Giáo trình công nghệ khí nén thuỷ lực ứng dụng

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mơn học: Cơng nghệ khí nén - thuỷ lực ứng dụng NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ - TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội - 2012 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo nghề tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Mã tài liệu: MH 13 LỜI GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật giúp cho có thay đổi vượt bậc sống người Bên cạnh phát triển ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động hóa ngành kỹ thuật thủy khí ngày trở nên có ý nghĩa chiếm vị trí quan trọng số lĩnh vực sống, đặc biệt ngành chế tạo máy kỹ thuật ôtô, máy cơng trình truyền động thủy lực khí nén có vai trị đáng kể có mật độ công suất cao, kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao đặc biệt việc bố trí phần tử tự linh động theo không gian van điều khiển, có chi phí cơng suất nhỏ ưu điểm bật công nghệ truyền động khí nén thủy lực Với ưu điểm vậy, nên nước ta có nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí nén nhiên số lượng thợ giỏi lĩnh vực lại khiêm tốn Nhằm giúp cho sinh viên nắm số kiến thức truyền động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với cơng việc sửa chữa thiết bị có liên quan thực tế Nội dung giáo trình biên soạn dựa kế thừa nhiều tài liệu trường đại học cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo cho sinh viên trường dạy nghề nước Để giúp cho người học nắm kiến thức mơn học thủy lực khí nén, nhóm biên soạn xếp mơn học theo chương theo thứ tự: Chương 1: Khái niệm quy luật truyền động khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động khí nén Chương 3: Khái niệm quy luật truyền động thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động thủy lực Kiến thức giáo trình biên soạn theo chương trình khung Tổng cục Dạy nghề, xếp logic đọng Do người đọc hiểu cách dễ dàng nội dung chương trình Mặc dù cố gắng chắn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp người đọc để lần xuất sau giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày… tháng… năm 2012 Tham gia biên soạn ThS Phạm Tố Như ThS Nguyễn Đức Nam ThS Hà Thanh Sơn ThS Vũ Quang Huy ThS Phạm Ngọc Anh ThS Nguyễn Thành Trung ThS Phạm Duy Đơng ThS Đồn Văn Năm ThS Ngơ Cao Vinh 10 ThS Đinh Quang Vinh 11 ThS Hoàng Văn Thơng 12 ThS Hồng Văn Ba 13 ThS Nguyễn Thái Sơn 14 CN Vũ Quang Anh 15 ThS Nguyễn Xuân Sơn 16 ThS Lê Ngọc Viện 17 ThS Nguyễn Văn Thơng 18 ThS Dương Mạnh Hà 19 CN Hồng Văn Lợi 20 CN Trần Văn Đô Chủ biên Đồng chủ biên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Chương 1: Khái niệm quy luật truyền động khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động khí nén Chương 3: Khái niệm quy luật truyền động thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động thủy lực Tài liệu tham khảo 29 43 68 82 MƠN HỌC CƠNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG Mã số môn học: MH 13 I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí giảng dạy song song với mơn học/ mô đun sau: MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18, MĐ 19 - Tính chất: Là mơn học kỹ thuật sở bắt buộc - Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức thủy lực khí nén, góp phần vào học mơn chun môn tốt hơn, nâng cao hiệu học tập - Vai trị: mơn học trang bị cho sinh viên khái niệm, kiến thức thủy lực khí nén để ứng dụng vào mơn học chun môn, ứng dụng vào thực tế II Mục tiêu mơn học: + Trình bày đầy đủ khái niệm, yêu cầu định luật truyền dẫn lượng hệ thống truyền động khí nén thủy lực + Giải thích đầy đủ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động khí nén thủy lực + Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động khí nén thủy lực + Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực thủy lực khí nén + Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ III Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Số TT I II Tên chương mục Khái niệm quy luật truyền động khí nén Khái niệm, u cầu thơng số khí nén Các quy luật truyền dẫn khí nén Nhận dạng thiết bị sử dụng khí nén Hệ thống truyền động khí nén Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động Thời gian (giờ) Thực Kiểm Tổng Lý hành Bài tra* số thuyết tập 9 11 10 hệ thống truyền động khí nén Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy nén khí Khái niệm quy luật truyền III động thủy lực Khái niệm, yêu cầu thông số chất lỏng Các quy luật truyền dẫn thủy lực Nhận dạng thiết bị thủy lực Cấu tạo hệ thống truyền động IV thủy lực Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động thủy lực Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy thủy lực Tổng cộng 11 10 3 3 14 13 5 45 42 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính vào lý thuyết, kiểm tra thực hành tính thực hành 1 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN Mã số chương 1: MH 13 - 01 Giới thiệu: Dưới phát triển khoa học kỹ thuật, người ngày sử dụng hiểu nguồn tài nguyên thiên nhiên vào kỹ thuật phục vụ đời sống mà trước tưởng Cơng nghệ khí nén đưa nguồn tài ngun bất tận thiên nhiên khơng khí vào máy móc để biến chúng thành lượng, giúp ích cho đời sống người Mục tiêu: - Phát biểu khái niệm, yêu cầu thông số truyền động khí nén - Giải thích quy luật truyền dẫn khí nén - Phát biểu yêu cầu, nhiệm vụ phân loại hệ thống truyền động khí nén - Giải thích sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động khí nén - Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động khí nén - Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực thủy lực khí nén Nội dung chính: 1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THƠNG SỐ CỦA KHÍ NÉN Mục tiêu: - Trình bày khái niệm yêu cầu truyền động khí nén - Trình bày q trình sản xuất khí nén - Trình bày thơng số truyền động khí nén - Sử dụng cơng thức vào tập tính tốn có liên quan Khái quát chung Bên cạnh chất lỏng thủy lực nước dầu, khí nén mơi chất mang lượng tín hiệu quan trọng kỹ thuật thủy khí Trong hệ thống truyền động khí nén mơi chất khơng khí nén – chất “lỏng” chịu nén Như lấy khơng khí từ mơi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động động khí nén xy lanh khí nén lại thải mơi trường Khí nén ứng dụng từ lâu, cách 2000 năm, người ta biết tạo khí nén, lưu trữ khí nén sử dụng làm môi chất mang lượng Vào quãng kỷ thứ thứ trước công nguyên Alexandrie nhà khí Ktesibios Heron phát minh thiết bị máy móc hoạt động khí nén Tuy nhiên lịch sử phát triển kỹ thuật khí nén có bước thăng trầm Một mặt trình độ kỹ thuật cơng nghệ thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác cịn có cạnh tranh gay gắt hệ thống truyền lượng khác động nhiệt, truyền động điện… mà đến năm gần kỹ thuật khí nén lại có vai trị xứng đáng sản xuất Thời kỳ bùng nổ kỹ thuật khí nén bắt đầu với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điều khiển tự động hóa q trình sản xuất, có tham gia kỹ thuật điện tử kỹ thuật tính đại Ngày khí nén tham gia vào hầu hết lĩnh vực sản xuất chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rơ bot, khai khống… 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Khái niệm hệ thống truyền động khí nén Là hệ thống truyền động lấy khơng khí từ mơi trường ngồi, nén lại truyền dẫn làm hoạt động động khí nén xy lanh khí nén lại thải mơi trường 1.1.1.2 Sản xuất khí nén Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí phải sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với áp suất định thích hợp cho lượng hệ thống a Máy nén khí Máy nén khí máy có nhiệm vụ thu hút khơng khí, ẩm, khí đốt áp suất định tạo nguồn lưu chất có áp suất cao b Các loại máy nén khí cơng suất nhỏ thường sử dụng Máy nén khí phân loại theo áp suất