn đề xây dựng bảo vệ đê điều trở thành chức quan trọng quyền nhiệm vụ toàn dân Đến đời Lê (thế kỷ XV), coi trọng việc tu bổ, kiểm tra đê điều Thời Lê Sơ, khơi phục nhiều cơng trình, năm 1438 khơi lại kênh Trường An, Thanh Hóa, Nghệ An năm 1445, Nhân Tơng khơi Bình Lỗ (huyện Kim Anh- Vĩnh Phúc) thơng suốt đến Bình Than Năm 1467 đê ngăn nước mặn vùng Nam Sách, Giáp Sơn, Thái Bình bồi đắp lại, ngồi đào nhiều kênh mương để phục vụ nông nghiệp để vận tải tiện lợi Di tích đoạn đê nước mặn đến nay, nhân dân thường gọi “đê Hồng Đức” (niên hiệu Lê Thánh Tông) Thanh Hóa nhiều sơng đào khai thác từ kỷ XV, đến cịn mang tên “sơng nhà Lê” Từ kỷ XVI, chế độ quân chủ chuyên chế hậu gây - cát nội chiến - cản trở phát triển sức sản xuất Tuy nhiên nhân dân khơng ngừng đấu tranh để bảo vệ làng xóm q hương, bảo vệ sống Sang kỷ XVIII giai cấp phong kiến bước vào giai đoạn khủng hoảng sâu sắc tồn diện, nơng nghiệp đình đốn Đàng Đàng Dưới triều Nguyễn (thế kỷ XIX) kinh tế nông nghiệp ngày sa sút, triều Nguyễn bất lực việc chăm lo, bảo vệ đê điều cơng trình thủy lợi, nên nạn đê vỡ, lụt lội xảy liên tiếp Riêng đê Sơng Hồng Khối Châu (Hưng Yên) đời Tự Đức bị vỡ “10 năm liền” dân nghèo phải bỏ làng, phiêu bạt xứ sở Tình hình nơng nghiệp buộc nhà Nguyễn phải đề sách khẩn hoang, đầu đời Nguyễn đẩy mạnh triều Minh Mệnh Trong khoảng 18281829, với cương vị danh điền sứ, Nguyễn Công Trứ đề sách doanh điền, thực khẩn hoang, theo lối di dân, lập ấp, tạo thành huyện Kim Sơn (Ninh Bình) Tiền Hải (Thái Bình); Ơng lợi dụng địa hình để đắp đê mở mang hệ thống thủy nông cách hợp lý, khoa học Do kết đó, sách doanh điền áp dụng nhiều nơi Nam Kỳ Sang thời kỳ Pháp thuộc, năm hộ, thực dân Pháp làm số cơng trình thủy lợi để phục vụ sách bóc lột thuộc địa chúng, khơng có biện pháp hiệu để chống hạn, úng, lụt, xói mịn để đảm bảo sản lượng ruộng đất ổn định đời sống nhân dân an toàn Sau cách mạng tháng năm 1945 thành công, sau kháng chiến chống thực dân Pháp thắng lợi, miền Bắc giải phóng hồn tồn, nghiệp thủy lợi phát triển mạnh mẽ Công tác thủy lợi biện pháp hàng đầu đảm bảo cho việc phát triển nhanh vững nông nghiệp Trong 20 năm qua (1954-1975) xây dựng miền Bắc mạng lưới cơng trình thủy nơng, gồm 60 hệ thống thủy nông loại lớn loại vừa có khả tưới nước cho triệu tiêu cho 1,1 triệu ruộng đất canh tác Công tác củng cố bảo vệ đê, phân lũ, làm chậm lũ…đã bảo vệ sản xuất an toàn cho nhân dân; nhờ đê Sông Hồng chống lũ lớn năm 1969 vượt mức lũ năm 1945 Nhân dân chiến đấu dũng cảm bảo vệ đê chống lại trận đánh phá đê điều không quân Mỹ năm chiến tranh chống Mỹ cứu nước Cơng trình thủy điện Thác Bà với cơng suất 108.000 kW loạt cơng trình đầu mối lớn sông Đà chuẩn bị xây dựng Đã xây dựng đội ngũ cán khoa học kỹ thuật thủy lợi có khả thiết kế, thi cơng quản lý cơng trình tương đối lớn hệ thống trường Đại học Viện nghiên cứu, Viện thiết kế phục vụ yêu cầu nghiệp thủy lợi Sau miền Nam hoàn tồn giải phóng, cơng tác thủy lợi miền Nam triển khai mạnh mẽ phục vụ yêu cầu phát triển nông nghiệp yêu cầu cải tạo xây dựng kinh tế đạt nhiều thành tích to lớn Về mặt khoa học thủy lực, mơn thủy lực giảng dạy thành môn sở kỹ thuật trường kỹ thuật nước ta, hình thành số phịng thí nghiệm thủy lực, nghiên cứu giải số vấn đề thủy lực, vấn đề tính tốn dịng khơng ổn định việc tính lũ, triều, vấn đề thủy lực cơng trình, chuyển động bùn cát, dòng thấm, máy thủy lực v.v… Trong giai đoạn mới, nhiệm vụ khai thác mỏ chỉnh trị dịng sơng, lợi dụng nguồn nước để phục vụ ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải nhu cầu khác to lớn, địi hỏi khoa học thủy lực nước ta phải phát triển mạnh mẽ, nhanh chóng tiếp thu thành tựu đại giới, vận dụng sáng tạo vào điều kiện nước ta, sâu nghiên cứu vấn đề riêng ta để có đủ khả giải nhiều vấn đề thủy lực phức tạp, tiến lên đuổi kịp trình độ nước tiên tiến, xây dựng khoa học thủy lực tiên tiến nước ta 1.1.3 Tính chất vật lý chất lỏng 1.1.3.1 Các tính chất chung chất lỏng Chất lỏng nghiên cứu loại vật chất có tính chất chung sau đây: + Tính chảy hay tính dễ di động: Chất lỏng di động tác động lực bất kỳ, dù lực nhỏ + Tính liên tục: Chất lỏng xem tập hợp vô số phần tử chiếm đầy miền nghiên cứu + Tính đẳng hướng: Sự biến đổi tính chất vật lý môi trường chất lỏng theo phương Ở trạng thái chất lỏng đứng yên, tồn lực pháp tuyến mà không tồn lực tiếp tuyến 1.1.3.2 Các tính chất vật lý chất lỏng a Tính chất thứ chất lỏng, vật thể có khối lượng Tính chất biểu thị khối lượng đơn vị (hoặc khối lượng riêng)  Đối với chất lỏng đồng chất, khối lượng đơn vị  tỉ số khối lượng M với thể tích W khối lượng chất lỏng, tức là: = Đơn vị  kg/m3 M W (1-1) Ns kGs Theo hệ MKS, đơn vị  m4 m4 Đối với nước đơn vị khối lượng nước lấy khối lượng đơn vị thể tích nước cất nhiệt độ +40C;  = 1000kg/m3 b Tính chất thứ hai chất lỏng, có trọng lượng Đặc tính biểu thị trọng lượng đơn vị trọng lượng riêng Đối với chất lỏng đồng chất, trọng lượng đơn vị tích số khối lượng đơn vị với gia tốc rơi tự g (g = 9,81m/s2)  =  g = M g W (1-2) Thứ nguyên đơn vị trọng lượng là:   =  g = Mg  = F3 W  L kG N kg Theo hệ MKS, đơn vị  2 ms m m N kG Đối với nước nhiệt độ + 40C,  = 9810 = 1000 ; với thủy ngân m m kG N  =134.000 =136000 m m Đơn vị  c Tính chất thứ ba chất lỏng tính thay đổi thể tích thay đổi áp lực thay đổi nhiệt độ Trong trường hợp thay đổi áp lực, ta dùng hệ số tích w biểu thị cơng thức: w = − dW ; W dp m2/N (1-3) Thí nghiệm chứng tỏ phạm vi áp suất từ đến 500 át-mốt-phe nhiệt độ từ đến 200C hệ số co thể tích nước  = 0,00005 cm  kG Như thủy lực, chất lỏng thường coi không nén Đại lượng nghịch đảo hệ số co thể tích w gọi mơ - đun đàn hồi thể tích K K= = −W dp ; N / m2 dW (1-4) w Trong trường hợp thay đổi nhiệt độ, ta dùng hệ số dãn nở nhiệt t để biểu thị biến đổi tương đối thể tích chất lỏng W ứng với tăng nhiệt độ t lên 10C, hệ số t biểu thị công thức dW (1-5) t = W dt Thí nghiệm chứng tỏ điều kiện áp suất khơng khí ứng với t = 100C 1 ta có t = 0,00014 ( ) ứng với t = 10 200C ta có t = 0,00015 ( ) t t Như vậy, thủy lực chất lỏng coi khơng co dãn tác dụng nhiệt độ Tóm lại, thủy lực, chất lỏng thường coi có tính chất khơng thay đổi thể tích có thay đổi áp lực nhiệt độ Tính chất cịn thường thể đặc tính là: mật độ giữ khơng đổi, tức  = const d Tính chất thứ tư chất lỏng có sức căng mặt ngồi, tức có khả chịu ứng suất kéo khơng lớn tác dụng mặt tự phân chia chất lỏng với chất khí mặt tiếp xúc chất lỏng với chất rắn Sự xuất sức căng mặt ngồi giải thích để cân với sức hút phân tử chất lỏng vùng lân cận mặt tự do, vùng sức hút phân tử chất lỏng không đổi cân vùng xa mặt tự do, làm cho mặt tự có độ cong định Do sức căng mặt mà giọt nước có dạng hình cầu Trong ống có đường kính nhỏ cắm vào chậu nước, có tượng mức nước ống dâng cao mặt nước tự chậu; chất lỏng thủy ngân lại có tượng mặt tự ống hạ thấp mặt thủy ngân ngồi chậu, tượng mao dẫn, tác dụng sức căng mặt gây nên; mặt tự chất lỏng trường hợp đầu mặt lõm, trường hợp sau mặt lồi Sức căng mặt đặc trưng hệ số sức căng mặt  , biểu thị sức kéo tính đơn vị dài “đường tiếp xúc” Hệ số  phụ thuộc loại chất lỏng nhiệt độ Trong trường hợp nước tiếp xúc với khơng khí 200C ta thấy  = 0,0726 N/m = 0,0074 kG/m Nhiệt độ tăng lên,  giảm Đối với thủy ngân điều kiện trên, ta có  = 0,540N/m, tức gần 7,5 lần lớn nước Trong đa số tượng thủy lực ta bỏ khơng cần xét đến ảnh hưởng sức căng mặt ngồi trị số nhỏ so với lực khác Thường phải tính sức căng mặt ngồi trường hợp có tượng mao dẫn, thí dụ trường hợp dịng thấm đất Đối với nước nhiệt độ 200C, độ dâng cao h (mm) ống thủy tinh có đường kính d (mm) là: hđ = 30mm2 Đối với thủy ngân, độ hạ thấp h (mm) ống thủy tinh đường kính d (mm) tính là: hđ = 10,15mm2 e Tính chất thứ năm chất lỏng có tính nhớt Trong thủy lực tính nhớt quan trọng, nguyên nhân sinh tổn thất lượng chất lỏng chuyển động Sau nghiên cứu kỹ tính chất Khi lớp chất lỏng chuyển động, chúng có chuyển động tương đối nảy sinh tác dụng lôi đi, kéo lại nói cách khác, chúng nẩy sinh lực ma sát tạo nên chuyển biến phần lượng chất lỏng biến thành nhiệt không lấy lại Lực ma sát gọi lực ma sát (hoặc nội ma sát) xuất nội chất lỏng chuyển động Tính chất nảy sinh lực ma sát nói cách khác, tính chất nảy sinh ứng suất lớp chất lỏng chuyển động gọi tính nhớt chất lỏng Tính nhớt biểu sức dính phân tử chất lỏng, nhiệt độ tăng cao, phân tử giao động mạnh xung quanh vị trí trung bình phân tử; sức dính phân tử độ nhớt chất lỏng giảm Mọi chất lỏng có tính nhớt Như khái niệm tính nhớt liên quan chặt chẽ đến khái niệm ma sát Nhờ định luật ma sát mà người ta xác định đại lượng đặc trưng cho tính nhớt chất lỏng Năm 1686, I Niu-tơn nêu giả thuyết quy luật ma sát trong, tức ma sát chất lỏng (chú ý định luật ma sát chất rắn, tức ma sát ngồi Cu-lơng đề ra, thuyết minh giáo trình học lý thuyết) sau nhiều thí nghiệm xác nhận đúng: “Lực ma sát lớp chất lỏng chuyển động tỷ lệ với diện tích tiếp xúc lớp ấy, không phụ thuộc áp lực, phụ thuộc gradiên vận tốc theo chiều thẳng góc với phương chuyển động, phụ thuộc loại chất lỏng” Định luật ma sát Niu-tơn viết biểu thức: F = .S du dn (1-6) Trong : (Hình 1-1) F - sức ma sát hai lớp chất lỏng; u - vận tốc điểm chất lỏng n dn u + du n - số lớp chất lỏng u S - diện tích tiếp xúc du u = f(n) u Hình 1-1 Mới quan hệ u và n u = f(n) - quy luật phân bố vận tốc