Lý thuyết cơ bản về thủy lực

Khác biệt cơ bản giữa: • Thuỷ tĩnh • và thuỷ lực cơ động Ví dụ, các hệ thống thủy lực cơ động được đặt trên trên bánh xe di chuyển hay đường ray, không giống như các hệ thống thủy lực cố

A

T

T 1Z1

0M1 0P1

Số đặt hàng: 093281

Mã hàng: D:LB-TP501-1-GB

Xuất bản: 11/2003

Tác giả: D Merkle, B.Schrader, M Thomes

Đồ hoạ: D Schwarzenberger

Trình bầy: 25.11.2003, M Gưttfert, G Heigl, W Schreiner Biên dịch: Phan Thanh Minh, Provina HCM

© Festo Didactic GmbH & Co KG, 73770 Denkendorf/Germany, 2003 Internet: www.festo.com/didactic

e-mail: did@festo.com

Sao chép, phân phối và sử dụng tài liệu này cũng như liên hệ nội dung của tài liệu này sang tài liệu khác không được sự đồng ý của tác giả bị ngăn cấm Người sai phạm sẽ phải chịu hoàn toàn trách nhiệm pháp lý về bồi thường thiệt hại Bản quyền đã được đăng ký, đặc biệt quyền về các quy định liên quan đến bằng phát minh, thiết kế và kiểu dáng

1 Nhiệm vụ của lắp đặt thuỷ lực 7

1.1 Thuỷ tĩnh _ 8 1.2 Thuỷ lực trên xe máy 10 1.3 So sánh thuỷ lực với các môi trường điều khiển khác _ 11

2 Các nguyên lý vật lý cơ bản của thuỷ lực 13

2.1 Áp suất 13 2.2 Sự truyền áp suất _ 18 2.3 Sự truyền năng lượng 19 2.4 Sự truyền dịch chuyển _ 21 2.5 Chuyển đổi áp suất _ 23 2.6 Lưu tốc 25 2.7 Phương trình liên tục 26 2.8 Đo áp suất _ 30 2.9 Đo nhiệt đo 31 2.10 Đo Lưu tốc _ 31 2.11 Kiểu dòng chảy _ 31 2.12 Ma sát, tổn thất nhiệt độ, áp suất _ 35 2.13 Năng lượng và động lực _ 41 2.14 Xâm thực 51 2.15 Những điểm tiết lưu _ 53

3 Dầu thuỷ lực _ 57

3.1 Nhiệm vụ của dầu thuỷ lực _ 57 3.2 Các chủng loại dầu thuỷ lực 58 3.3 Các đặc tính và yêu cầu _ 59 3.4 Độ nhớt _ 60

4 Các phần tử của hệ thống thuỷ lực 67

4.1 Phần nguồn động lực 67 4.2 Dầu thuỷ lực _ 67 4.3 Các van _ 68 4.4 Xy lanh (cơ cấu chấp hành tịnh tiến) 70 4.5 Động cơ (cơ cấu chấp hành quay) _ 71

5 Những ký hiệu đồ họa và mạch _ 73

5.1 Bơm và động cơ 73 5.2 Những van điều khiển hướng _ 74 5.3 Các phương pháp điều khiển van _ 75 5.4 Van áp suất 76 5.5 Van tiết lưu 78 5.6 Van một chiều 79 5.7 Xy lanh 80 5.8 Sự truyền năng lượng và điều kiện của môi trường áp suất 82 5.9 Thiết bị đo _ 83 5.10 Tổ hợp các thiết bị 83

6 Thiết kế và trình bày hệ thống thuỷ lực 85

6.1 Phần điều khiển tín hiệu _ 86 6.2 Phần nguồn thuỷ lực 87 6.3 Phác thảo vị trí _ 90 6.4 Sơ đồ mạch 91 6.5 Các phần tử cùng thông số kỹ thuật _ 92 6.6 Sơ đồ chức năng 94 6.7 Biểu đồ chức năng 95