theo nguyên lý hoạt động Đối với nguyên lý hoạt động ta có: - Máy nén theo ngun lý thể tích: máy nén pít tơng, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén cánh gạt - Máy nén tuốc bin dùng cho công suất lớn không kinh tế sử dụng lưu lượng mức 600 m3/phút Vì khơng mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén sử dụng * Máy nén kiểu piston Máy nén piston (hình 1.1) máy nén phổ biến cung cấp suất đến 500 m3/phút Máy nén piston nén khí khoảng bar ngoại lệ đến 10 bar; máy nén kiểu piston hai cấp nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar Hình 1.1 Máy nén khí kiểu piston * Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khơng gian hai kề vỏ thay đổi trục trục vít quay Do rơ to chế tạo dạng trục vít nên điểm nén dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy Phần máy nén trục vít gồm roto: roto rơ to phụ 1, (hình 1.3) Số đầu mối ren rơ to xác định thể tích làm việc máy, có nghĩa thể tích khơng khí vào vịng quay Số đầu mối ren lớn thể tích làm việc nhỏ Số đầu mối ren hai rô to khác cho hiệu suất cao Hình 1.2 Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít 68 CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC Mã số chương 4: MH 13 – Giới thiệu: Để hiểu vẽ kỹ thuật thủy lực, trước hết cần nắm rõ ký hiệu quy luật truyền dẫn hệ thống truyền động thủy lực, việc hiểu trình bày hoạt động mạch thủy lực vẽ hay sơ đồ mạch yêu cầu quan trọng Mục tiêu: - Phát biểu yêu cầu, nhiệm vụ phân loại hệ thống truyền động thủy lực - Giải thích sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động thủy lực - Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động thủy lực - Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực thủy lực khí nén Nội dung chính: 4.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI Mục tiêu: - Trình bày nhiệm vụ yêu cầu hệ thống truyền động thủy lực - Trình bày cách phân loại hệ thống truyền động thủy lực 4.1.1 Nhiệm vụ Biến đổi lượng dầu thủy lực dạng (áp suất P lưu lượng Q) thành dạng mô men quay hay chuyển động tịnh tiến 4.1.2 Yêu cầu Tất phận hệ thống thủy lực có yêu cầu kỹ thuật định - Các thông số kỹ thuật hệ thống phải thõa mãn yêu cầu làm việc như: + Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v, v'), hành trình x, ; + Chuyển động quay: momen xoắn MX, vận tốc (n,); - Các cấu chấp hành, cấu biến đổi lượng, cấu điều khiển điều chỉnh, phần lớn thiết bị phụ khác hệ thống thủy lực tiêu chuẩn hóa - Đảm bảo độ bền, độ tin cậy, giá thành thấp 4.1.3 Phân loại - Mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 69 - Mạch thủy lực chuyển động quay 4.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC Mục tiêu: - Trình bày sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển thủy lực - Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động thủy lực 4.2.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay 4.2.1.1 Sơ đồ hệ thống Hệ thủy lực thực chuyển động quay phân tích hệ thống thủy lực chuyển động thẳng Mômen xoắn tác động lên trục động dầu bao gồm: + Mơmen qn tính Ma = J. [Nm] (J - mơmen qn tính khối lượng phụ tải[Nms2]; +  - gia tốc góc trục quay phụ tải [rad/s2].) + Mômen ma sát phần tử chuyển động phụ tải MD [Nm] + Mômen tải trọng ngồi ML [Nm] + Mơmen xoắn tổng cộng Mx là: Mx = Ma+ MD + ML [Nm] a b c Hình 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay Q1,Q2 – Lưu lượng đầu vào đầu động thủy lực 70 4.2.1.2 Nguyên lý hoạt động Khi van đảo chiều trạng thái a, dầu từ bơm vào cữa bên trái động thủy lực đồng thời cữa bên phải thơng với đường tháo Do động tạo mô men quay Khi van đảo chiều trạng thái b, đóng kín hai đường dầu đến hai cữa, động thủy lực đứng yên vị trí trung gian Lúc dầu từ bơm qua van tràn lại thùng chứa Khi van đảo chiều trạng thái c, dầu từ bơm vào cữa bên phải động thủy lực đồng thời cữa bên trái thơng với đường tháo Do động tạo mô men quay theo chiều ngược lại 4.2.