theo phương n; du - gradiên vận tốc theo phương n, tức đạo hàm u n; dn  - số tỉ lệ, phụ thuộc loại chất lỏng, gọi hệ số nhớt hệ số động lực nhớt F , công thức (1-6) viết dạng: S du  =  dn Gọi τ ứng xuất tiếp,  = (1-7) Công thức (1-6) (1-7) dùng cho chuyển động tầng chất lỏng (sẽ nói rõ khái niệm chuyển động tầng chương 2) Tính nhớt chất lỏng đặc trưng hệ số nhớt  mà thứ nguyên là:   = F   du   S dn  FT M Hoặc:   = = LT L Đơn vị đo hệ số nhớt  hệ đo lường hợp pháp Ns/m2 kg/ms; đơn vị ứng với là: Ns gọi poa-dơ (P) 10 m Tính nhớt cịn đặc trưng hệ số:  v= (1-8)  Trong  - khối lượng đơn vị;  gọi hệ số động học nhớt; thứ nguyên  L2   v = v = T   Đơn vị đo hệ số động học nhớt  hệ đo lường hợp pháp gọi stốc Bảng 1-1 hệ số nhớt vài chất lỏng m2 cm ; đơn vị s s Tên chất lỏng t0C (Poa -dơ) Dầu xăng thường 18 0,0065 Nước 20 0,0101 Dầu hỏa 18 0,0250 Dầu mỏ nhẹ 18 0,2500 Dầu mỏ nặng 18 0,4000 Dầu tuốc-bin 20 1,5280 Dầu nhờn 20 1,7200 Gli-xê-rin 20 8,7000 Công thức xác định hệ số nhớt có dạng tổng quát là: 0 = (1-9) + a.t + b.t Trong đó: 0 - hệ số nhớt với t = 00 a b -hằng số, phụ thuộc loại chất lỏng Thí dụ nước, hệ số nước có tính theo số liệu thí nghiệm Poa-dơ: 0,0178. = ; g / cm.s (1-10) + 0,0337.t + 0,000221.t Trong đó: Bảng 1-2 trị số hệ số nhớt động học  nước, phụ thuộc nhiệt độ t0C v, cm2/s t0C v, cm2/s 0,0178 20 0,0101 0,0152 30 0,0081 10 0,0131 40 0,0066 12 0,0124 50 0,0055 15 0,0114 Dụng cụ đo nhớt Trong thực tế, độ nhớt xác định dụng cụ đo nhớt, thuộc nhiều loại khác nhau: loại mao dẫn, loại có hình trụ đồng trục, loại có đĩa giao động tắt dần, loại máy đo đa có số v.v… 10 Hiện phịng thí nghiệm thường hay dùng dụng cụ đo nhớt máy đo đa có số (Hình 1-2); Model: LVDV-II+P, loại máy đo độ nhớt đa thông dụng Brookfield - USA, bao gồm đo độ nhớt liên tục, đo nhiệt độ hiển thị liệu Khi kết nối với máy tính chuyên dụng máy có chức trao đổi liệu hai chiều Tỉ số T2 =E T1 (1-11) gọi độ En-gơ-le Hình 1-2 Máy đo độ nhớt Để đổi thành stốc, dùng cơng thức kinh nghiệm sau đây: v = 0,07310.E − 0,0631 E cm / s (stốc) Ngoài đơn vị Stốc độ nhớt En-gơ-le, thường gặp đơn vị đo độ nhớt động học khác như: - Giây Rét -út (ở Anh), ký hiệu ”R; v = 0,00260" R − - Giây Xê-bôn (ở Mỹ), ký hiệu ”S; v = 0,00220" S − 1,72 "R cm / s 1,80 "S cm2 / s Những loại chất lỏng tuân theo định luật ma sát Niu -Tơn biểu thị công thức (1-6) (1-7) gọi chất lỏng thực chất lỏng Niu-tơn Môn thủy lực nghiên cứu chất lỏng Niu-Tơn Những chất lỏng chất dẻo, sơn, dầu nhờn, hồ v.v… chảy không tuân theo định luật ma sát Niu -tơn biểu thị công thức (1-6) (1-7) gọi chất lỏng phi Niu-Tơn Trong việc nghiên cứu, số vấn đề dùng khái niệm chất lỏng lý tưởng thay khái niệm chất lỏng thực Chất lỏng lý tưởng chất lỏng tưởng tượng, hồn tồn khơng có tính nhớt tức hồn tồn khơng có nội ma sát chuyển động Khi nghiên cứu chất lỏng trạng thái tĩnh khơng cần phải phân biệt chất lỏng thực với chất lỏng lý tưởng Trái lại nghiên cứu chất lỏng chuyển động từ chất lỏng lý tưởng sang chất lỏng thực phải tính thêm vào ảnh hưởng sức ma sát trong, tức ảnh hưởng tính nhớt Trong tính chất vật lý nói chất lỏng, quan trọng mơn thủy lực tính chất có khối lượng, có trọng lượng, có tính nhớt 1.1.4 Khái niệm chất lỏng Việc nghiên cứu môn thủy lực dựa vào khái niệm phần tử chất lỏng Phần tử chất lỏng coi vơ nhỏ, nhiên kích thước cịn vượt xa kích thước phân tử Ta giả thiết phần tử chất lỏng đồng chất, đẳng hướng liên tục, không xem xét đến cấu trúc phân tử, chuyển động phân tử nội Chất lỏng chất khí khác chất rắn chỗ mối liên kết học phân tử chất lỏng chất khí yếu nên chất lỏng chất khí có tính di động dễ chảy 11 Nhận xét: Từ công thức nhận thấy thay đổi số vịng quay đường kính D mơ men thay đổi đáng kể - Cơng suất: Công suất lớn truyền qua khớp nối thủy lực bằng: NMax = M. = N..g.D5.n3B (5-20) đây: N - Hệ số công suất khớp nối thủy lực, N = .M/30 (5-21) Việc xác định M, N thường dựa vào kết thực nghiệm qua đồ thị M = f(i) tài liệu tra cứu - Trong thơng số hình học ảnh hưởng đến làm việc khớp nối thủy lực số cánh dẫn Z thông số quan trọng ZB bánh bơm xác định: ZB=1,39.D0,52 (5-22) Đối với bánh tua bin số cánh dẫn ZT thường lớn nhỏ số cánh bánh bơm vài cánh đề phịng tượng va đập có chu kỳ gây rung động hệ thống 5.3.4 Đường đặc tính khớp nối thủy lực 5.3.4.1 Đường đặc tính ngồi Trên Hình 5-3 Biểu diễn quan hệ mơ men quay M, công suất NB, NT hiệu suất  khớp nối thủy lực với tốc độ quay nT bánh tua bin nB = const Đường đặc tính (ĐĐT) ngồi vẽ theo thực nghiệm Từ Hình 5-3, ta thấy: - Khi nT tăng từ đến nB M giảm, NB giảm - Khi nT = NT = Trong Hình 5-3 Các ĐĐT ngoài KNTL khoảng có giá trị NT cực đại - Đường hiệu