7 Các phần tử của phần nguồn thuỷ lực _ 97

7.1 Động cơ _ 97 7.2 Bơm 99 7.3 Khớp nối _ 107 7.4 Thùng dầu 107 7.5 Bộ lọc 109 7.6 Bộ làm mát _ 120 7.7 Bộ gia nhiệt _ 122

8 Các van 123

8.1 Kích thước định mức _ 123 8.2 Thiết kế 125 8.3 Van đĩa 126 8.4 Van con trượt 127 8.5 Bù khe piston _ 129 8.6 Sườn điều khiển _ 134

9 Van áp suất _ 137

9.1 Van an toàn _ 137 9.2 Van điều chỉnh áp suất _ 144

10 Những van điều khiển hướng 149

10.1 Van 2/2 153 10.2 Van 3/2 157 10.3 Van 4/2 159 10.4 Van 2/2 162

11 Van một chiều 167

11.1 Van một chiều _ 168 11.2 Van trợ lực điều khiển một chiều _ 172 11.3 Van trợ lực điều khiển hai chiều _ 175

12 Van tiết lưu _ 179

12.1 Van tiết lưu trụ và côn 180 12.2 Van tiết lưu một chiều 184 12.3 Van một chiều điều khiển phụ trợ 185

13 Xy lanh thuỷ lực _ 193

13.1 Xy lanh tác động đơn _ 194 13.2 Xy lanh tác động kép _ 196 13.3 Giảm chấn cuối hành trình 199 13.4 Làm kín 200 13.5 Kiều gá lắp _ 202 13.6 Xả khí 202 13.7 Đặc tính 203 13.8 Trở kháng 205 13.9 Chọn xy lanh 207

14 Động cơ thuỷ lực 211

15 Phụ kiện 215

15.1 Ống mềm _ 217 15.2 Đường ống cứng _ 223 15.3 Đế van _ 226 15.4 Van xả khí 228 15.5 Áp kế 229 15.6 Cảm biến áp suất 230 15.7 Thiết bị đo lưu tốc _ 231

16 Phụ lục _ 233

Các hệ thống thủy lực được sử dụng trong các nhà máy sản xuất hiện đại và các dây chuyền chế tạo

Nói đến thủy lực, chúng ta đề cập đến việc tạo lực và chuyển động bằng dầu thủy lực Dầu thủy lực tượng trưng cho môi chất của sự truyền năng lượng

Nội dung của quyển sách này trình bày về môn thủy lực và các lĩnh vực ứng dụng của nó Chúng ta bắt đầu với danh mục các lĩnh vực áp dụng chính của thủy lực

Vị trí của thủy lực trong công nghệ tự động hóa hiện đại cho thấy phạm vi rộng của các ứng dụng mà chúng ta có thể sử dụng Khác biệt cơ bản giữa:

• Thuỷ tĩnh

• và thuỷ lực cơ động

Ví dụ, các hệ thống thủy lực cơ động được đặt trên trên bánh xe di chuyển hay đường ray, không giống như các hệ thống thủy lực cố định, trong đó phần lớn được đặt cố định tại một vị trí Các đặc trưng của thủy lực cơ động là các van được thường xuyên vận hành bằng tay Trong khi đó, đối với thủy tĩnh phần lớn van điện từ được sử dụng

Các lĩnh vực ứng dụng khác bao gồm hàng hải, hầm mỏ và hàng không Thủy lực trong hàng không giữ một vai trò đặc biệt do các biện pháp an toàn là một yếu tố quan trọng Trong các trang kế tiếp, một số các ứng dụng tiêu biểu sẽ được làm rõ về các nhiệm vụ có thể thực hiện với các hệ thống thủy lực

Thuỷ lực có nghĩa là gi?

