TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl Bộ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP GVC TS NGUYỄN HỮU TUẤN (Chủ biên) PGS TS NGUYỄN ANHTUẤN,TS NGUYỄN NGỌC MINH,ThS NGUYỄN TRỌNG DŨNG TRUYỀN UỘNE THỦY Lực KHÍ NÉN TRONG MÁY VÀ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl Bộ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP GVC TS NGUYỄN HỮU TUẤN (Chủ biên) PGS.TS NGUYỄN ANHTUẤN,TS NGUYỄN NGỌC MINH,ThS NGUYỄN TRỌNG DŨNG TRUYỀN UỘNE THỦY Lực - KHÍ NÉN TRONG MÁY VÀ HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP GVC TS NGUYỄN HỮU TUẤN (Chủ biên) PGS TS NGUYỄN ANH TUẤN, TS NGUYỄN NGỌC MINH, ThS NGUYỄN TRỌNG DŨNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY uực - KHÍ NÉN TRONG MÁY VÀ HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất phẩm Thư viện Quốc gia Việt Nam Truyền động thủy lực - khí nén máy hệ thống công nghiệp / Nguyễn Hữu Tuấn (ch.b.), Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Ngọc Minh, Nguyễn Trọng Dũng - H : Bách khoa Hà Nội, 2022 - 592 tr : hình vẽ, bảng ; 27 cm ĐTTS ghi: Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Kỹ thuật hệ thống Công nghiệp Truyền động thủy lực Khí nén 621.85 - dc23 BKH0131P-CIP LỜI NÓI ĐẢU Cuốn sách Truyền động thủy lực - khí nén máy hệ thống công nghiệp cung cấp cho sinh viên kiến thức rộng lớn lĩnh vực truyền động thủy lực - khí nén với nội dung, tập chi tiết Cuốn sách trình bày vấn đề thiết kế, phân tích, vận hành, bảo dưỡng ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực - khí nén Ngồi phần lý thuyết bản, sách trọng nhấn mạnh việc hiếu hoạt động hệ thống truyền động thủy khí ứng dụng chúng Các sinh viên học không hiếu cần thiết cùa hệ thống truyền động thủy khí, mà cịn hiếu hệ thống hoạt động Cuốn sách phục vụ cho sinh viên chuyên ngành liên quan truyền động thủy lực - khí nén trường kỹ thuật công nghệ bạn đọc quan tâm đến ngành Cuốn sách có giá trị tham khảo tốt sinh viên khối ngành công nghệ, kỹ sư nhà quản lý Nội dung sách Truyền động thủy lực - khí nén máy hệ thong công nghiệp cập nhật theo kịp thay đối hệ thống truyền động thủy lực - khí nén ứng dụng dây chuyền sản xuất Cuốn sách dùng làm tài liệu giảng dạy thức cho mơn học Truyền động thủy lực - khí nén Thực hành truyền động thủy lực - khí nén ngành học Kỹ thuật khí, Kỹ thuật điện tử, Kỹ thuật tơ, Công nghệ chế tạo máy, Kỹ thuật robot điều khiển thơng minh, Kỹ thuật điều khiển tự động hóa làm tài liệu tham khảo cho môn học chuyên ngành liên quan Trường Đại học Thủy lợi Cuốn sách cung cấp kiến thức truyền động thủy lực - khí nén cách sát thực theo đề cương môn học Truyền động thủy lực - khí nén Thực hành truyền động thủy lực - khí nén đề Cuốn sách biên soạn dựa giáo trình chuyên truyền động thủy lực - khí nén nước nước [1,2] Cuốn sách gồm nội dung sau: giới thiệu truyền động thủy lực - khí nén; tính chất, ngun lý bản, tơn thất thủy lực; bơm thủy lực; xylanh thủy lực; động thủy lực; van điều khiển thủy lực; phần tử thủy lực phụ trợ; hệ thống truyền động thủy lực; bảo dưỡng hệ thống thủy lực; hệ thống truyền động khí nén; hệ thống điều khiển điện; hệ thống điều khiển logic; phần mềm máy tính Automation Studio thực hành Các chương 1, PGS TS Nguyễn Anh Tuấn biên soạn; chương 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13 phần thực hành GVC TS Nguyễn Hữu Tuấn biên soạn; chương 3, TS Nguyễn Ngọc Minh biên soạn chương 4, ThS Nguyễn Trọng Dũng biên soạn Mặc dù cố gắng sách không tránh khỏi thiếu sót