suất  đường thẳng  = i = nT/nB - Khi nT tiến gần đến nB, lý thuyết  = Nhưng lúc N  M giảm đến mức cịn đủ để thắng mơmen cản tổn thất ma sát loại TĐTĐ, nên hiệu suất khơng thể được, mà theo đường nét đứt 5.3.4.2 Đường đặc tính tổng hợp (Hình 5-4) Hình 5-4 ĐĐT tổng hợp KNTL Hình 5-5 ĐĐT quy dẫn KNTL 156 Đường đặc tính tổng hợp biểu diễn quan hệ mômen quay M KNTL với tốc độ quay bánh tua bin nT nB = const Trên ĐĐT cịn thể đường cong biểu diễn thay đổi M với giá trị  (đường cong hiệu suất) 5.3.4.3 Đường đặc tính qui dẫn (Hình 5-5) ĐĐT quy dẫn biểu diễn phụ thuộc mômen quay M KNTL tương tự với khớp nối biết, theo tỉ số truyền i (hoặc hệ số trượt s) trị số D; nB  = .g chọn theo tiêu chuẩn Nó dùng để so sánh chất lượng làm việc KNTL có kết cấu, kích thước khác chất lỏng làm việc khác ĐĐT quy dẫn xây dựng từ kết thực nghiệm dựa theo công thức tương tự, với đại lượng tiêu chuẩn (đơn vị quy dẫn) sau: D = m; mB = vg/ph;  = N/m3 Thay giá trị vào biểu thức: MB = - Mt = M..g.D5.n2B, ta có: M = M ĐĐT M = f(i) thể Hình 5-3 Đối với KNTL có dạng kết cấu tương tự hình học làm việc với chất lỏng có độ nhớt  khác nhau, ngược lại độ nhớt  giống dạng kết cấu khác chúng có ĐĐT quy dẫn khác (xem Hình 5-6) Hình 5-6 ĐĐT quy dẫn KNTL Khi độ nhớt v khác Hình 5-7 Các ĐĐT KNTL mức độ chất lỏng buồng làm việc khác Các ĐĐT KNTL xây dựng theo hai trường hợp khác nhau: chất lỏng điền đầy khơng điền đầy buồng làm việc Về lý thuyết, ta viết: MB= MT = L = m(r.cu) (5-23) Trong đó: m - Lưu lượng khối dòng chất lỏng buồng làm việc; L - Biến thiên mômen động lượng khối chất lỏng qua BCT máy bơm tua bin; r - Khoảng cách từ tâm BCT đến vectơ tốc độ tuyệt đối dịng chảy ta xét theo đường vng góc; cu - Hình chiếu tốc độ tuyệt đối lên phương hướng vịng BCT Như mơmen quay KNTL tăng giảm phụ thuộc vào độ điền đầy chất lỏng làm việc Khi chất lỏng chiếm  90% buồng làm việc gọi chất 157 lỏng điền đầy (vì cần có khoảng trống để dầu khơng khí KNTL làm việc), cịn nhỏ gọi khơng điền đầy Phạm vi thay đổi tốc độ trục bị dẫn khoảng 98% 20% tốc độ quay trục dẫn Như tương đương với mức độ điền đầy 100% 25% Khi lượng chất lỏng chứa KNTL khác đường cong mômen quay khác nhau, chất lỏng giảm đến mức ĐĐT mơmen bị uốn gập cục khơng liên tục, hình 5-7 Vùng gạch chéo đồ thị ứng với lúc KNTL làm việc không ổn định, gây dao động đột ngột mơmen quay tốc độ góc trục bị dẫn Có tượng nói chất lỏng chứa khơng đầy KNTL chuyển động theo hai trạng thái: chuyển động theo vòng khép kín nhỏ chất lỏng chảy vào bánh bơm bán kính RB lớn và chuyển động theo vịng khép kín lớn chất lỏng vào bánh bơm bán kính nhỏ nó, xem hình 5-8 Trên hình 5-8, trình bày chuyển động chất lỏng tùy thuộc vào hệ số trượt s (do chế độ phụ tải thay đổi) Chúng chia thành bốn giai đoạn sau (a, b, c, d): a Khi hệ sớ trượt s = khơng có chuyển động tương đối chất lỏng máng dẫn BCT b Khi tăng dần tải trọng (mômen cản) lên trục bánh tuabin (s = 0,05 - 0,01), tốc độ quay giảm, gây chuyển động tương đối chất lỏng máng dẫn Do có phân bớ lại chất lỏng bánh bơm và bánh tua bin Lúc lực ly tâm tác dụng lên chất lỏng mà cịn có áp lực thủy động chất lỏng chuyển động mặt phẳng kinh tuyến theo chiều mũi tên hình Hình 5-8 Chuyển động chất lỏng KNTL giai đoạn khác c Nếu tiếp tục tăng tải trọng tức tăng s (s = 0,3 - 0,35) dịng chất lỏng có xu hướng dịch phía tuabin nhiều Lúc tạo thành vịng khép kín rỗng dịch gần tới trục khớp nối d Khi động dòng chất lỏng tăng tới mức bảo đảm cho theo bề mặt bánh tuabin (s = 0,4 - 0,45) dịng chất lỏng vào bánh bơm với bán kính nhỏ 5.3.5 Phân loại khớp nối thủy lực Ta phân loại KNTL theo sơ đồ Hình 5-9 đây: 158 5.4 Biến tốc thuỷ lực Hình 5-9 Các loại khớp nới thủy lực 5.4.1 Đặc điểm trình làm việc biến tốc thủy lực 5.4.1.1 Đặc điểm biến tốc thuỷ lực Khác với khớp nối thủy lực Biến tốc thủy lực (BTTL) truyền trục đường tâm có kèm theo biến đổi trị số mơ men quay Thơng thường biến tốc thủy lực dùng để tăng trị số mô men quay trục bị dẫn Ngồi có tính chất tự động thay đổi vô cấp vận tốc trục bị dẫn khớp nối thủy lực Về mặt cấu tạo, bánh bơm bánh tuabin, BTTL cịn có mạng cánh dẫn tĩnh thường liền với vỏ, đóng vai trị phận phản ứng, thường gọi bánh phản ứng Về ngun tắc truyền lực, phương trình mơmen BTTL viết theo biểu thức: 159 MB + MT + MP = (5-24) Như vậy: Biến tớc thủy lực thay đổi mômen quay và tự động thay đổi vô cấp vận tốc trục bị dẫn Ta nghiên cứu hai tính chất BTTL 5.4.1.2 Nguyên lý kết cấu biến tốc thuỷ lực Hình 5-10: Gồm: - Trục dẫn; - Bánh bơm; - Bánh phản ứng (BPU); - bánh tua bin (BTB); - Trục bị dẫn; - Vỏ biến tốc a.Tính chất biến đổi mơ men quay: Biến tốc thủy lực đơn giản gồm bánh: Một bánh