Các lĩnh vực ứng dụng dưới đây đặc biệt phù hợp cho thủy tĩnh:

• Sản xuất và lắp ráp máy móc các loại

• Các băng chuyền chuyển tải

• Thiết bị nâng và chuyên chở

1.1

Thuỷ tĩnh

Máy ép với thùng dầu trên cao

Các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu của thủy lực cơ động gồm:

• Thiết kế máy

• Xe ben, xe máy đào, bệ nâng

• Thiết bị nâng và băng chuyền

• Máy nông nghiệp

Thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy Ví dụ trên máy đào không phải tất cả các thao tác (như các chuyển động nâng, kẹp và quay) được tạo ra bằng thủy lực, nhưng cơ chế truyền động được điều khiển bằng thủy lực Các chuyển động thẳng được tạo ra bởi cơ cấu chấp hành tịnh tiến (xy lanh) và chuyển động quay bằng cơ cấu chấp hành quay (Động cơ, động cơ quay)

Thuỷ lực cơ động

1.2

Thuỷ lực cơ động

Những công nghệ khác kế với thủy lực cũng có thể được sử dụng trong công nghệ điều khiển để tạo lực, chuyển động và tín hiệu:

• Truyền lực lớn với các cơ phận nhỏ; có nghĩa cường độ năng suất lớn

• Định vị chính xác

• Khởi động với tải lớn

• Chuyển động độc lập với tải trọng, do chất lỏng rất khó nén và có thể sử dụng van tiết lưu

• Vận hành êm và có cơ cấu đảo chiều

• Điều khiển và điều chỉnh dễ dàng

• Thải nhiệt tốt

So với các công nghệ khác, thủy lực có khuyết điểm sau:

• Dầu bẩn gây ô nhiễm môi trường (nguy cơ gây cháy và tai nạn)

• Dễ nhiễm bẩn

• Áp suất thừa gây nguy hiểm

• Nhiệt độ tùy thuộc vào sự thay đổi của độ nhớt

• Hệ số hiệu suất không thuận lợi

1.3

So sánh thuỷ lực với các

môi trường điều khiển

khác

Điện Thủy lực Khí nén

năng lượng

Tác động môi trường Nguy cơ gây nổ trong một số khu

vực nhất định, không nhạy với thay đổi với nhiệt độ

Nhạy thay đổi trong trường hợp nhiệt độ giao động, nguy cơ gây cháy do rò rỉ

Không nổ, không nhạy thay đổi với nhiệt độ

Trữ năng lượng Khó, chỉ một lượng nhỏ bằng ắc

quy

Giới hạn, với các chất khí Dễ dàng

Truyền năng lượng Tổn thất năng lượng không giới

hạn

Đến khoảng 100m, vận tốc dòng chảy v = 2 – 6 m/s, tốc độ tín hiệu đến 1000 m/s

Đến khoảng 1000 m, vận tốc dòng chảy v = 20 – 40 m/s,

Vận tốc tín hiệu 20 – 40 m/s

Chi phí cung cấp

năng lượng

0.25 : 1 : 2.5

Chuyển động thẳng Khó và đắt tiền, lực nhỏ, chỉ có

thể điều chỉnh vận tốc với chi phí cao

Sử dụng xy lanh đơn giản, dễ dàng điều khiển vận tốc, lực rất lớn

Sử dụng xy lanh đơn giản, lực giới hạn, vận tốc nhanh, tùy thuộc vào tải

Chuyển động quay Đơn giản và mạnh Đơn giản, mô men quay lớn, vận

Tính ổn định Có thể đạt được các giá trị cao

nhờ các kết nối cơ học

Cao, bởi dầu gần như không thể nén đước, thêm vào đó, áp suất cao hơn rõ rệt so với khí nén

Thấp, không khí có thể nén được

Lực Không xảy ra quá tải Hiệu suất

thấp vì các bộ phận cơ khí trên đường ống Có thể đạt được lực rất cao

Bảo vệ chống quá tải, áp suất có thể lên đến 600 bar, có thể đạt được lực rất lớn F < 3000 kN

