Chương MÁY THỦY LỰC 6.1 Máy thủy lực thể tích 6.1.1 Khái niệm máy thủy lực thể tích 6.1.1.1 Khái niệm chung máy thiết bị thuỷ khí Máy thủy khí (MTK): Là danh từ chung để máy làm việc cách trao đổi lượng với dòng lưu thể theo nguyên lý thuỷ khí động lực học MTK thường chia thành hai nhóm: - Nhóm máy cơng tác: Khi làm việc cung cấp lượng cho dòng lưu thể, (như: máy bơm, máy quạt, máy nén khí) - Nhóm động cơng tác (hay cịn gọi nhóm máy phát lực): Loại muốn làm việc phải nhận lượng từ dịng lưu thể Ví dụ: loại tua bin thuỷ lực nhà máy thuỷ điện, động chạy sức gió Thiết bị thuỷ khí (TBTK): Là phương tiện truyền dẫn lượng dịng lưu thể tích luỹ, biến đổi phần lượng Ví dụ: Mạng ống dẫn nước (khí), bình chứa nước (khí), van, phận điều chỉnh dòng chảy Đối với máy thuỷ khí phận cơng tác (ở máy tua bin, bánh công tác hay cánh quạt) chuyển thành lượng dòng chảy (áp suất toàn phần) ptp , gồm: (áp suất tĩnh) ptĩnh động (áp suất động) pđộng ptp = ptĩnh + pđộng (đây phương trình áp suất) ptĩnh: Có tác dụng nén thành phần chủ yếu để di chuyển lưu thể (dịch thể, khí thể) từ nơi đến nơi khác pđộng pđộng: Tạo cho lưu thể có vận tốc hay nói khác lưu thể chuyển động từ nơi có lượng lớn tới nơi có lượng bé Dịng chảy lưu thể công nghiệp chủ yếu nhân tạo, nghĩa chúng phải qua máy tạo áp suất là: Những máy bơm, máy nén khí Còn tự nhiên lưu thể chuyển động từ nơi đến nơi khác chênh lệch tự nhiên lượng hay áp suất Ví dụ: Nước chảy sơng, ngịi khơng khí chuyển động khơng gian 6.1.1.2 Khái niệm máy thuỷ lực thể tích Máy thủy lực thể tích bao gồm loại bơm động thủy lực thể tích Ta biết bơm thể tích đẩy chất lỏng áp suất thủy tĩnh, cịn động thủy lực thể tích biến áp chất lỏng thành Qua nghiên cứu hoạt động bơm thủy lực thể tích, buồng làm việc hồn tồn kín bơm có đủ cơng suất áp suất làm việc bơm p phụ thuộc vào áp suất chất lỏng ống đẩy (áp suất phụ tải) 6.1.2 Các thông số máy thủy lực thể tích Trong thực tế máy thủy lực thể tích làm việc buồng làm việc máy khơng thể kín tuyệt đối với trị số áp suất Khi tăng tải trọng làm việc đến giá trị xuất rò rỉ chất lỏng, tiếp tục tăng tải trọng rị rỉ tăng tới trị số áp suất giới hạn lưu lượng máy hồn tồn mát rị rỉ Ngồi áp suất làm việc cịn bị hạn chế sức bền máy Vậy để bảo đảm làm việc bình thường máy thủy lực thể tích cần hạn chế áp suất làm việc tối đa cách 75 dùng van an toàn, Khi tải trọng ngồi tăng đến mức độ “nguy hiểm” van an toàn tự động thải bớt chất lỏng để giảm áp suất làm việc máy 6.1.2.1 Lưu lượng - Gọi Q1 lưu lượng lý thuyết máy thủy lực thể tích: Q1 tổng thể tích làm việc máy đơn vị thời gian Q1 = q n (6-1) Trong đó: q1: Lưu lượng riêng máy n: Số chu kỳ làm việc máy đơn vị thời gian - Vì thực tế có rị rỉ lưu lượng, nên lưu lượng thực tế máy Q: Q < Q1 6.1.2.2 Áp suất - Biết cột áp máy thủy lực thể tích tạo nên chủ yếu thay đổi áp suất tĩnh chất lỏng chuyển động qua máy, nên thường dùng áp suất để biểu thị khả tải máy theo công thức thủy tĩnh có: H= P (6-2) : Trọng lượng riêng chất lỏng làm việc - Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng mô men quay máy - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến áp suất làm việc p tác dụng lên pit tông tạo nên áp lực P: P = p (6-3) : Diện tích làm việc mặt pít tơng - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên rô to tạo nên mô men quay M M = KM P (6-4) KM: Là số máy định phụ thuộc vào kết cấu kích Q q thước máy, gọi hệ số mô men: KM = = (6-5) 2 Hệ số mô men thực tế nhỏ hệ số mô men lý thuyết phụ thuộc hiệu suất tồn phần máy - Cơng tức tính mơ men quay trục bơm động là: + Đối với bơm: MB = Q B. + Đối với động cơ: MĐ = p = Q KM p p = K M p 6.1.2.3 Hiệu suất công suất - Hiệu suất toàn phần máy thủy lực xác định theo = Q.C.H Đối với máy thủy lực thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ H = Q.C - Công suất làm việc bơm xác định thông số thuỷ lực: Q.H P.Q NB = = 76 (6-6) (6-7) (6-8) (6-9) (6-10) - Công suất làm việc động thường xác định thông