bơm, bánh tua bin bánh phản ứng Có hai cách bố trí bánh buồng làm việc biến tốc thủy lực, bánh phản ứng đặt sau bánh bơm trước bánh tua bin theo chiều chuyển động chất lỏng ngược lại + Trường hợp bánh phản ứng đặt sau bánh bơm trước bánh tua bin Ta có sơ đồ sau: Hình 5-10 Sơ đồ bớ trí BPU và chuyển động dịng chất lỏng BCT biến tốc thuỷ lực Xét tác dụng dòng chất lỏng lên cánh dẫn bánh từ phải sang trái Chất lỏng vào bánh bơm với vận tốc tương đối “W” Khi bánh bơm quay động cơ, chất lỏng tác dụng lực ly tâm bánh bơm với vận tốc tăng dần Dòng chất lỏng với vận tốc tuyệt đối CB vào bánh phản ứng, bánh giữ cố định nên dịng chất lỏng khơng trao đổi lượng với nó, nghĩa bánh có biển đổi áp thành động Khi qua bánh phản ứng, nhờ có thu hẹp mặt cắt máng dẫn nên vận tốc dòng chảy tăng lên Mặt khác, nhờ có biến dạng cách dẫn thích hợp mà hướng chuyển động dịng chất lỏng thay đổi phù hợp với lối vào bánh tua bin với góc 2 Do cp>cB 2 > 1 nên mô men quay trục bánh tua bin lớn so với trục bánh bơm Nếu khơng có bánh phản ứng dịng chất lỏng vào bánh tua bin với góc 1(< 2) với vận tốc cB khỏi bánh bơm Lúc mô men quay bánh bơm trường hợp làm việc khớp nối thủy lực + Trường hợp bánh phản ứng đặt sau bánh tua bin trước bánh bơm Vì bánh bơm bánh tua bin khơng có bánh phản ứng động dòng chất 160 lỏng khỏi bánh bơm vào bánh tua bin khơng thay đổi đó: MB = MT (5-25) Hình 5-11 Sơ đồ đặt BPU sau BTB, trước bánh bơm và hình ảnh phận BTTL Xét biến dạng cánh dẫn bánh tua bin hình vẽ ta thấy: Khi qua bánh tua bin, dòng chất lỏng thay đổi chiều chuyển động ngược chiều quay bánh bơm Bởi phía sau bánh tua bin khơng có bánh phản ứng dịng chất lỏng khỏi bánh tua bin với vận tốc định cản trở chuyển động quay bánh bơm Do làm tăng phụ tải cho động Nếu đặt sau bánh tua bin bánh phản ứng mà cánh dẫn có chiều cong ngược với chiều cong cánh dẫn tua bin dòng chất lỏng khỏi bánh phản ứng hướng theo chiều quay bánh bơm Ngoài ra, vận tốc dịng chất lỏng tăng Như dịng chất lỏng khỏi bánh phản ứng để vào bánh bơm trường hợp giảm phụ tải cho đơng dẫn động Ví dụ trục bánh tua bin có mơ men quay MT = 250 Nm dòng chất lỏng khỏi bánh phản ứng đảm bảo tác dụng lên bánh bơm mô men quay MT = 150 Nm dòng chất lỏng khỏi bánh phản ứng đảm bảo tác dụng lên bánh bơm mô men quay cịn thiếu 100 Nm Vậy ta thấy mơ men quay bánh tua bin tăng mô men quay động cung cấp cho bánh bơm 2,5 lần b Tính chất tự động điều chỉnh chế độ làm việc biến tốc thủy lực Biến tốc thủy lực có tính chất tự động điều chỉnh mô men tốc độ bánh tua bin theo thay đổi mô men cản trục bị dẫn Khi biến tốc làm việc ổn định, mô men tác dụng lên bánh tua bin luôn mô men cản tác dụng lên bánh Nếu mơ men cản tăng, lớn mô men tác dụng lên bánh tua bin bánh quay chậm lại Khi mô men quay bánh tua bin tự động tăng lên cân với mô men cản khớp nối thủy lực Mô men quay bánh tua bin tăng số vịng quay bánh giảm hai ngun nhân sau: - Lưu lượng chất lỏng tuần hoàn qua bánh cơng tác tăng (do số vịng quay bánh tua bin giảm lực ly tâm tác dụng lên chất lỏng hướng ngược chiều vời dòng chảy bánh giảm, làm cho chất lỏng từ bánh bơm bánh phản ứng chảy vào bánh tua bin nhiều hơn) 161 - Góc hợp phương vận tốc tuyệt đối dòng chảy lối vào lối bánh tua bin tăng làm cho áp lực chất lỏng cánh dẫn tăng Nếu tải trọng bên ngồi giảm vịng quay bánh tua bin tăng lên bánh bơm khơng thay đổi Điều thực cách thiết kế biến dạng cánh dẫn bánh cơng tác cách bố trí bánh cơng tác cho thích hợp Mơ men quay Mp bánh phản ứng là: Mp = MT = MB Mô men thay đổi tải trọng bên thay đổi Tương tự mô men quay bánh tua bin khác mô men thay đổi dấu, nghĩa hướng tác dụng MP thay đổi Khi hướng tác dụng MP trùng với hướng tác dụng MB MP > ngược lại MP < 5.4.2 Một số cơng thức tính tốn thông số biến tốc thủy lực - Công thức tính mơ men: MB = MB  D5 n 2B (5-26) MT = MT  D n T (5-27) Trong đó: MB: MT: hệ số mô men bánh bơm bánh tua bin, chúng phụ thuộc vào tỷ số truyền i D - đường kính lớn biến tốc thủy lực MB; MT : mô men bánh bơm bánh tua bin nB, nT: vận tốc bánh bơm bánh tua bin - Hệ số biến tốc K (hệ số biến đổi mô men): Đặc trưng cho khả biến đổi mô men quay biến tốc thủy lực từ trục dẫn sang trục bị dẫn chế độ làm việc  M (5-28) biến tốc thủy lực K = T = MT M B MB - Tỷ số truyền i: Đặc trưng cho khả biến đổi vận tốc quay trục bị dẫn so với trục dẫn biến tốc thủy lực: i= nT nB (5-29) - Hiệu suất biến tốc thủy lực  : = NT M T nt = = K i N B M B nB (5-30) Nhận thấy hiệu suất phụ thuộc vào hệ số biến tốc K tỷ số truyền i biến tốc thủy lực Như vậy, điều kiện làm việc biến tốc thủy lực đặc trưng bất đẳng thức mô men, số vịng quay cơng suất trục dẫn bị dẫn: MB > MT MB < MT (thường MB < MT; tức K >1) nB > nT; NB > NT Đối với biến tốc thủy lực thông dụng max = 0,85  0,90 loại đơn giản (có ba bánh) với i = 0,5  0,8 thì: K= 0,88  1,75  1,1 0.5  0,8 162 Trong thực tế sử dụng biến tốc thủy lực, hệ số biến tốc đạt tới trị số K lớn bánh tua tin ngừng quay, tức i = , K0 = 2,0  6,0 5.4.3 Phân loại biến tốc thủy lực Do yêu cầu làm việc với nhiều máy khác nên biến tốc thủy lực có nhiều loại khác tên gọi, kết cấu tính chất làm việc Thường biến tốc thủy lực phân theo cách sau: - Theo thứ tự bố trị bánh buồng làm việc biến tốc - Theo loại bánh tua bin - Theo số cấp bánh tua bin: cấp, cấp cấp - Tính theo tính chất làm việc bánh phản ứng: + Biến tốc thủy lực bánh phản ứng luôn cố định: Loại dùng + Biến tốc thủy lực hỗn hợp: Bánh phản ứng quay được, loại làm nhiệm vụ biến tốc thủy lực khớp nối thủy lực Dựa theo nguyên lý bánh phản ứng quay người ta chế tạo hàng loạt truyền động thủy lực hỗn hợp truyền động thủy Truyền động thủy lực hỗn hợp chế tạo sở biến tốc thủy lực có ba bánh (hình 5-12a) Loại bánh phản ứng không lắp cố định với vỏ biến tốc mà nối với khớp chiều 4, khớp cho phép bánh phản ứng quay theo chiều bánh công tác, khơng thể quay ngược lại Trên (hình 5-12b) trình bày đường đặc tính truyền động a, b, Hình 5-12 Biến tớc thuỷ lực bánh cơng tác Vì tổng đại số mơ men bánh M = nên ta có: * Ở điểm A ứng với i = iM M B = M T MP = * Ở bên trái điểm A (i < iM) M B  M T nên MP < hướng theo chiều ngược với chiều quay bánh bơm tua bin Trong khu vực bánh phản ứng giữ cố định (do kết cấu khớp nối chiều khơng cho phép quay) truyền động thủy lực làm việc theo chế độ biến tốc thủy lực * Ở bên phải điểm A (i > iM), MP > 0, bánh phản ứng quay chiều theo chiều quay bánh công tác Khi quay tự do, bánh phản ứng bị dòng chất lỏng quấn theo gây sức cản nhỏ không đáng kể (do ma sát khớp chiều) Do coi M P  M B = M T Như khu vực truyền động thủy lực làm việc khớp nối thủy lực Do truyền động thủy lực hỗn hợp mở rộng khu vực tỷ số truyền có hiệu suất cao - Theo tính chất kết hợp với loại truyền động khác 163 Ta có truyền động liên hợp điện thủy; thủy - Truyền động liên hợp thủy gồm có truyền động thủy lực hỗn hợp kết hợp với biến tốc khí CÂU HỎI CHƯƠNG Khái niệm truyền động thuỷ động? Nêu thơng số hệ thống truyền động thuỷ động? Sơ lược cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng khớp nối thuỷ lực? Sơ lược cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng biến tốc thuỷ lực? Cách tính tốn số thông số khớp nối thuỷ lực biến tốc thuỷ lực? TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ THAM KHẢO [1] Vũ Văn Tảo, Nguyễn Cảnh Cầm, Thuỷ lực NXB KH - 1978 [2] Nguyễn Đức Sướng, Truyền động thuỷ lực và khí nén Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội -1998 [3] Doãn Văn Thanh, Truyền động thuỷ lực Trường Cao đẳng kỹ thuật mỏ Quảng Ninh - 2001 [4] Vũ Nam Ngạn, Truyền động thuỷ lực và khí nén Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội - 2007 [5] Nguyễn Đức Sướng, Vũ Nam Ngạn, Máy thuỷ khí Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội - 2004 [6] Đinh Ngọc Ái Nnk, Thuỷ lực và máy thuỷ lực NXB ĐH THCN, Hà Nội - 1972 [7] Hồng Thị Bích Ngọc, Máy thuỷ lực thể tích Hà Nội - 1998 [8] Lê Quý Chiến, Thuỷ lực Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - 2008 [9] Nguyễn Ngọc Nghìn, Bùi Thanh Nhu, Lê Quý Chiến, Truyền động dầu ép và khí nén Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - 2010 [10] Lê Quý Chiến, Bùi Thanh Nhu, Thuỷ lực và máy thuỷ lực Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - 2011 164 PHỤ LỤC BẢNG : CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC Đại lượng Đơn vị MKS Đơn vị SL Chuyển đổi Chiều dài m m Thời gian s s Khối lượng kGs2/m kg Lực kG N 1kG = 9,81N p suất, mô đun đàn hồi Công Công suất Hệ số nhớt Hệ số nhớt động học kG/m2 Pa = N/m2 1kG/m2 = 9,81Pa kG.m kGm/s kG.s/m2 cm2/s J = Nm W = Nm/s P( poad¬ ) cm2/s 1kGm = 9,81J 1kGm/s = 9,81W BẢNG 2: HỆ SỐ NHỚT CỦA MỘT SỐ CHẤT LỎNG (ở nhiệt độ 200C) Tên chất lỏng Hệ số nhớt ( ), P( Poadơ ) Xăng 0,0065 Nước 0,0101 Dầu hoả 0,0250 Dầu mỏ nhẹ 0,25 Dầu mỏ nặng 0,4 Dầu nhờn 1,72 Glixerin 8,703 BẢNG 3: HỆ SỐ NHỚT ĐỘNG HỌC CỦA NƯỚC PHỤ THUỘC VÀO NHIỆT ĐỘ t,0C  , em2/s t0 , C  , em2/s 0,0178 20 0,0101 0,0152 30 0,0081 10 0,0131 40 0,0066 12 0,0124 50 0,0055 15 0.0114 60 0,0043 165 BẢNG : HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG LƯU LƯỢNG Ống bình thường d (mm) x 10 (dm2) K (l/s) K2/1000 1000 r K (l/s) 50 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1,963 4,418 7,854 12,272 17,671 31,416 49,087 70,686 96,212 125,664 159,043 196,350 282,743 384,845 502,655 636,171 785,398 