Bảo vệ chống quá tải, lực giới hạn bởi áp suất và đường kính xy lanh F < 30 kN at 6 bar

Thủy lực là ngành khoa học về lực và mô men được truyền bằng chất lỏng Thủy lực thuộc về cơ học chất lỏng Một sự khác biệt giữa thủy tĩnh – hiệu ứng động học được tạo ra bởi áp suất nhân với tiết diện – và thủy động học – hiệu ứng động học được tạo ra bởi khối lượng nhân với gia tốc

Cơ học chất lỏng

Áp suất thủy tĩnh là áp suất tăng trên một mức nhất định trong một chất lỏng có trọng lượng là khối lượng của chất lỏng

ps = h ⋅ ρ ⋅ g

ps = áp suất thủy tĩnh (Áp suất trọng trường) [Pa]

h = chiều cao cột chất lỏng [m]

ρ = mật độ chất lỏng [kg/m3]

g = gia tốc trọng trường [m/s2]

Theo Hệ thống đơn vị quốc tế SI, áp suất được biểu diễn bằng cả hai đơn vị Pascal và bar Mực chất lỏng được biểu diễn bằng đơn vị “mét”, mật độ chất lỏng “kilograms trên mét khối” và gia tốc trọng trường “mét trên giây bình phương”

2.1

Áp suất

Áp suất thủy tĩnh

Áp suất thủy tĩnh, hay gọi một cách đơn giản “Áp suất”, không tùy thuộc vào kiểu bình chứa được sử dụng Nó hoàn toàn tùy thuộc vào chiều cao và mật độ của cột chất lỏng

Áp suất thủy tĩnh

mkgm

⋅

⋅

⋅ = 3 000 000 2

mkgm

⋅

⋅

⋅ = 150 000 2

mkgm

⋅

⋅

⋅ = 50 000 2

mN

pS = 50 000 Pa = 0,5 bar

Mỗi người tác động một áp suất riêng p lên đôi chân của mình Giá trị của áp suất này tùy thuộc vào lực tác động bởi trọng lượng F và kích thước của tiết diện

A mà trọng lượng tác động lên đó

Hiện tượng trên được mô tả qua công thức dưới đây:

Một xy lanh được cấp một áp suất 100 bar, bề mặt tác động của pit tông tương đương 7.85 cm2 Hãy tìm lực tác động tối đa

1000 ⋅

= 7850 N

Một bàn nâng nâng một tải trọng 15 000 N và có áp suất 75 bar

Bề mặt của pit tông A phải lớn bao nhiêu?

Cho: F = 15 000 N

P = 75 bar = 75 ⋅ 105 Pa

N

mN002.0Pa1075

N00015p

FA

2 5

Áp suất làm việc p = 350 bar

Đường kính pit tông lớn bao nhiêu?

Đọc được: d = 60 mm

Ví dụ

Ví dụ

Ví dụ

2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000

3000 kN Force

Đường kính pit tông, lực và áp suất

Nếu một lực F1 tác động lên thiết diện A1 trên một chất lỏng đóng kín, một áp suất p được tạo ra và lan rộng ra toàn bộ chất lỏng (định luật Pascal) Áp suất tác động lên mỗi điểm trong hệ thống kín (xem sơ đồ)

Sự truyền áp suất

Trên thực tế các hệ thống thủy lực hoạt động với áp suất rất cao, do đó có thể loại bỏ áp lực thủy tĩnh (xem ví dụ) Do đó, khi tính áp lực của chất lỏng, các phép tính chỉ thuần dựa trên áp suất được tạo ra do các lực bên ngoài Vì thế áp suất giống nhau tác động lên các bề mặt A2, A3 cũng giống như A1 Đối với các vật rắn, hiện tượng này được diễn tả theo công thức sau:

