Báo cáo bản dịch sách power hydraulics

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CHẾ TẠO MÁY -o0o - BÁO CÁO BẢN DỊCH SÁCH POWER HYDRAULICS Nhóm L05_1 GVHD: TS Tơn Thiện Phương TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Các nguyên tắc thủy lực học 1.1.1 Đặc tính lưu chất 1.1.2 Đơn vị 1.1.3 Áp lực dung dịch chất lỏng 1.1.4 Dòng chảy lưu chất 1.1.5 Công 10 1.2 Kí hiệu thủy lực 12 CHƯƠNG II: BƠM 17 2.1 Các loại máy bơm 17 2.1.1 Bơm quay 20 2.1.2 Bơm tịnh tiến đảo chiều 25 2.1.3 Hệ thống điều khiển máy bơm biến đổi – dịch chuyển 29 2.1.4 Lựa chọn máy bơm 34 2.2 Chu trình bơm 39 2.2.1 Bơm dịch chuyển cố định đơn 40 2.2.2 Bơm dịch chuyển cố định đơn với tích lũy 41 2.2.3 Hệ nhiều bơm 44 2.2.4 Bơm có nhiều chế độ dòng chảy 47 2.3 Mạch điều khiển bơm 47 2.4 Nghiên cứu thiết kế mạch bơm 49 CHƯƠNG III: VAN THỦY LỰC 69 3.1 Van điều khiển áp suất 70 3.1.1 Van an toàn (van xả, van giảm áp) 70 3.1.2 Van đối trọng 77 3.1.3 Van áp suất 82 3.1.4 Van giảm áp 85 3.2 Van điều khiển lưu lượng 87 3.2.1 Tốc độ xi lanh 93 3.2.2 Van điều khiển cánh cung ba cổng kiểu rẽ nhánh 108 3.2.3 Điều khiển lưu lượng ưu tiên 110 3.2.4 Mạng cầu nối 112 3.2.5 Hệ thống đa tốc độ sử dụng van điều khiển dòng chảy 115 3.2.6 Bộ chia dòng 115 3.3 Van điều khiển hướng 121 3.3.1 Van chiều 121 3.3.2 Van poppet .128 3.3.3 Van điều hướng kiểu ống 130 3.3.4 Van điều hướng giai đoạn 141 3.3.5 Kích thước danh nghĩa .144 3.4 Van hộp 147 3.4.1 Van hộp kiểu poppet 148 3.4.2 Van thủy lực cartridge loại điều hướng 161 3.5 Van thủy lực di động .163 3.5.1 Bố trí van 164 CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG 168 4.1 Xilanh thủy lực 168 4.1.1 Xilanh dung tích .169 4.1.2 Xi lanh thủy lực chiều .175 4.1.3 Xi lanh thủy lực hai chiều 176 4.1.4 Gia tốc giảm tốc tải xilanh .184 4.1.5 Giá lắp xylanh tính tốn độ bền 191 4.2 Thiết bị truyền động xoay bán phần 198 4.2.1 Bộ truyền động kiểu cánh gạt 198 4.2.2 Cơ cấu chấp hành kiểu piston 199 4.2.3 Cơ cấu truyền động trục vít xoắn 201 4.2.4 Điều khiển truyền động bán quay 202 4.3 Động thủy lực 202 4.3.1 Dạng sản sinh 202 4.3.2 Động điều khiển piston 207 4.4 Mạch động thủy lực (hydraulic motor circuits) 212 4.4.1 Mạch truyền hở 212 4.4.2 Truyền vòng kín 218 4.4.3 Mạch đa động 220 4.5 Ví dụ thiết kế mạch động 223 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Việc truyền điều khiển lượng dòng lưu chất áp lực ngày trở nên phổ biến cơng nghiệp Khí nén bao gồm ứng dụng khí nén lại thủy lực sử dụng dầu loại chất lỏng khác Khí nén thường sử dụng cần lực nhỏ khoảng 10kN (1 tấn) vịng tuần hồn nhanh Khi cần sử dụng lực lớn, kiểm sốt tốc độ xác tỉ suất cơng suất trọng lượng lớn hệ thống thủy lực sử dụng đến Công suất thủy lực từ dùng để bao gồm thủy lực khí nén Ứng dụng thủy lực trải dài rộng rãi từ kích nâng xe hơi, giường sử dụng bệnh viện, lực nén hàng nghìn hệ thống robot xác đến micro mét Các nguyên tắc thủy lực học 1.1.1 Đặc tính lưu chất Lưu chất bao gồm chất lỏng khí vật chất mà phân tử di chuyển tự Khí lưu chất nở điền đầy vào khoảng không gian cịn trống, tỉ trọng đa dạng dựa vào nhiệt độ áp