950,334 1130,976 1327,326 1539,384 8,313 24,77 53,61 97,39 158,4 340,8 616,4 999,3 1503 2140 2920 3857 6239 9362 13301 18129 23911 30709 38601 47604 57807 0,0691 0,5136 2,874 9,485 25,091 116,15 379,9 998,6 2259 4580 8526 14876 38925 87647 176917 328661 571736 943043 1490037 2266140 3341649 14,472 1,6297 0,34795 0,10543 0,03985 0,00861 0,00263 0,00100 0,443.10-3 0,218.10-3 0,117.10-3 0,672.10-4 0,257.10-4 0,114.10-4 0,565.10-4 0,304.10-5 0,175.10-5 0,106.10-5 0,671.10-6 0,441.10-6 0,299.10-6 9,947 29,27 62,85 113,5 183,9 393,0 707,6 1143 1715 2435 3316 4374 7053 10560 14973 20373 26832 34416 43211 53232 64581 Ống gang K2/1000 1000 r K (l/s) 0,0980 0,8567 3,950 12,882 33,819 154,45 500,70 1306 2941 5929 10996 19132 49745 111514 224191 415059 719956 1184461 1867191 2833646 4170705 10,111 1,1672 0,25316 0,07763 0,02957 0,00647 0,00200 0,766.10-3 0,340.10-3 0,169.10-3 0,909.10-4 0,523.10-4 0,201.10-4 0,897.10-5 0,445.10-5 0,241.10-5 0,139.10-5 0,844.10-6 0,536.10-6 0,353.10-6 0,240.10-6 10,10 29,70 63,73 115,1 186,3 398,0 716,3 1157 1735 2463 3354 4423 7131 10674 15132 20587 27111 34769 43650 53769 65226 Ống thép K2/1000 1000 r 0,1020 0,8821 4,061 13,248 34,708 158,40 513,09 1339 3007 6066 11249 19563 50851 113934 228977 423825 735006 1208883 1905323 2891105 4254431 9,804 1,1337 0,24624 0,07548 0,02881 0,00631 0,00195 0,747.10-3 0,333.10-3 0,165.10-6 0,889.10-4 0,511.10-4 0,197.10-4 0,878.10-5 0,437.10-5 0,236.10-5 0,136.10-5 0,827.10-6 0,525.10-6 0,346.10-6 0,235.10-6 BẢNG 5: HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG LƯU LƯỢNG Hệ số C tính theo cơng thức: C = d (mm)  (m2) 50 75 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 600 700 750 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0,00196 0,00442 0,00785 0,01227 0,01767 0,02405 0,03142 0,03976 0,04909 0,07068 0,09621 0,12566 0,15904 0,19635 0,28274 0,38485 0,44179 0,50266 0,63617 0,78510 1,13090 1,53940 2,01060 2,54470 3,14160 1/ R n Ống Co = 1/n = 90 (n = 0,011) K (l/s) Ống thường Co = 1/n = 80 (n = 0,0125) Ống bẩn Co = 1/n = 70 (n = 0,0143) 96,24.10-1 28,37 61,11 110,80 180,20 271,80 388,00 531,20 703,50 11,44.102 17,26.102 24,64.102 33,73.102 44,67.102 72,64.102 10,96.103 13,17.103 15,64.103 21,42.103 28,36.103 46,12.103 69,57.103 99,33.103 136,00.103 180,10.103 84,60.10-1 24,94 53,72 97,40 158,40 238,90 341,10 467,00 616,40 10,06.102 15,17.102 21,66.102 29,65.102 39,27.102 63,86.102 96,32.102 11,58.103 13,75.103 13,83.103 24,93.103 40,55.103 61,16.103 87,32.103 119,50.103 158,30.103 74,03.10-1 21,83 47,01 85,23 138,60 209,00 298,50 408,60 541,20 880,00 13,27.102 18,95.102 25,94.102 34,36.102 55,87.102 84,28.102 10,13.103 12,03.103 16,47.103 21,82.103 35,48.103 53,52.103 76,41.103 104,60.103 138,50.103 166 BẢNG 6: ĐỘ NHÁM TRUNG BÌNH  CỦA MỘT SỐ LOẠI ỐNG Đặc tính mặt ống Số thứ tự ,mm I Ống nguyên khai Ống đồng thau, đồng, kẽm 0,015 - 0,010 Ống thÐp nèi 0,020 - 0,10 èng thÐp ®ang sư dơng 1,2 - 1,5 II Ống thép hàn nguyên khối Ống Ống tráng bitum ~ 0,05 ống đà sử dụng ~ 0,10 Ống tình trạng xấu, chỗ nối không phủ  5,0 0,01 - 0,1 III Ống gang Ống míi 0,25 - 1,0 èng tr¸ng bitum 0,10 - 0,15 10 Ống tráng atsphan 0,12 - 0,30 11 Ống sử dụng 12 Ống ®· sư dụng bị rỉ 1,40 1,0 - 1,5 IV ống bê tông xi măng 13 ng bờ tụng cú mt tt 14 ng bê tông điều kiện trung bình 15 ống bê tông có mặt nhắm 16 ng xi măng mới, chịu nóng 17 Ống bê tơng chịu nóng sử dụng 0,10 - 0,80 3,0 - 4,0 V Ống gỗ thủy tinh 18 Ống gỗ bào kỹ 19 Ống gỗ bào tương đối 2,5 167 0,05 - 1,10 ~ 0,50 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THUỶ LỰC Chương THUỶ TĨNH HỌC 1.1 Khái niệm chất lỏng 1.1.1 Định nghĩa “Thuỷ lực” 1.1.2 Khoa học thủy lực Việt Nam 1.1.3 Tính chất vật lý chất lỏng 1.1.4 Khái niệm chất lỏng 11 1.1.5 Lực tác dụng lên chất lỏng 12 1.2.1 Định nghĩa 14 1.2.2 Hai tính chất áp suất thuỷ tĩnh 14 1.2.3 Phân loại áp suất 15 1.3 Phương trình vi phân chất lỏng cân 15 1.3.1 Hệ phương trình vi phân cân thủy tĩnh Ơ le 15 1.3.2 Phương trình vi phân cân thuỷ tĩnh 17 1.3.3 Phương trình vi phân mặt đẳng áp 17 1.4 Định luật Pascal ứng dụng 19 1.4.1 Định luật Pascal 19 1.4.1 Định luật Pascal ứng dụng vào máy ép thuỷ lực 20 1.4.3 Sự cân chất lỏng trạng thái tĩnh tương đối 21 1.5 Áp lực chất lỏng lên thành phẳng thành cong 22 1.5.1 Áp lực chất lỏng lên thành phẳng có hình dạng 22 1.5.2 Áp lực chất lỏng tác dụng lên thành cong 24 1.6 Định luật Acsimét 26 Chương 34 THUỶ ĐỘNG LỰC HỌC 34 2.1 Một số định nghĩa đặc trưng chuyển động chất lỏng: 34 2.1.1 Khái niệm chung 34 2.1.2 Phân loại chuyển động chất lỏng 34 2.1.3 Đường dòng, dòng nguyên tố, dòng chảy 35 2.1.4 Các yếu tố thuỷ lực