N00010A

Cho: P = 100 ⋅ 105 Pa

A2 = 1 cm2 = 0.0001 m2

N1000m

mN1000m

0001.0Pa10100Ap

2 2

Sự truyền năng lượng

Khi một bình chứa được tạo ra như trong hình vẽ, có thể truyền lực Áp suất chất lỏng có thể được mô tả dựa theo các đẳng thức sau:

1

1 1

1

A

F

AF =Các giá trị F1 và F2 và A1 và A2 có thể được tính bằng công thức này

Ví dụ

2.3

Sự truyền năng lượng

Ví dụ, F1 và A2 được tính như sau:

2

2 1 1

A

FA

1

2 1 2

F

FA

=

Các lực nhỏ từ pit tông có thể tạo ra các lực lớn hơn bằng cách mở rộng bề mặt làm việc của pit tông Đó là nguyên lý cơ bản được ứng dụng trong mỗi hệ thống thủy lực từ kích cho đến bệ nâng Lực F1 phải đủ lớn để áp suất của chất lỏng vượt qua ma sát do tải trọng (xem ví dụ)

Một xe cơ giới được nâng bởi một kích thủy lực Trọng khối m bằng 1500 kg Lực F1 đòi hỏi tại pit tông là bao nhiêu?

Sự truyền năng lượng

Cho: Tải trọng m = 1500 kg

Lực tạo ra do trọng lượng F2 = m g = 15000N

s

m10kg

Cho: A1 = 40 cm2 = 0.004 m2

A2 = 1200 cm2 = 0.12 m2

N500m

12.0

N00015m004.0A

FA

2

2

2 1

Ví dụ

Có thể chứng minh là lực F1 bằng 100 N quá lớn để tác động bằng tay Kích thước bề mặt pit tông A2 phải lớn như thế nào khi chỉ có một lực pit tông F1 =

100 N tác động?

2 2

1

2 1 2 2

2 1 1

m6.0N

100

N00015m004.0F

FAAA

FAF

Sự dịch chuyển của pit tông theo tỷ lệ nghịch với thiết diện của nó Định luật này có thể sử dụng để tính các giá trị s1 và s2 Ví dụ, cho s2 và A1

2

1 1 2

A

As

1

2 2 1

s

As

2

2

1 1

cm

cmcm1200

4015A

As

2

2 2

cm

cmcm30

12003.0A

As

Áp suất truyền động

Áp suất thủy tĩnh p1 sinh ra một lực F1 trên thiết diện A1 được truyền qua cần pit tông đến pit tông nhỏ Như thế, lực F1 tác động lên thiết diện A2 và tạo ra áp suất thủy tĩnh p2 Bởi thiết diện A2 nhỏ hơn thiết diện A1, áp suất p2 lớn hơn áp suất p1 Có thể áp dụng định luật sau:

P1 ⋅ A1 = p2 ⋅ A2

Các giá trị p1, A1 và A2 có thể dẫn ra từ công thức này để tính

Ví dụ, các đẳng thức dưới đây cho kết quả p2 và A2:

2

1 1 2

A

Ap

= và

2

1 1 2

p

Ap

Trong trường hợp xy lanh tác động kép, có thể tạo ra áp suất cao khi dòng chảy từ thiết diện của cần pit tông bị chặn

Áp suất truyền động bởi xy lanh tác động kép

Cho: P1 = 10 ⋅ 105 Pa

A1 = 8 cm2 = 0.0008 m2

A2 = 4.2 cm2 = 0.00042 m2

)bar19(Pa1019mm

mN00042.0

0008.01010A

Ap

2 2

2 5

2

1 1

2 5

5

2

1 1

Pa

mPa10100

0008.01020p

Ap

Lưu tốc là một khái niệm để mô tả thể tích của chất lỏng chảy qua một ống dẫn trong một chu kỳ thời gian riêng Ví dụ, cần một khoảng thời gian chừng 1 phút để nước chảy đầy một xô nước 10 lít Như thế, lưu tốc khoảng chừng 10 l/min