số khí + Đối với động có chuyển động tịnh tiến NĐ = P v (6-11) P: áp lực pít tơng; v: Là vận tốc pít tơng + Đối với động có chuyển động quay NĐ = M. (6-12) M: Là mô men quay trục; : Là vận tốc góc 6.2 Bơm píttơng 6.2.1 Kết cấu ngun lý làm việc Nếu bơm pít tơng kéo động cơ, chuyển động quay trục động biến đổi thành chuyển động tịnh tiến pít tơng xi lanh 2, nhờ hệ thống truyền tay quay với hành trình S = 2R Hình 6-1 Kết cấu bơm pittơng Hai điểm bơm B1, B2 pít tơng tương ứng với hai vị trí C1 C2 tay quay Khi buồng làm việc chứa đầy chất lỏng, tay quay từ vị trí C2 quay theo chiều mũi tên pít tơng di chuyển từ bơm B2 phía B1 Thể tích buồng tăng dần, áp suất p giảm bé áp suất mặt thoáng bể chứa pa (p p = pa W0 pa W0 + FS (6-13) Nếu chất lỏng từ bể hút chảy vào ống hút dâng lên độ cao: h= pa − p (6-14) Nếu pít tơng tiếp tục làm việc, chất lỏng từ bể hút dâng dần theo ống hút điền đầy bơm - Lưu lượng bơm xác định: + Bơm tác dụng phía: QLT = F S n.Z ; m3 / s (6-14’) 60 + Bơm tác dụng hai phía: QLT = (2 F − f ).S n.Z ; m3 / s (6-14”) 60 77 - So với bơm ly tâm, bơm pít tơng tạo áp suất cao, chuyển động chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng bơm dao động Kết cấu bơm tương đối cồng kềnh Vậy sử dụng áp suất yêu cầu thấp trung bình lưu lượng lớn Thường dùng hệ thống đòi hỏi áp suất cao cao (từ 200 at trở lên) lưu lượng tương đối nhỏ Phân loại bơm pít tơng: + Có bơm tác dụng đơn, kép, tác dụng nhiều lần, bơm pít tơng đĩa, bơm pít tơng trụ + Theo áp suất, bơm pít tơng chia: * Bơm áp suất thấp: p < 10at; * Bơm áp suất trung bình: p = 10 20 at * Bơm áp suất cao: p > 20at + Theo lưu lượng, bơm pít tơng chia: * Lưu lượng nhỏ: Q < 15m3/h; * Lưu lượng trung bình: Q = 15 60m3/h * Lưu lượng nhỏ: Q > 60m3/h 6.2.2 Phương trình chuyển động chất lỏng bơm pít tơng; áp suất bơm pít tơng q trình hút đẩy 6.2.2.1 Phương trình Becnuli cho dịng khơng ổn định bơm pít tơng, cột áp qn tính Vì vận tốc chuyển động chất lỏng bơm phụ thuộc vận tốc chuyển động pít tơng v = f (t) có gia tốc dv 0 dt Chất lỏng chuyển động có gia tốc thay đổi theo thời gian dọc theo dòng chảy Gia tốc dv dv 0) , dương ( 0) , Như khối chất lỏng có khối lượng m chuyển dt dt dv động bơm chịu tác dụng lực qn tính: I qt = −m dt âm ( (Dấu - biểu thị lực quán tính ngược chiều với chiều gia tốc) Lực quán tính tác dụng lên dịng chảy hệ thống bơm pít tơng có ảnh hưởng khơng tốt đến bơm, đường ống phận khác Theo cơng thức tính lực qn tính có nhận xét: Tại thời điểm khối chất lỏng chuyển động có gia tốc chiều với chiều chuyển động lúc lực qn tính đóng vai trị lực cản dịng chảy ngược lại Như dịng chảy bơm pít tơng dịng khơng ổn định, phương trình lượng dịng chảy khơng ổn định phải có thành phần lực qn tính phương trình có dạng: v2 v + h + d s = const 2g g t v Và hqt = d s : Là cột áp quán tính g t z+ p + (6-15) (6-16) Cột áp qn tính gây tượng xâm thực làm hư hỏng thiết bị bơm hệ thống 6.2.2.2 Áp suất bơm pít tơng q trình hút đẩy 78 Qua nghiên cứu áp suất bơm pít tơng q trình hút đẩy, ta cần sử dụng bơm thỏa mãn điều kiện sau để tránh tượng xâm thực xảy bơm: - Chọn ống hút có chiều dài ngắn có đường kính lớn - Số vịng quay trục bơm không lớn, n = 100 200vg/ph - Giảm chiều dài ống đẩy (nên giảm đoạn nằm ngang ống đẩy) - Tăng diện tích mặt cắt ống đẩy - Giảm diện tích mặt pít tơng(F), bán kính quay tay quay (R) số vòng quay làm việc (n) 6.2.3 Khắc phục chuyển động không ổn định chất lỏng bơm píttơng Sự chuyển động khơng ổn định chất lỏng q trình làm việc bơm pít tơng, ta thấy rõ tính chất dao động lưu lượng áp suất gây nhiều tác hại làm tăng tổn thất thủy lực, gây chấn động bơm làm việc hệ thống ống dài, xuất va đập thủy lực làm hỏng phận làm việc bơm hệ thống Trong trường hợp nhiều bơm làm việc hệ thống, biên độ dao động áp suất hệ thống tăng lên lớn cộng hưởng Sự giao động áp suất lưu lượng bơm ảnh hưởng đến chất lượng làm việc hệ thống thủy lực Vì phải có biện pháp hạn chế tính chất khơng ổn định