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch điều khiển thuỷ lực chuyển động tịnh tiến 4.2.2.1 Sơ đồ hệ thống Trong đó: P - Áp suất dầu thủy lực Q- lưu lượng dầu thủy lực qua ống Ft- ngoại lực tác động lên cần đẩy X – hành trình dịch chuyển piston D,d – đường kính piston cần đẩy Hình 4.2 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến a b c 71 4.2.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi van đảo chiều trạng thái a, dầu từ bơm vào khoang trái xy lanh lực đồng thời khoang phải xy lanh thông với đường tháo Do piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải Khi van đảo chiều trạng thái b, đóng kín hai đường dầu đến hai khoang xy lanh lực nên piston-cần đẩy đứng yên vị trí trung gian Lúc dầu từ bơm qua van tràn lại thùng chứa Khi van đảo chiều trạng thái c, dầu từ bơm vào khoang phải xy lanh lực đồng thời khoang trái xy lanh thơng với đường tháo Do piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái 4.2.3 Sơ đồ cấu tạo số mạch điều khiển thông dụng 4.2.3.1 Máy dập thủy lực điều khiển tay Hình 4.3 Máy dập điều khiển tay 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3 - áp kế; 1.1- Van chiều; 1.2- Van đảo chiều 3/2, điều khiển tay gạt;1.0- Xy lanh Khi có tín hiệu tác động tay, xy lanh A mang đầu dập xuống Khi thả tay ra, xilanh lùi 4.2.3.2 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công Khi tác động tay, pittông mang hàm kẹp di động ra, kẹp chặt chi tiết Khi gia công xong, gạt tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi về, hàm kẹp mở Để cho xilanh chuyển động tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu chiều Trên sơ đồ, van tiết lưu chiều đặt đường van tiết lưu đặt đường vào 72 Hình 4.4 Cơ cấu kẹp chi tiết gia công Xy lanh; Chi tiết; Hàm kẹp Khi tác động tay, piston mang hàm kẹp di động ra, kẹp chặt chi tiết Khi gia công xong, gạt tay cần điều khiển van đảo chiều, piston lùi về, hàm kẹp mở Để cho xy lanh chuyển động tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu chiều Trên sơ đồ, van tiết lưu chiều đặt đường van tiết lưu đặt đường vào (hãy so sánh hai cách này) Hình 4.5 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1 - Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3- Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt;1.2- Van tiết lưu chiều; 1.0- Xy lanh 73 4.2.3.3 Máy khoan bàn Hình 4.6 Máy khoan bàn Hệ thống thủy lực điều khiển hai xy lanh Xy lanh A mang đầu khoan xuống với vận tốc điều chỉnh trình khoan, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trình khoan Khi khoan xong, xy lanh A mang đầu khoan lùi về, sau xy lanh B lùi mở hàm kẹp, chi tiết tháo Hình 4.7 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt;1.2- Van giảm áp; 1.0- Xy lanh A; 1.3- Van chiều;2.1- Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt; 2.2- Bộ ổn tốc; 2.3- Van chiều; 2.4- Van cản; 2.5- Van chiều;2.6- Van tiết lưu; 2.0- Xy lanh B 74 4.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC Mục tiêu: - Phân loại số máy thủy lực thơng dụng - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động số máy thủy lực thông dụng Máy thủy lực từ dùng để máy làm việc cách trao đổi lượng với chất lỏng theo nguyên lý thủy lực học nói riêng học chất lỏng nói chung, ví dụ: loại dùng động để vận chuyển chất lỏng (BƠM); tuabin nước nhận lượng dòng nước để biến thành máy làm việc (ĐỘNG CƠ THỦY LỰC) Theo nguyên lý tác dụng máy thủy lực với dòng chất lỏng trình làm việc, người ta chia Máy thủy lực thành nhiều loại khác nhau, chủ yếu có loại chính: Máy thủy lực cánh dẫn Máy thủy lực thể tích 4.3.1 Máy thủy lực cánh dẫn 4.3.1.1 Phân loại - Dựa vào cột áp ta có: bơm cột áp thấp (60mH20) - Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp bơm: + bơm cấp: cột áp bị hạn chế số vòng quay sức bền cánh dẫn (cột áp thường