Cho: Q = 4.5 l/s

t = 10 s

V = Q ⋅ t =

smin

minsl60

102.4

105Q

Cần 25 phút để chuyển một thể tích 105 lit, lưu tốc 4.2 lit trong một phút

Nếu thời gian t được thay bằng s/v (v = s/t) trong công thức tính lưu tốc (Q = V/t) và thể tích V có thể được thay bằng A⋅s, đẳng thức dưới đây được sử dụng:

Q = A v

Q = Lưu tốc [m3/s]

A = Thiết diện cắt của ống [m2]

Từ công thức tính lưu tốc, có thể chuyển hóa công thức để tính thiết diện cắt của ống và vận tốc dòng chảy Ứng dụng đẳng thức dưới đây để tính A hoặc v

Cho: Q = 4.21 l/min =

s

m1007.0s60

dm2

3 3

sm4

1007.0v

QA

3 3

m1028.0

7.0ms

m1028.0

1007.0A

Q

2 3 4

cmcm1

108t

sAQ

3 3

cm1010min

dm10min

l10Q

3 3 3

Hãy tìm: Vận tốc dòng chảy v1 trong ống

Vận tốc dãn ra v2 của pit tông

Q = v1 ⋅ A1 = v2 ⋅ A2

s

m95.5s

cm595scm

cm28.060

1010cm

28.0

s60

cm1010A

Qv

cm0.84

cm2.34

dA

cm28.04

cm6.04

dA

2

3 3

2

3 3

1 1

2 2

2 2

2

2 2

2 2

⋅

⋅

=π

⋅

=

=π

⋅

⋅

=π

⋅

=

s

m21.0s

cm8.20scm

cm860

1010cm

8

s60

cm1010A

Q

3 3 2

3 3

Để đo áp lực của đường ống hoặc tại đầu vào và đầu ra của các thiết bị, một đồng hồ áp suất được đặt trên đường ống tại mỗi điểm muốn đo tương ứng

Cần phân biệt giữa áp suất tuyệt đối với điểm zêro trên đồng hồ đo tương ứng với chân không tuyệt đối và áp suất tương đối với điểm zêro trên đồng hồ đo tương đương với áp suất ngoài trời Trong hệ thống đo tuyệt đối, chân không được hiểu là thấp hơn 1, trong hệ thống đo tương đối, chân không được hiểu là thấp hơn 0

Relative pressure measurement

Pressure above atmospheric pressure

ment scale

Measure-p in bar e

Measurement scale

Nhiệt độ của dầu thuỷ lực trong các hệ thống thủy lực có thể hoặc được đo với

Thiết bị đo đơn giản (thermometers) hay sử dụng thiết đo gửi tín hiệu đến bộ

phận điều khiển Đo nhiệt độ là rất quan trọng bởi nhiệt độ cao (> 60 C) sẽ làm cho dầu thuỷ lực chóng lão hóa Ngoài ra, độ nhớt thay đổi tùy theo nhiệt độ

Thiết bị đo có thể đượclắp đặt trong thùng dầu thủy lực và giữ cho nhiệt độ

không thay đổi, sử dụng một pilotherm hoặc thermostat đển đóng mở hệ thống

làm mát hay hâm dầu tùy theo yêu cầu

Phương pháp đo lưu tốc đơn giản nhất là sử dụng một bình chứa và một đồng hồ bấm giờ Tuy nhiên, d8ồng hồ tua bin cũng được sử dụng để đo liên tục Vận tốc cho biết gía trị của lưu tốc Vận tốc và lưu tốc tỷ lệ với nhau

Một phương pháp khác là sử dụng một cổ chai Sụt áp tại tiết lưu cho biết lưu tốc (Sụt aÙp và lưu tốc ), đo bằng tiết lưu chịu ảnh hưởng rất lớn của độ nhớt của dầu thuỷ lực