dịng chảy bơm pit tơng, thường có ba biện pháp sau: - Dùng bơm tác dụng hai chiều (bơm tác dụng kép) - Dùng bơm ghép (ba bơm trở lên) hay bơm pit tơng có chuyển động quay - Dùng bình khơng khí để điều hịa lưu lượng, áp suất: có bình điều hịa hút bình điều hịa đẩy 6.2.4 Đường đặc tính bơm pit tơng - Đường đặc tính làm việc pit tơng có dạng: Đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ H = f(Q) với hai số vòng quay làm việc khác n2 > n1 Theo lý thuyết máy thủy lực thể tích, cột áp máy khơng phụ thuộc lưu lượng, đường đặc tính lý thuyết bơm biểu diễn đường song song với trục tung OH (Hình 6-2) ứng với lưu lượng khơng đổi (đường AB, CD) Nhưng đường đặc tính thực nghiệm bơm pit tơng khơng hồn tồn vậy, chúng H B D biểu diễn đường AG, CR, v.v Khi G L cột áp bơm tăng lưu lượng có giảm đi, áp suất tăng tổn thất lưu lượng tăng, làm giảm lưu lượng thực tế bơm Nếu áp suất làm việc lớn n1 n2 > n1 lưu lượng bơm hồn tồn rị rỉ, van an toàn mở để xả chất lỏng bể hút áp suất lưu lượng biểu diễn theo đoạn GL điểm G ứng với A C Q thời điểm van an tồn mở Hình 6-2 đặc tính bơm pit tơng 79 Sự chênh lệch đường đặc tính cột áp lý thuyết thực nghiệm nhiều số vịng quay làm việc lớn Vì tổn thất lượng tăng khơng phải rị rỉ mà cịn đóng mở van đẩy hút không kịp thời làm giảm lưu lượng thực tế bơm Hình 6-3: Biểu diễn đường đặc tính làm việc Q = f(H) ; n = f(H); Q = f(H) ứng với số vòng quay n = const thường Q Q biểu diễn thông số làm việc theo H lưu lượng Q khơng thay đổi việc Q điều chỉnh chế độ làm việc loại N máy thường thực cách thay đổi áp suất làm việc - §-êng đặc tính xâm thực bơm (hình 6-4) Cho ta biết khả làm việc không bình th-ờng bơm ứng với số vòng quay không đổi nhiệt độ làm Hình 6-3 ng c tinh lam viờc H việc K1 K2 điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn bơm H= Hck(gh) độ chân không bơm v-ợt trị số giới hạn bơm làm việc tình trạng xâm thực Từ đ-ờng đặc tính xâm thực ta xác định chiều cao hút cho phép bơm theo công thøc: Q Z h = H ck − V2 2g − hh (6-17) Q2 [Zh]: Chiều cao hút cho phép bơm Q1 n2 = const n1 = const K2 K1 Kck Hỡnh 6-4 Đ-ờng đặc tính x©m thùc 6.3 Động thủy lực pít tơng (Xi lanh lực) 6.3.1 Phân loại xi lanh lực + Theo chiều tác dụng có: - Xi lanh lực chiều: Chất lỏng làm việc tác dụng phía pít tơng, tạo nên chuyển động chiều.(hình 6-5a,b) - Xi lanh lực chiều: chất lỏng làm việc tác dụng nên hai phía pít tơng tạo nên chuyển động hai chiều.(hình 6-5c,d) + Theo kết cấu xi lanh lực: - Xi lanh có cần phía.(hình 6-5d) - Xi lanh có cần hai phía.(hình 6-5c) Chuyển động trở lại pít tơng hai kiểu a b thực lực lò xo hay ngoại lực áp suất p chất lỏng buồng làm việc xi lanh tạo nên áp lực P 80 cần pít tơng khơng kể tới lực ma sát ta có: P = p.F (6-18) a) Trong đó: F: Diện tích làm việc pít tơng Tùy theo chiều làm việc, kết cấu pít tơng mà diện tích làm việc có trị số khác b) Đối với xi lanh (hình 6-5d) chất lỏng nạp D vào buồng bên trái thì: F = c) Và chất lỏng nạp vào buồng bên có ( D − d ) cần thì: F = Với xi lanh lực chiều (hình 6-5a) d) có pít tơng trụ thì: F = d Từ áp lực yêu cầu áp suất chất lỏng buồng làm việc xác định diện Hình 6-5 cấu tạo xi lanh lực P tích làm việc pít tơng: F = p Nếu F = D đường kính xi lanh là: D = Thể tích làm việc xi lanh lực: Vx= F.S = 4.P .p (6-19) P S p (6-20) Trong đó: S: Hành trình pít tơng - Vận tốc chuyển động pít tông v phụ thuộc vào lưu lượng Q diện tích làm việc pít tơng sau: v = Q F (6-21) - Khi xi lanh lực làm việc hệ thống nối với nguồn cung cấp chất lỏng (từ bơm) theo hình (hình 6-6) ta có trường hợp sau: d D d D Hình 6-6 Cấu tạo xi lanh lực + Nếu buồng trái phải pít tơng nối với nguồn pít tơng chuyển động bên trái Khi pít tơng chuyển động bên trái với chất lỏng từ nguồn chảy vào buồng bên phải Lực đẩy vận tốc chuyển động pít tơng trường hợp là: 81 P1 = D ; p v1 = 4.Q d Q: Lưu lượng xi lanh lực + Nếu muốn pít tơng chuyển động bên phải cần phải có cấu phân phối để nối buồng trái với nguồn, cịn