dòng chảy 36 2.1.5 Phương trình dịng chảy ổn định 38 2.2 Phương trình Becnuli ứng dụng 39 2.2.1 Phương trình Becnuli chất lỏng lý tưởng 39 2.2.2 Phương trình Becnuli dịng ngun tố, chất lỏng thực, chuyển động ổn định 39 2.2.3 Ý nghĩa lượng phương trình Becnuli 39 2.2.4 Phương trình Becnuli tồn dịng chảy (đều, biến đổi dần) chất lỏng thực 40 2.3 Tổn thất lượng dòng chảy 41 2.3.1 Định nghĩa - phân loại tổn thất lượng 41 168 2.3.2 Cơng thức chung để tính tổn thất thuỷ lực 42 2.3.3 Phương trình dịng chảy 43 2.3.4 Hai trạng thái chuyển động chất lỏng 44 2.4 Tính tốn thuỷ lực cho dịng chảy đường ống 46 2.4.1 Khái niệm chung phân loại 46 2.4.2 Tính tốn thủy lực cho đường ống đơn giản phức tạp 47 2.4.3 Tính tốn thuỷ lực hệ thống đường ống 51 PHẦN - TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC 66 Chương 66 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC 66 3.1 Khái niệm truyền động thuỷ lực 66 3.1.1 Khái niệm truyền động thuỷ lực 66 3.1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động thuỷ lực 67 3.2 Các thông số hệ thống truyền động thuỷ lực 68 3.3 Chất lỏng truyền dẫn áp lực 69 3.3.1 Chất lỏng truyền dẫn áp lực hệ thống TĐTL 69 3.3.2 Những tính chất dầu thủy lực 69 3.3.3 Khí dầu thủy lực 71 3.3.5 Bảo quản giữ dầu thủy lực 72 3.4 Hệ tuần hoàn chất lỏng làm việc truyền động thuỷ lực 73 3.4.1 Hệ tuần hoàn hở 73 3.4.2 Hệ tuần hồn kín 74 Chương 76 TRUYỀN ĐỘNG THỦY TĨNH 76 4.1 Khái niệm chung 76 4.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ truyền động thuỷ tĩnh (TĐTLTT) 78 4.2.1 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến 78 4.2.2 Truyền động thủy lực thể tích có chuyển động quay 79 4.3 Các phương pháp điều chỉnh chế độ làm việc hệ thống TĐTLTT 81 4.3.1 Phương pháp thể tích 81 4.3.2 Phương pháp tiết lưu 84 4.4 Các phần tử chủ yếu hệ thống truyền động thuỷ lực 89 4.4.1 Cơ cấu phân phối 89 4.4.2 Cơ cấu tiết lưu (Bộ phận điều tiết lưu lượng) 91 4.4.3 Các loại van 95 4.5 Máy bơm tạo dòng áp lực 102 4.5.1 Máy bơm bánh 102 4.5.2 Máy bơm trục vít 105 4.5.3 Máy bơm cánh gạt 108 4.5.4 Bơm píttơng 111 4.5.5 Bơm rơto piston hướng kính 114 4.5.6 Kết cấu chung nguyên lý làm việc bơm rôto piston hướng trục 115 169 4.5.7 Kết cấu nguyên lý làm việc bơm piston rôto hướng trục ZB125 116 4.6 Mô tơ thủy lực (xi lanh lực động thuỷ lực) 117 4.6.1 Xi lanh lực 117 4.6.2 Bơm động pít tơng rơ to hướng trục 119 4.7 Tổn thất áp suất ống dẫn 122 4.7.1 Tổn thất áp suất ống dẫn thẳng 122 4.7.2 Tổn thất áp suất đoạn ống cong, ống rẽ nhánh, ống mở rộng thu hẹp 124 4.7.3 Tổn thất miệng chắn thu hẹp, ngắn 125 4.7.4 Tổn thất qua van 125 4.7.5.Tổn thất áp suất sử dụng chất lỏng làm việc khác 126 4.7.6 Tổn thất áp suất cho trường hợp lắp song song nối tiếp van 126 4.7.7 Hiệu suất hệ thống ống dẫn điều khiển 126 4.8 Một số sơ đồ truyền động thuỷ lực thể tích ứng dụng máy công nghiệp 127 4.8.1 Hệ thống truyền động thuỷ lực máy khấu than MG200-W1 127 4.8.2 Sơ đồ truyền động thủy lực máy khấu than 2K-52 130 4.8.3 Sơ đồ truyền động thủy lực loại 404 131 4.8.4 Sơ đồ truyền động thủy lực máy khấu than K-52M 132 4.8.5 Sơ đồ truyền động thủy lực loại 405 133 4.8.6 Sơ đồ truyền động thủy lực máy khấu than 1III 68 134 4.8.7 Sơ đồ hệ thống TĐTLTT máy khoan xoay cần 135 4.8.8 Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực máy khoan Tamrock Pantera 1100 136 Chương 151 TRUYỀN ĐỘNG THUỶ ĐỘNG 151 5.1 Khái niệm phân loại 151 5.2 Các thông số truyền động thuỷ động 151 5.2.1 Các thông số 151 5.2.2 Các phương trình truyền động thủy động 151 5.3 Khớp nối thuỷ lực 152 5.3.1 Sơ đồ nguyên lý khớp nối thủy lực 153 5.3.2 Nguyên lý cấu tạo khớp nối thuỷ lực 153 5.3.3 Đặc điểm trình làm việc khớp nối thủy lực 154 5.3.4 Đường đặc tính khớp nối thủy lực 156 5.4 Biến tốc thuỷ lực 159 5.4.1 Đặc điểm trình làm việc biến tốc thủy lực 159 5.4.2 Một số cơng thức tính tốn thông số biến tốc thủy lực 162 5.4.3 Phân loại biến tốc thủy lực 163 TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ THAM KHẢO 164 MỤC LỤC…………………………………………………………………… ………………168 170 ... Ninh Giáo trình gồm chương, trình bày lý thuyết thuỷ lực học truyền động thuỷ lực Chương Thuỷ tĩnh học Chương Thuỷ động lực học Chương Khái niệm chung truyền động thuỷ lực Chương Truyền động. .. Chương Truyền động thuỷ động Để củng cố kiến thức cho sinh viên, sau chương có số tập tiêu biểu giải mẫu số tập cho sinh viên tự giải để nâng cao kĩ tính toán thuỷ lực truyền động thuỷ lực Ở cuối giáo. .. lớn Về mặt khoa học thủy lực, môn thủy lực giảng dạy thành môn sở kỹ thuật trường kỹ thuật nước ta, hình thành số phịng thí nghiệm thủy lực, nghiên cứu giải số vấn đề thủy lực, vấn đề tính tốn