lực Chất lỏng lưu chất chảy tác dụng trọng lực để tạo hình dạng vật chất lưu trữ cho thấp nhất, tỉ trọng chất lỏng bị ảnh hưởng nhiệt độ áp lực 1.1.2 Đơn vị Có nhiều hệ thống đơn vị sử dụng , đơn vị thơng dụng là: (1) Metric System sử dụng đơn vị meter, kilogram giây;(2) hệ Imperial System sử dụng đơn vị foot, pound, giây;(3) hệ SI sử dụng đơn vị meter, newton, giây Bảng 1.1 so sánh số điểm chung hệ đơn vị nêu 1.1.3 Áp lực dung dịch chất lỏng Áp lực tính lực tác dụng đơn vị diện tích Áp lực = Lực/Diện tích Định luật Pascal liên quan đến áp lực chất lỏng thể sau: Áp lực chất lỏng bỏ qua ảnh hưởng trọng lượng chất lỏng Tại điểm áp lực chất lỏng theo phương Tác dụng áp lực thay đổi tùy vào diện tích tiếp xúc mà áp lực nén vng góc lên bề mặt vật ý nghĩa vật lí áp lực Trong hệ thống thủy lực đơn giản hình 1.1, lượng lớn tải W cân lực F nhỏ pittông Xét áp lực gây tải W: Áp lực = Tải/Diện tích = W/A Áp lực gây lực F Áp lực = Lực/Diện tích = F/a Trong hệ cân bằng, áp lực phải cân pittông lớn nhỏ: W/A = F/a Hay W/F = A/a Để nâng tải W hệ thống thủy lực phải có dịng chảy từ pittơng nhỏ đến pittơng lớn Để có dịng chảy phải có lượng chênh lệch áp suất hai pittơng, để nâng W, lực F phải tăng lên lượng ∆F Để nâng tải W khoảng L, lưu chất phải di chuyển từ pittông nhỏ đến pittơng lớn Thể tích di chuyển V = A x L = a x l Công sinh với lực nhân với khoảng cách di chuyển, trường hợp tải nhân với khoảng cách nâng lên Công tải = W x L Nhưng Áp lực P = W / A Do W=PxA Công sinh tải là: P x A x L: áp lực nhân với thể tích Áp lực đầu chất lỏng Cột chất lỏng gây áp suất đáy theo khối lượng nó, áp lực tăng lên theo độ cao cột nước Xem áp lực đáy cột chất lỏng tác dụng lên mặt phẳng diện tích A có chiều cao h Khối lượng đơn vị thể tích w Khối lượng cột chất = Thể tích x Khối lượng đơn vị thể tích = Ah x w lỏng Áp lực = Khối lượng / Diện tích = Ahw/A = wh Ví dụ 1.1 Đầu vào bơm thủy lực thấp mặt bồn chứa dầu 0.6m Nếu trọng lực dầu 0.86 Tính áp lực tĩnh đầu vào bơm Áp lực = wh Khối lượng riêng nước 1g/cm 1000kg/m 3 Do khối lượng dầu 0.86 x g/cm hay 860 kg/m Áp lực đầu vào bơm là: = 860 x 0.6 kg/m 2 = 516 kg/m = = 0.0516 kg/m 0.0516 x 0.981 bar = 0.0506 bar 2 Lưu ý kg/cm = 0.981 bar 1.1.4 Dòng chảy lưu chất Trong hệ thống nào, ma sát chống lại chuyển động Để làm cho vật chuyển động phải tác dụng lực để thắng lực ma sát Điều dòng lưu chất Trong đường ống chứa lưu chất, phải có chênh lệch áp suất hai đầu ống để tạo dòng chảy hướng dòng lưu chất từ nơi áp cao đến nơi áp thấp Chênh lệch áp suất lớn tốc độ dịng chảy cao Bất có sụt giảm áp suất đường ống có dịng chảy ngược lại dòng chảy kèm theo giảm áp suất Ở vận tốc thấp, dòng chảy ống xếp hợp lý, tất phân tử chất lỏng chuyển động theo hướng Khi vận tốc dòng chảy vượt giá trị định, dạng dòng chảy chuyển sang dạng hỗn loạn phân tử chất lỏng khơng chuyển động theo hướng Đối với dòng chảy tầng ổn định, độ giảm áp suất lực cản ma sát đường ống là: (a) Tỷ lệ với chiều dài đường kính ống (b) Tỷ lệ thuận với lượng chất lỏng chảy (c) Không phụ thuộc vào áp suất hệ thống (d) Không phụ thuộc vào độ nhám bề