buồng phải thơng với bể chứa Trong trường hợp lực đẩy vận tốc chuyển động pít tơng là: 4.Q (D2 − d ) p ; P2 = v2 = ( D − d ) Khi muốn có vận tốc hành trình nghịch (về phía bên trái) lớn lực đẩy lớn chọn đường kính cần pít tơng lớn Nếu cần pít tơng có đường kính d = D , xi lanh lực làm việc hệ thống theo sơ đồ (hình 6-6) lực đẩy vận tốc chuyển động pít tơng hai phía nhau, pít tơng chuyển động hai phía có diện tích làm việc d F = Khi d D lực đẩy vận tốc chuyển động pít tơng hai phía khác nhau: (P1 P2;v1 v2) Trường hợp diện tích làm việc pít tơng chuyển động phía trái ( D − d ) D F = phía phải F = 4 Trong kĩ thuật chế tạo máy, kích thước đường kính pít tơng cần thường chọn theo quy chuẩn Có thể chọn hợp lí tỷ số d theo áp suất làm việc p sau: D d = 0,3 0,35 D d 15 < p < 50at = 0,5 D d 50 < p < 80 100at = 0,7 D p 15at 6.3.2 Kết cấu xi lanh lực Hình 6-7 Hình ảnh kết cấu xi lanh lực có cần phía 82 * Ứng dụng xi lanh lực: - Cấu tạo chung (hình 6-8) 1- Nắp đầu cột - Pít tơng - Lò xo phục hồi - Tay nắm - Xi lanh; 6,7 - Doăng làm kín - Van ba tác dụng: + Bơm dầu vào + Xả dầu + Van an tồn Hình 6-8 Cấu tạo xi lanh lực - Nguyên lý hoạt động Tuỳ theo trình nâng đỡ mặt làm việc, nguyên lý làm việc xi lanh thuỷ lực đơn sau: - Lắp đầu súng bơm dầu vào (hình 6-8) lỗ bơm dầu van 8, cài chặt vỏ khố súng bơm - Tải trọng kiểu bơm ngồi chia làm giai đoạn Sau cố định nắp đầu cần đỡ; kiểm tra vị trí chống đỡ áp suất dầu tiến hành điều khiển van tác dụng Dầu cao áp đến từ trạm bơm dầu qua súng bơm đánh bật bi van chiều vào ống van xuống tới khoan xi lanh, píttơng nâng lên qua nắp đầu cần để nâng lên, thấy píttơng khơng lên cao nới lỏng báng súng bơm, súng bơm cắt đứt nguồn dầu thể cao áp, pít tơng chịu lực đỡ định, hồn thành q trình nâng đỡ Lực đẩy lớn hay nhỏ phụ thuộc vào áp lực trạm bơm kích thước pít tơng, loại xilanh – pít tơng áp lực bơm cho phép sử dụng 1,5 - 2,5 MPa Khi phản lực lớn trở lực làm việc xilanh - pít tơng, dầu cao áp tác dụng bật van dầu (van an tồn) lượng dầu nhỏ tràn ngồi, pít tông chuyển động trở lại đoạn nhỏ, áp lực khoang xilanh - pít tơng giảm xuống nhỏ lực đàn hồi lị xo van an tồn, van an tồn đóng lại, dầu khoang xilanh ngừng tràn ỨNG DỤNG 6.4 Bơm động pít tơng rơ to hướng trục Máy bơm phận tạo dòng áp lực đặt đầu vào hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL) Nhiệm vụ cung cấp lượng cho dịng chất lỏng đồng thời đưa đến đường ống dẫn, đến cấu động thủy lực Chúng bao gồm: máy bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm cánh gạt, bơm pittơng rơto hướng kính hướng trục Máy pít tơng rơ to hướng trục chia làm hai loại : 83 1- Loại có đĩa nghiêng (hình 6-9a) 2- Loại có rơ to bố trí nghiêng (hình 6-9b) Để thực chuyển động tương đối pít tơng xi lanh rơ to phải quay tròn đĩa nghiêng cố định ngược lại (thường rô to chuyển động quay đĩa nghiêng cố định) Sự điều chỉnh loại máy pít tơng rơ to hướng trục thực cách thay đổi góc nghiêng đĩa so với đường tâm trục rơ to - Đặc điểm máy pít tơng rơ to hướng trục: + Có thể tạo lưu lượng lớn mà khơng làm tăng kích thước chung máy + Tăng số vòng quay tăng lưu lượng bơm + Mơ men qn tính rơ tơ tương đối nhỏ + Số xi lanh thường từ + Góc điều chỉnh lớn là: = 200 max = 300 (đối với động cơ), + Số vòng quay nhỏ động cơ: n = 10 vòng/ phút + Phạm vi áp suất lưu lượng sử dụng thường: p = 210 350 at: Q = 1800 lít/ phút + Mơ men quay động có áp suất cao p = 200 at đạt 8000 9000 Nm; = 0,95 6.4.1 Vận tốc chuyển động pít tơng (hình 6-9) Ngun lý chuyển động pít tơng xi lanh máy pít tơng rơ to hướng trục theo nguyên lý chuyển động truyền tay quay: pít tơng xi lanh quay xung quanh trục bơm, tay quay lại quay xung quanh trục (đĩa nghiêng cấu tạo máy) Nhờ có đĩa nghiêng bố trí nghiêng góc so với trục bơm nên tạo chuyển động tương đối pít tơng xi lanh với hành trình S Gọi x qng đường chuyển động pít tơng xi lanh ứng với góc quay đĩa nghiêng (khi quay từ A đến B) ta có: x = AB sin = (OA - OB cos) sin = = (R - Rcos) sin = R.