Có một sự khác biệt giữa dòng chảy tầng và chảy rối

Trong trường hợp dòng chảy tầng, dầu thuỷ lực di chuyển xuyên qua ống theo các lớp hình trụ một cách ngăn nắp Các lớp bên trong của chất lỏng di chuyển với vận tốc nhanh hơn các lớp bên ngoài Nếu vận tốc của dầu thủy lực vượt quá một điểm xác định (hay còn gọi là vận tốc tới hạn), các hạt chất lỏng không còn di chuyển theo các lớp ngăn nắp Các hạt chất lỏng ỏ tâm của ống bị bắn vào thành ống Kết quả là các chất lỏng tác động và cản trở hạt khác, tạo ra xoáy, dòng chảy trở thành rối Hậu quả của quá trình là năng lượng bị mất trong dòng chảy chính

Một phương pháp tính toán kiểu dòng chảy này trong ống là sử dụng số Reynolds (Re) và tùy thuộc vào:

• Vận tốc dòng chảy của chất lỏng v (m/s)

Tham số vật lý “Độ nhớt động lực học” có thể được gọi đơn giản là “Độ nhớt” Số Re trong công thức trên có thể được diễn tả như sau:

• Dòng chảy tầng: Re < 2300

• Dòng chảy rối: Re > 2300 Giá trị 2300 được gọi là số Reynold tới hạn (Recrit) cho các ống tròn và trơn Dòng chảy rối không trở thành dòng chảy tầng ngay lập tức khi đạt được số Reynold dưới (Recrit)

Không đạt được phạm vi chảy tầng cho đến 1/2 (Recrit)

1 40

4 5 30

10

5 6 7 8 10 15 20 30 40 50 60 70 80 100

20

20

4 30

3 50

1 50

100 200 500 1000 2000 5000

2 • 104

3 • 104

104

Pipe diameter

d

Flow velocity

of the liquid ν

Reynolds' number

Re

Flow rate

Xác định số Reynold (Prof Charchut)

⋅

=

Ví dụ

Nhằm ngăn xảy ra dòng chảy rối làm gây tổn thất bởi ma sát trong các hệ thống thủy lực, không nên vượt quá (Recrit )

Vận tốc tới hạn không có một giá trị xác định bởi nó tùy thuộc vào độ nhớt của dầu thủy lực và đường kính ống dẫn Vì thế, trong thực tế người ta thường sử dụng giá trị kinh nghiệm Dưới đây là các giá trị chuẩn cho vcrit được sử dụng cho vận tốc dòng chảy trong ống dẫn

• Đường áp suất: đến áp suất làm việc 50bar : 4.0 m/s đến 100 bar áp suất làm việc: 4.5 m/s đến 150 bar áp suất làm việc: 5.0 m/s đến 200 bar áp suất làm việc: 5.5 m/s đến 300 bar áp suất làm việc: 6.0 m/s

• Đường hút: 1.5 m/s

• Đường dầu hồi: 2.0 m/s

Kiểu dòng chảy

Cho: v1 = 1 m/s v3 = 4 m/s v4 = 100 m/s

ν = 40 mm2/s

d1 = 10 mm d3 = 5 mm d4 = 1 mm Hãy tìm kiểu dòng chảy tại các thiết diện A1, A3, A4

2500mm

40s

smm1mm000100Re

500mm

40s

smm5mm4000Re

250mm

40s

smm10mm1000Re

dvRe

2 4

2 3

2 1

⋅

=

Dòng chảy chỉ rối tại thiết diện cắt A4 bởi 2500 > 2300 Dòng chảy trở lại chảy tầng tại thiết diện cắt A3 sau khi qua điểm nút 500 < 1150 Tuy nhiên chỉ sau một khoảng ổn định