hạn chế, tác giả mong có đóng góp nhà chuyên môn, nhà khoa học bạn đọc sách ngày hoàn chỉnh, phục vụ cách hiệu cho công tác giảng dạy học tập mơn Truyền động thủy lực - khí nén Thực hành truyền động thủy lực - khí nén Các tác giả LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin chân thành gửi tới đồng nghiệp, nhà chuyên môn, Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi bạn đọc xa gần, người sử dụng sách ý kiến đóng góp quý báu, giúp chúng tơi hồn thành sách Chúng tơi xin cảm ơn TS Trương Văn Thuận, TS Trần Khánh Dương, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đọc thảo đóng góp nhiều ý kiến quý báu q trình biên soạn Nhóm tác giả xin gửi tới Thư viện Trường Đại học Thủy lợi lời cảm ơn chân thành tạo điều kiện thuận lợi để xuất sách Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU LỜI CẢM ƠN Chương GIỚI THIỆU VÈ TRUYỀN ĐỘNG THỦY Lực - KHÍ NÉN 13 1.1 Giới thiệu chung 13 1.2 Lịch sử phát triển 15 1.3 Ưu, nhược điểm 18 1.4 Các ứng dụng 21 1.5 Các phần tử hệ thống 26 1.6 Bài tập 29 Chương CÁC TÍNH CHẤT, NGUYÊN LÝ co BẢN, TƠN THẤT CỦA THỦY Lực • 30 2.1 Các tính chất vật lý thủy lực 31 2.1.1 Chất lỏng chất khí 32 2.1.2 Trọng lượng riêng, khối lượng riêng tỷ trọng 34 2.1.3 Lực, áp suất cột áp 38 2.1.4 Môđun đàn hồi 42 2.1.5 Tính nhớt 43 2.2 Các nguyên lý thủy lực 45 2.2.1 Ồn tập học 47 2.2.2 Định luật Pascal 52 2.2.3 Tạo hình chi tiết kim loại 61 2.2.4 Định luật bảo toàn lượng 66 2.2.5 Phương trình liên tục 67 2.2.6 Công suất thủy lực 69 2.2.7 Phương trình Bernoulli .72 2.2.8 Định lý Torricelli 78 2.2.9 Xi phông 80 2.3 Các tính chất khơng khí, định luật chất khí lý tưởng 85 2.3.1 Các tính chất khơng khí 85 2.3.2 Các định luật chất khí lý tường 87 2.4 Tổn thất thủy lực 91 2.4.1 Dòng chảy tầng chảy rối 93 2.4.2 Số Reynolds 94 2.4.3 Phương trình Darcy 96 2.4.4 Tổn thất ma sát dòng chảy tầng 97 2.4.5 Tổn thất ma sát dòng chảy rối 98 2.4.6 Tổn thất van đầu nối 101 2.4.7 Chiều dài tương đương 105 2.5 Các phương trình 108 2.6 Bài tập 111 Chương BƠM THỦY Lực 128 3.1 Giới thiệu chung 128 3.2 Cắt tia nước 130 3.3 Lý thuyết bơm 132 3.4 Phân loại bơm 133 3.5 Bơm bánh 135 3.6 Bơm cánh gạt 143 3.7 Bơm piston 149 3.8 Đặc tính máy bơm 156 3.9 Tiếng ồn bơm 162 3.10 Lựa chọn máy bơm 168 3.11 Các tiêu đặc trưng máy bơm 169 3.12 Các phương trình 170 3.13 Bài tập 172 Chương XYLANH THỦY LỤC 176 4.1 Giới thiệu chung 176 4.2 Các đặc tính làm việc piston - xylanh 177 4.3 Các kiểu lắp xylanh liên kết khí 179 4.4 Lực, vận tốc công suất xylanh .181 4.5 Xylanh chịu tải chuyển động trọng lượng 183 4.6 Kết cấu xylanh đặc biệt 185 4.7 Các liên kết khí vói xylanh thủy lực 186 4.8 Giảm chấn xylanh thủy lực 190 4.9 Bộ giảm xóc thủy lực 193 4.10 Các phương trình 196 4.11 Bài tập 197 Chương ĐỘNG THỦY LỤC 201 5.1 Giới thiệu chung 201 5.2 Độngcơ thủy lực hạn chế góc quay 203 5.3 Độngcơ bánh 206 5.4 Động cánh gạt 207 5.5 Độngcơ piston 209 5.6 Mômen, công suất lưu lượng động thủy lực 213 5.7 Đặc tính động thủy lực 214 5.8 Các truyền thủy tĩnh 217 5.9 Các phương trình 220 5.10 Bài tập 221 Chương CÁC VAN ĐIỀU KHIỀN THỦY LỤC 225 6.1 Giới thiệu chung 225 6.2 Các van điều khiển hướng 227 6.3 Các van điều khiển áp suất 239 6.4 Các van điều khiển lưu lượng 248 6.5 Van servo 254 6.6 Van điều khiển tỷ lệ 257 6.7 Van logic 259 6.8 Cầu chì thủy lực 262 6.9 Các phương trình 262 6.10 Bài tập 263 Chương CÁC PHÀN TỬ THỦY Lực PHỤ TRỢ 266 7.1 Giới thiệu chung 266 7.2 Đường ống đầu nối 267 7.2.1 Xác định kích