(1- cos) sin Trong đó: R - bán kính quay đĩa nghiêng Vận tốc chuyển động tương đối pít tơng là: v= dx = R. sin sin dt (6-22) 6.4.2 Lưu lượng - Nếu máy có z pít tơng lưu lượng máy vòng quay là: d q= s.z (6-23) - Vậy lưu lượng lý thuyết trung bình máy với n số vịng quay đơn d Q = q.n = s.z.n vị thời gian là: (6-24) Trong đó: 84 S = D sin = Dx.tg - D : đường kính làm việc đĩa nghiêng - Dx: đường kính rơ to phân bố xi lanh (6-25) Vậy: Q= d z.n.Dx tg - Lưu lượng tức thời pít tơng tạo nên thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào vận tốc tương đối v pít tơng xi lanh d d q = v q = R. sin sin => (6-26) 4 - Lưu lượng tức thời bơm thời điểm d Q = R. sin sin + sin( + ) + + sin( + m ) n d Q = R. sin . sin( + i ) i =0 2 α - Góc hai pít tông đo tâm ro to = z (6-27) Việc điều chỉnh lưu lượng máy pít tơng rơ to hướng trục thể thuận tiện cách thay đổi góc nghiêng đĩa 6.4.3 Mơ men quay Áp suất xi lanh tác dụng lên mặt pít tơng tạo thành áp lực mà mơ men trục bơm cần phải khắc phục tạo nên mô men quay trục động Nếu p áp suất buồng xi lanh áp lực tác dụng lên pít tơng là: d P = p Giả sử cần pít tơng nối với đĩa nghiêng khớp cầu, phân lực P thành hai thành phần N Q theo phương pháp vẽ Q = P.sin ; N = P cos (6-28) Lực Q phân thành hai thành phần: thành phần hướng tâm đĩa quay, thành phần T thẳng góc với bán kính đĩa quay Lực T tạo mô men trục máy là: M = T R (6-29) R: Bán kính đĩa quay ; R = D Hình 6-9 Bơm pít tơng rơ to hướng trục 85 T = Q.sin nên M’ = R.P.sin.sin M = P Rx.sin.tg Trong đó: Rx = Dx bán kính vịng trịn có phân bố xi lanh - Tổng tất mơ men gây pít tơng khu vực có áp suất tác dụng mơ men trục máy: M = M’ m M = P R.sin sin( + ia) (6-30) i =0 Đây mơ men tức thời trục máy, có tính chất lưu lượng tức thời Ta thấy: Khi Q = Qmax M = Mmax ; Q = Qmin M = Mmin Tức mơ men trục thay đổi theo lưu lượng máy Vậy việc điều chỉnh mô men trục cách thay đổi góc (góc nghiêng đĩa) 6.4.4 Kết cấu chung nguyên lý làm việc bơm rôto piston hướng trục: Trên hình 6-10 mơ tả kết cấu máy bơm rôto piston hướng trục Các piston số đặt xylanh thân bơm, đầu piston đặt vành nghiêng tựa đĩa nghiêng số Khi đĩa nghiêng số quay trục làm cho piston chuyển động xylanh, chất lỏng hút đẩy qua rãnh dẫn nắp bơm số Góc nghiêng đĩa định hành trình piston định lưu lượng bơm Do điều chỉnh góc nghiêng ta điều chỉnh lưu lượng bơm Hình 6-10 Sơ đồ cấu tạo bơm Rô to Trong vòng quay, piston Piston hướng trục thực hành trình kép X = D.tg; (6-31) Lưu lượng lý thuyết bơm tính sau: d p2 Qlt = z.D.n.tg ; (6-32) đây: Góc nghiêng : - với bơm, khoảng 20o; - với động kiểu piston rơto hướng trục, tới 300 D đường kính vịng trịn phân chia trục piston, z số piston, tới 9; dp đường kính piston, có loại nhỏ tới dp = 5mm; n tốc độ quay trục, từ 500 đến 700 v/ph, loại bơm cơng suất lớn tới 4000v/ph, loại đặc biệt tới 10000 v/ph Áp suất bơm tới p = 210 350 at, lưu lượng tới 1000 l/ph Mức độ không điều hịa lưu lượng bơm có số piston lẻ nhỏ so với bơm có số piston chẵn, bảng 6-1 Bảng 6-1 Số piston 10 11 12 14 2,5 7,8 1,5 3,5 % 86 Hiệu suất chung phụ thuộc lưu lượng điều chỉnh áp suất cản, = 0,8 0,9 áp suất định mức lưu lượng cực đại Phạm vi điều chỉnh Qmax/Qmin = 50:1, bơm piston rơto hướng trục tích khối lượng tính cho đơn vị cơng suất nhỏ, lực điều khiển nhỏ, thơng dụng hệ truyền động thủy lực máy 6.4.5 Kết cấu nguyên lý làm việc bơm piston rôto hướng trục ZB125 6.4.5.1 Cấu tạo Đây bơm biến lượng piston trụ hướng trục kiểu trục nghiêng ZB125, lưu lượng 125 ml/vg, tốc độ quay 2200 vg/ph Cấu tạo thể hình 6-11, hình 6-12 Hình 6-11 Hình ảnh kết cấu bơm dầu ZB125 Hình 6-12 Sơ đồ cấu tạo bơm dầu ZB125 1-Trục truyền động; 2-Thân bơm; 3-Bình bơm lắc động; 4-Cần nối đầu liên kết; 5-Vỏ xylanh; 6-Piston trụ; 7-Mâm (đĩa) phân phối dầu; 8-Nắp đậy 6.4.5.2 Nguyên lý làm việc Bộ phận trước thân bơm 2, phận sau bình bơm lắc động nắp đậy sau Thân bơm cố định, bình bơm lắc động tương đối so với thân