Ma sát xảy ra trong tất cả các thiết bị và đường ống của hệ thống thủy lực mà chất lỏng chảy qua

Sự ma sát này xảy ra chủ yếu tại vách ống (ma sát ngoài) Ma sát cũng xảy ra ở giữa các lớp chất lỏng (ma sát trong)

Sự ma sát làm nóng dầu thủy lực và các thiết bị Kết quả là nhiệt được tạo ra, áp suất trong hệ thống giảm và qua đó làm giảm áp suất hiện thời tại động cơ

Mức độ sụt áp tùy thuộc vào sự ma sát trong trong một hệ thống thủy lực Chúng tùy thuộc vào:

• Vận tốc dòng chảy (thiết diện bề mặt, lưu tốc),

• Kiểu dòng chảy (tầng, rối),

• Loại và số thiết diện cắt thu nhỏ trong hệ thống ống (cổ ống, lỗ định cỡ),

• Độ nhớt của dầu (nhiệt độ, áp suất),

• Chiều dài ống và chiều dòng chảy

• Xử lý bề mặt bên trong của ống

• Cách bố trí ống

Vận tốc dòng chảy ảnh hưởng lớn nhất đối với ma sát bên trong ống bởi ma sát tăng tỷ lệ bình phương với vận tốc

3 2

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 bar 16 p

Aûnh hưởng của vận tốc dòng chảy đối với tổn thất áp suất

Ma sát giữa các lớp chất lỏng và sự bám dính của chất lỏng trên thành ống tạo

ra trở kháng có thể đo và tính được qua sự sụt áp suất

Bởi vận tốc dòng chảy ảnh hưởng đến trở kháng với lũy thừa hai, vì thế không được vượt quá giá trị chuẩn

Trở kháng của dòng chảy trong đường ống trên 1 m chiều dài

Dầu thuỷ lực với ρ =850 kg/m3

(K) tại nhiệt độ khoảng 15 °C (ν = 100 mm2/s); (W) tại nhiệt độ khoảng 60 °C (ν = 20 mm2/s)

Trở kháng của dòng chảy trong đường ống trên 1 m chiều dài (tiếp theo)

Dầu thuỷ lực với ρ=850 kg/m3

(K) tại nhiệt độ khoảng 15 °C (ν=100 mm2/s); (W) tại nhiệt độ khoảng 60 °C (ν=20 mm2/s)

2

v2d

λ (gía trị của trở kháng)

Để có thể tính giá trị của trở kháng λ, trước hết phải tính số Reynold Re:

ν

⋅

=v dRe

Ví dụ về cách tính các

giá trị trong bảng

Cho: ν = 100 mm2/s = 1 ⋅ 10-4 m2/s

d = 6 mm = 0.006 m

v = 0.5 m/s

3010

1

006.05.0

=

table)with(comp

bar4427.0m/N44270p

sm

mkg44270)

sm5.0(m2

kg850mm6

mm10005.2v2d

lp

2

2 2 2

3 2

⋅

⋅λ

=

∆

bar1bar10

m/N1sm

mkg1

N1s

mkg1

5

2 2

2 2

Tính các tổn thất này bằng cách sử dụng hệ số ξ cho các dạng hình học thông thường được rút ra từ kết quả các thí nghiệm thực tiễn

2

vp

2

⋅ρ

⋅ξ

2

⋅ρ

⋅

⋅ξ

Tổn thất áp suất do

các bộ phận

5 15 2

Bảng số cho hệ số hình dạng

Tính tổn thất áp suất ∆p trong một ống cong với kích thước danh định 10 mm

Cho: Vận tốc dòng chảy v = 5 m/s

Mật độ ρ = 850 kg/m3

Độ nhớt của dầu ν = 100 mm2/s at 150 °C Trước hết tính Re:

500m0001.0s

sm01.0m5dv

sm

m25kg8505.1122

vb

2 2

⋅

⋅ξ