mặt ống (e) Phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng, hàm nhiệt độ Trong điều kiện dòng chảy rối, độ giảm áp suất đường ống là: (a) Tỷ lệ thuận với chiều dài đường kính ống (b) Tỷ lệ với bình phương lượng chất lỏng chảy (Không phụ thuộc vào áp suất hệ thống Độ nhám đường ống (d) Phụ thuộc vào bề mặt (e) Không phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng Để đạt hiệu tối đa hệ thống thủy lực, kích thước đường ống lựa chọn để cung cấp dịng chảy hợp lý Bạn tìm thấy lý thuyết đầy đủ lưu lượng chất lỏng đường ống sách giáo trình thủy lực tiêu chuẩn Một tập hợp đường cong điển hình liên quan đến độ giảm áp suất với tốc độ dòng chảy cho loạt đường kính ống thể Hình 1.2 Các đường cong đầy đủ liên quan đến độ giảm áp suất với tốc độ dòng chảy độ nhớt trọng lượng riêng khác đưa chi tiết sách tham khảo (xem phần đọc thêm cuối sách này) Theo hướng dẫn sơ bộ, vận tốc dòng chảy đường hút máy bơm phải nằm khoảng 0,6 đến 1,2 m/s (2 ft/s), đường áp suất trở lại nằm khoảng 2,1 đến 4,6 m/s (7 15 ft/s) Vận tốc dòng chảy van qua lỗ vượt giá trị nhiều Ví dụ 1.2 Tính tốn lỗ khoan đường ống cần thiết cho đường hút áp suất máy bơm cung cấp 40 l / phút với vận tốc dòng chảy tối đa đường hút 1,2 m / s vận tốc tối đa đường áp suất 3,5 m / s Xem xét đường hút Lưu lượng = Vận tốc trung bình x Tiết diện Tiết diện ống = Lưu lượng/Vận tốc dòng chảy -³ Lưu lượng = 40 1/phút = 40/60 1/s = 40/60 x 10 m³/s -3 -3 Tiết diện ống = (40 x 10 )/(60 × 1,2) = 0,555 x 10 m² Cho lỗ ống có đường kính D -3 Tiết diện ống = πD /4 = 0.555 x 10 m² thế, -3 1/2 D = (4 / π x 0.555 x 10 ) = 0,0266 m Lỗ khoan tối thiểu ống hút = 0,0266 m = 26,6 mm Lưu ý, tất tính tốn phải cẩn thận để đảm bảo đơn vị xác Ngồi ra, sử dụng tốc độ dịng chảy m/s lỗ khoan ống hút đường kính 29 mm Đường kính yêu cầu đường áp suất tính tốn theo cách tương tự lấy vận tốc dòng chảy 3,5 m/s Ở đây, lỗ khoan tối thiểu ống áp lực = 15,6 mm Khơng có sẵn đường ống có lỗ khoan xác, trường hợp đó, chọn đường ống tiêu chuẩn có lỗ khoan lớn Ngồi ra, chọn ống có lỗ khoan nhỏ cần phải kiểm tra lại tính tốn để đảm bảo vận tốc dịng chảy nằm phạm vi khuyến nghị, tức có sẵn ống tiêu chuẩn có đường kính ngồi 20 mm độ dày thành 2,5 mm Điều tạo đường kính 15 mm Vận tốc dịng chảy = Lưu lượng / Tiết diện -6 Do đó, diện tích lỗ khoan ống π15 /4 mm² = 177 mm² = 177 x 10 m² -3 -6 Lưu lượng = (40 × 10 )/(60 x 177 x 10 ) = 3,77 m/s thỏa điều kiện Điều quan trọng đảm bảo độ dày thành ống đủ để chịu áp suất làm việc chất lỏng 1.1.5 Công Công lực định nghĩa là: 10 ... phải thắng lực cản dòng chảy mạch Có hai nhóm dịch chuyển khơng tích cực máy bơm dịch chuyển tích cực Máy bơm dịch chuyển khơng tích cực: Một phận dịch chuyển khơng tích cực điển hình máy bơm... máy bơm biến đổi – dịch chuyển 29 2.1.4 Lựa chọn máy bơm 34 2.2 Chu trình bơm 39 2.2.1 Bơm dịch chuyển cố định đơn 40 2.2.2 Bơm dịch chuyển cố định... bơm dịch chuyển tích cực Một máy bơm chuyển dương cố định đơn giản thể Hình 2.2 Gọi hành trình bơm L tốc độ bơm n, vòng / phút Khi độ dịch chuyển vịng quay Dp= π D 17 xL Hình 2.2 Máy bơm dịch