bơm Khi trục truyền động truyền động, thông qua cần nối đầu liên kết piston trụ dẫn 87 động vỏ xylanh chuyển động Khi đường tâm trục truyền động truyền động có góc kẹp , trục truyền động quay, piston trụ chuyển động lặp lại xylanh Khi piston trụ dịch chuyển phía ngồi, dung tích ngăn piston trụ tăng lên, dầu qua ngăn áp thấp mâm (đĩa) phân phối dầu 7, từ đường hút bơm dầu hút vào ngăn tạo áp Khi piston trụ dịch chuyển phía trong, dung tích ngăn tạo áp piston trụ giảm, dầu ngăn tạo áp qua ngăn cao áp mâm phân phối 7, thoát qua đường dầu bơm Trục truyền động quay vòng, piston trụ chạy chạy lại lần xylanh hoàn thành lần hút lần đẩy dầu Khi góc lắc tuyến trục vỏ xylanh so với tuyến trục truyền động tăng, hành trình piston trụ tăng lên tương ứng, lưu lượng bơm tăng Ngược lại góc lắc giảm, hành trình giảm, lưu lượng bơm giảm Khi góc lắc không bơm ngừng hút đẩy dầu Nếu bình bơm dẫn vỏ xylanh lắc hướng ngược lại, đường hút dầu đường đẩy dầu thay đổi vị trí cho Phạm vi biến đổi góc lắc vỏ xylanh bơm dầu từ 250, thực tế máy khấu hạn chế góc lắc từ 200 6.5 Máy thủy lực rôto 6.5.1 Kết cấu nguyên lý làm việc bơm bánh 6.5.1.1 Đặc điểm - Bơm bánh dùng phổ biến loại máy rơto có ưu điểm sau: + Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, chắn, làm việc tin cậy, tuổi bền cao, kích thước nhỏ gọn, có khả chịu q tải thời gian ngắn… 6.5.1.2 Cấu tạo - Cấu tạo: Bơm bánh có từ hai bánh trở lên ăn khớp với nhau, ăn khớp ngồi ăn khớp Loại ăn khớp ngồi có hai bánh đơn giản Dạng hay dùng dạng thân khai hay xiclôit (dạng thân khai dùng nhiều hơn) Số bánh bơm thường gặp z = 12 a) Bơm bánh ăn khớp ngoài (hình 6-13a): - Khoang chứa chất lỏng - rãnh chống kẹt chân b) Bơm bánh ăn khớp (Hình 6-13b): - Bánh nhỏ, - bánh lớn, buồng hút chất lỏng; - vật chặn hình lưỡi liềm, 5- Buồng đẩy c) Bơm ba bánh (Hình 6-13c) Bơm bánh (BBR) loại thơng dụng hệ thống TĐTL thể tích dùng để tạo dịng áp lực Bơm có số vịng quay từ 1500 đến 3000 v/ph, lưu lượng Từ 1,6 đến hàng nghìn 1/ph, tạo áp suất tới 30 Mpa ( 300 at) Bơm bánh có nhiều loại: loại ăn khớp bên (H.6-13a), loại ăn khớp (H.6-12b) loại ba bánh (H.6-13c) Để tăng áp suất, người ta chế tạo BBR nhiều cấp (hai, ba, bốn cấp…) Trong nhiều cấp chất lỏng qua cấp (một cặp bánh ăn khớp) tăng áp suất lần 88 c, b, a, Hình 6-13 Sơ đồ cấu tạo loại bơm bánh 6.5.1.3 Nguyên lý làm việc - Hoạt động bơm bánh trình bày theo hình (hình 6-14) - Bánh chủ động gắn liền với trục bơm ăn khớp với bánh bị động 2, hai bánh đặt vỏ bơm Khoảng trống A gọi bọng hút, 13 khoảng trống B gọi bọng đẩy Khi bơm làm việc, bánh chủ động quay, kéo bánh bị động quay theo chiều mũi tên, chất lỏng chứa đầy rãnh A chuyển từ bọng hút lên bọng đẩy vào thân vỏ bơm Hình 6-14 Bơm bánh Vì thể tích chứa chất lỏng bọng đẩy giảm hai bánh ăn khớp nên chất lỏng bị chèn ép dồn vào ống đẩy với áp suất cao, trình gọi trình đẩy bơm Đồng thời q trình hút xảy sau: Thể tích chứa chất lỏng tăng ăn khớp, áp suất khoang A giảm thấp áp suất mặt thoáng bể hút làm cho chất lỏng hút qua ống hút vào bơm Vậy trình hút đẩy bơm xảy đồng thời liên tục bơm làm việc - Bơm bánh có nhược điểm: Không thực điều chỉnh lưu lượng áp suất bơm làm việc với số vòng quay không đổi 6.5.2 Hiện tượng chất lỏng bị nén chân bơm làm việc - Qua nguyên lý hoạt động bơm bánh ta thấy toàn chất lỏng rãnh hai đưa vào bọng đẩy Một phần chất lỏng bị giữ lại chân hai ăn khớp với Nếu mặt ăn khớp khơng có khe hở phần chất lỏng chân bị nén lại cặp vào khớp Hiện tượng giảm có nhiều cặp vào ăn khớp lúc ( >1) (Hình 6-15) 89 Khi cặp kết thúc trình vào khớp áp suất chất lỏng nén chân lớn thể tích chứa chất lỏng nhỏ Nhưng cặp bánh khớp thể tích lớn dần, áp suất nhỏ đi, áp suất chân không xuất Kết phần mặt vào khớp a khớp chịu thêm tải trọng phụ đổi b, dấu gây ảnh hưởng xấu đến sức bền răng, bánh ổ trục Hình 6-15 Chất lỏng bị nén chân - Các biện pháp khắc phục tượng chất lỏng nén chân răng: (hình 6-16) + Làm rãnh thành vỏ bơm phía ngang vị trí ăn khớp hai bánh Các rãnh thơng với bọng hút bọng đẩy, chất lỏng chân bị nén qua rãnh bọng hút đẩy, khơng gây nên tải trọng phụ + Khoan lỗ hướng kính chân răng, lỗ thông với rãnh trục, dẫn chất lỏng đến bọng hút bọng đẩy (hình 6-16a) + Dùng bánh nghiêng bánh chữ b, a, V (hình 6-16b) Hình 6-16 Biện pháp khắc phục 6.5.3 Lưu lượng lý thuyết bơm bánh Khi tính cho cặp bánh ăn khớp ngồi, số khơng dịch chỉnh là: Qlt = 2.b.n..m2 (z + - 2 cos2 0 /12) (6-33) Trong đó: b - chiều rộng bánh n - Số vòng quay bánh m - Mô đun răng, thông thường lấy m = (0,24 - 0,44) Q z - Số 0 - Góc ăn khớp Các loại bơm bánh khác tính theo tài liệu “ Máy thủy khí” Do số có hạn nên chất lỏng lên đẩy không Mức độ không lưu lượng đánh giá hệ số không đồng lưu lượng k k = [(Qmax - Q min)/Qlt ].100% (6-34) đó: Qlt - lưu lượng lý thuyết bơm; Qmax Qmin xác định từ đồ thị H.6-16a) Thơng thường k = - 25% Số bánh nhiều k nhỏ Ta tính hệ số k theo biểu thức sau [2]: k = 2 cos2 0/4 (z + - 2 cos2 0/12) (6-35) 90 - Khi bơm làm việc có khe hở đỉnh với vỏ bơm, mặt đầu bánh với vỏ bơm mặt răng, nên chất lỏng tăng áp suất sớm trước đến bọng đẩy Chính khe hở gây lên tổn thất lưu lượng bơm bánh răng, hạn chế khả tăng áp suất làm việc bơm Nếu áp suất phụ tải cao q mức lưu lượng bơm hồn tồn bị tổn thất Vì để hạn chế áp suất làm việc tối đa bơm, cần bố trí van an tồn ống đẩy - Đường đặc tính bơm bánh a, b, Hình 6-17 a - Đồ thị biểu diễn lưu lượng không b - Đường đặc tính (ĐĐT) bơm bánh Trên hình 6-17b thể ĐĐT bơm bánh theo quan hệ áp suất với lưu lượng Đường - ĐĐT lý thuyết, đường - ĐĐT thực tế So sánh hai đường ta thấy đường có độ dốc lớn hơn, chứng tỏ tổn thất lưu lượng nhanh lớn áp suất tăng Điều khe hở lớn độ nhớt chất lỏng thấp - Để tăng lưu lượng giảm kích thước cho bơm Để tăng Q giảm kích thước cho bơm bánh răng, người ta chế tạo máy bơm bánh (H.6-18) Bánh chủ động năm thường có số lớn bánh 1-3 Với mục đích làm cho lưu lượng “hai bơm ghép” lệch pha để giảm dao động lưu lượng áp suất H 6-18 Cấu tạo máy bơm bánh Để tăng áp suất người ta dùng bơm nhiều cấp, nghĩa có nhiều cặp bánh nối tiếp ăn khớp (H.6-19) 91 Hình 6-19 Sơ đồ cấu tạo máy bơm bánh cấp Đối với máy bơm bánh nhiều cấp, cấp có rị rỉ lưu lượng nên người ta bố trí cấp trước có lưu lượng lớn cấp sau Để tránh thừa chất lỏng cấp, bố trí cấp van tràn, nhằm tự điều chỉnh lưu lượng áp suất bơm dang làm việc bình thường 6.5.4 Tổn thất hiệu suất bơm bánh Tổn thất bơm bánh có hai dạng: Tổn thất khí tổn thất lưu lượng 6.5.4.1 Tổn thất khí Do ma sát bề mặt làm việc chi tiết bơm, đánh giá hiệu suất khí ck phụ thuộc vào chất lượng chế tạo kết cấu bơm 6.5.4.2 Tổn thất lưu lượng Do thể tích làm việc khơng kín chất lỏng khơng điền đầy thể tích rãnh - Tổn thất lưu lượng xảy bơm có khe hở khơng thể tránh khe hở mặt đầu với thành vỏ bơm quan trọng Tổn thất lưu lượng qua chiếm 7580% tồn rò rỉ tổn thất qua bơm - Tổn thất lưu lượng có giảm độ nhớt chất lỏng tăng Nhưng độ nhớt lớn giảm tổn thất lưu lượng không bù lượng tăng tổn thất lưu lượng chất lỏng khó chảy vào đầy rãnh chứa - Tổn thất trình hút rãnh qua bọng hút không chứa đầy chất lỏng Hiện tượng làm giảm lưu lượng mà gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc bơm Khi rãnh không chứa đầy chất lỏng đến gần bọng 92 đẩy có dịng chảy ngược tràn vào gây lên dao động áp lực tác dụng lên bánh ổ trục; ngồi cịn gây tượng xâm thực làm cho dầu chóng bị chất lượng Để làm cho chất lỏng điền đầy rãnh thông thường dùng biện pháp: + Tạo áp suất thích hợp bọng hút, không để áp suất họng hút nhỏ áp suất lực ly tâm sinh bánh quay cách đặt bơm thấp mức chất lỏng bể hút tăng áp suất mặt thoáng bể hút + Vận tốc chất lỏng vào bọng hút không m/s Đường dẫn chất lỏng đến bọng hút có kết cấu hình hoa + Hạn chế vận tốc làm việc bánh răng, vận tốc vịng đỉnh khơng nên q m/s Vì vận tốc làm việc bánh lớn, áp suất lực ly tâm sinh đáng kể làm áp suất bọng hút bé gây tượng xâm thực - Tổn thất lưu lượng bơm đánh giá hiệu suất lưu lượng Q thường Q = 0,7 0,9 hiệu suất bơm = ck.Q = 0,6 0,85 6.6 Bơm trục vít 6.6.1 Đặc điểm, phân loại Máy bơm trục vít sử dụng nhiều công nghiệp, dùng máy ép thủy lực, hệ thống TĐTL… có ưu điểm sau: - Lưu lượng ổn định điều hịa so với bơm bánh pittơng - Hiệu suất tương đối cao - Kết cấu nhỏ gọn, chắn, làm việc tin cậy, không gây tiếng ồn, - Có thể làm việc với vịng quay lớn áp suất cao - Mơ men qn tính nhỏ nhất, so với máy thủy lực thể tích cơng suất Máy bơm trục vít khó chế tạo cần độ xác cao, khó sửa chữa phục hồi nên giá thành đắt Đây nhược điểm bơm trục vít Bơm trụt vít có cấu tạo từ trục vít, hai, ba trục vít ăn khớp với nhau, trục cịn lại trục vị trí dẫn Chúng đặt ép sát kín vào vào khoang thân bơm cho đỉnh cánh trục vít với vỏ bơm la nhỏ Hai ren trụt vít, vỏ ren trục vít tạo thành khoang kín chứa chất lỏng di chuyển dọc trục từ cửa hút đến cửa đẩy lúc trục vít quay Thơng dụng bơm hai trục vít, trục có ren trái trục cịn lại có ren phải Trục vít thường có hai mối ren biến rạng ren thường có ba loại: ren chữ nhật, hình thang, hình xiclơit tải trọng dọc gây áp suất chất lỏng, tải trọng hướng kính nhỏ khoang bơm chiếm toàn xung quanh trục xoắn nên chúng tự cân 6.6.2 Kết cấu nguyên lý làm việc máy bơm trụt vít 6.6.2.1 Bơm trục vít Trên H.6-20 sơ đồ cấu tạo máy bơm trục vít nước CHLB Đức chế tạo, loại có ưu điển bơm dung dịch đặc bùn, mật, rỉ, đường, hoa nghiền, thịt nghiền, bột nhão, v.v sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa thực phẩm Lưu lượng lý thuyết bơm trục vít tính theo cơng thức sau: Qlt = 0,05 3.n.d3m (6-36) Trong : n - tốc độ quay trục vít ; 93 Dm - đường kính trung bình trục vít Hình 6-20 Sơ đồ cấu tạo máy bơm trục vít - Vỏ; - Giá; - Cửa hút; - xylanh; - trục vít; - Trục đăng; 7,8 - khớp nối; Hộp đệm kín; 10 - Đệm kín; 11 - hộp chèn; 12 - ống lót; 13 - thân ổ dỡ; 14, 16 - ổ bi; 15 Trục chính 6.6.2.2 Bơm hai trục vít Trên H.6-21a) Giới thiệu sơ đồ cấu tạo bơm hai trục vít ren chữ nhật Trục vít chủ động có ren chữ nhật, chiều ren phải, ăn khớp với trục vít bị động có chiều ren trái Các trục vít định vị ổ trục đặt vỏ bơm vỏ bơm có miệng hút A miệng đẩy B phía cuối haui trục vít có hai bánh ăn khớp với - Nguyên lý làm việc Ta tưởng tượng có đai ốc ăn khớp với ren trục vít, giữ cho đai ốc khơng, quay trục vít quay, chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vít Như vạy ta hình dung xoay quanh ren trục vít có “đai ốc chất lỏng” Nếu có chắn (H.61b) giữ cho “đai ốc chất lỏng” khơng quay theo trục vít trục vít quay khối chất lỏng mắt ren chuyển đông tịnh tiến dọc theo trục vít Chất lỏng chuyển động bơm trục vít theo nguyên tắc Khi hai trụt vít ăn khớp với nhau, rãnh ren trục vít ăn khớp với thân ren trục vít kia, có tác dụng chắn khơng cho chất lỏng quay theo trục mà chuyển động tịnh tiến dọc trục, từ bọng hút đến bọng đẩy Chất lỏng miệng hút A (H.6-21) lấp đầy rãnh ren vị trí a, trục vít quanh vịng, thân ren b trục vít ăn khớp với rãnh ren a đẩy khối chất lỏng từ vị trí a đến vị trí a’ từ a’ đến vị trí a” trũ vít quay thêm vòng Cứ vậy, chất vậy, chất lỏng truyền từ miệng hút sang miệng đẩy bơm Lưu lượng thực tế bơm hai trục vít tính theo cơng thức sau, [2]: Qt = (D2 - d2 ) t.n.tt/ 240 (6-37) Trong đó: D, d - đường kính đỉnh chân trục vít nằm t - bước vít; n - số vịng quay tt - hiệu suất thể tích bơm 94 ... K M p 6.1 .2. 3 Hiệu suất cơng suất - Hiệu suất tồn phần máy thủy lực xác định theo = Q.C.H Đối với máy thủy lực thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ H = Q.C - Công suất làm... theo công thức: Q Z h = H ck − V2 2g − hh (6-17) Q2 [Zh]: Chiều cao hút cho phép bơm Q1 n2 = const n1 = const K2 K1 Kck Hỡnh 6-4 Đ-ờng đặc tính xâm thực 6.3 ng c thủy lực pít tơng (Xi lanh lực) ... nghiêng ZB 125 , lưu lượng 125 ml/vg, tốc độ quay 22 00 vg/ph Cấu tạo thể hình 6-11, hình 6- 12 Hình 6-11 Hình ảnh kết cấu bơm dầu ZB 125 Hình 6- 12 Sơ đồ cấu tạo bơm dầu ZB 125 1-Trục truyền động; 2- Thân