thước ống 268 7.2.2 Áp suất định mức 269 7.2.3 Các ống thép thành dày 272 7.2.4 Các ống thép thành mỏng 276 7.2.5 Ống nhựa 280 7.2.6 Ống mềm 281 7.2.7 Khóp nối nhanh 287 7.3 Bể chứa dầu 287 7.4 Bình tích 290 7.5 Cơ cấu tăng áp 298 7.6 Cơ cấu làm kín 302 7.7 Bộ trao đổi nhiệt 310 7.8 Đồng hồ đo áp suất 313 7.9 Lưu lượng kế 314 7.10 Các phương trình 317 7.11 Bài tập 317 Chương HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY Lực 322 8.1 Giới thiệu chung 322 8.2 Điều khiển xylanh tác động chiều 324 8.3 Điều khiển xylanh tác động hai chiều 324 8.4 Hệ thống xylanh tái tạo 326 8.5 Hệ thống giảm tải bom 330 8.6 Hệ thống thủy lực bơm kép .331 8.7 Hệ thống ứng dụng van chống rơi 334 8.8 Hệ thống hoạt động trình tự xylanh 334 8.9 Hệ thống chuyển động qua lại tự động xylanh 335 8.10 Hệ thống sử dụng van chiều có điều khiển để khóa xylanh 336 8.11 Hệ thống đồng xylanh 337 8.12 Hệ thống an toàn 339 8.13 Hệ thống điều khiển vận tốc xylanh thủy lực 341 8.14 Điều khiển vận tốc động thủy lực 345 8.15 Hệ thống hãm động thủy lực 345 8.16 Hệ thống truyền động thủy tĩnh 346 8.17 Hệ thống khí dầu 348 8.18 Hệ thống thủy lực có xét đến tổn thất ma sát 348 8.19 Hệ thống khuếch đại thủy - .352 8.20 Các phương trình CO’ 353 8.21 Bài tập 353 Sơ đồ hệ thống: - 1.0: Piston, xylanh lác động hai chiêu; - 1.1: Van tuyến tính 4/3 điều khiên điện từ hồi vị lị xo vị tri trung tâm đóng; - 1.2: Van an toàn đơn gian; - 1.3: Van chiều; - 1.4: Trạm nguồn; - 1.5: Đong ho áp suat; - 1.6: Binh đo thè tích Hệ thơng điện (liêu khiên: - BPS 20.0; Môđun giá trị lệnh; BPS 21.0 Báng kct nối điện tử tích hợp; -BPS6.1: Giá tri lộnh/giả trị hiên thị tích hc.rp- 578 Thiết kế hệ thống thiết bị: - ZY 1.7: Piston, xylanh tác dộng hai chiểu; - DW40E.D: Van tuyến tinh 4/3; DDL IN Van an toàn đơn gián; - DS2.1: Van chiểu; - DZ1.4: Đồng hồ đo áp suat 6.5 Hệ thống điều khiến xylanh đièu chinh khoáng cách phanh theo tín hiệu cóng tắc tiệm cận Mơ ta hệ thong: ửng dụng thiết bị mảy đê điều chinh vò cấp vận tốc cấu chấp hành Trên hành trinh piston có thố điểu khiển cầu chắp hành (bộ công tác) với nhiều vặn tốc lớn khác tùy theo yêu câu thiêt kẽ Ngoài hệ thông úng dụng thièt bị hãm, giam vận tốc "0" với khoáng cách phanh 50 - Thiêt lập van tuycn tính có the hoạt dộng dược với bôn giá trị lệnh khác nhau; Nguồn giá trị lệnh BPS 5.2 mỏđun giả trị lệnh BPS 20.0 BPS 21.0 BPS 6.1 phái dược ket nôi lien tục với nguôn 24 V Điộn áp diet! khiên cho công tãc, nút bầm rơlc nhấn công lấc s I - Công tẳc S2 dược sứ dụng để kết dầu BSP 20.0 ”+/- 10 V" vói đầu vào BSP 21.0 "0" Còng tắc S3 điều khiển xylanh với giá trị lệnh "\vl" Cam biến hành trinh BI đe giam tốc đen dừng lại Công tấc S4 điều khiến xylanh thu với giá trị lệnh "w3" cà BI chưa tác động Dê điêu chinh khống cách phanh: - Cơng tãc tiệm cộn gân 250 mm Di chuyên xylanh, nhân còng tãc S3, S4 vận hãnh S2 đe bật giã trị lệnh Xylanh di chuyền theo giá trị lệnh đật trước (1.5 V vã -5 V) Kicm tra xem công tác hành trinh cỏ phát tin hiệu piston di qua hay không Vi thởi gian tảng tốc 20 ms ngàn, piston nhanh chóng tàng tốc dứng lại sau đen còng tảc hãnh trinh 579 - Đẽ đon gián hóa việc xác định diêm chuyên mạch, piston phai di chuyên VỚI vận tỏc thắp "w I" = I,5 V Công tấc hãnh trình phái điều chinh cho xylanh đứng yên 250 mm +/ Đây vị tri tín hiệu ”250 rnrn" khống cách phanh bát đằu - Tiếp điều chinh khống cách phanh tồi đa 50 inm, vận tốc "wl" = V điều chinh bâng giã trị lệnh ”t5" Thú nghiệm piston di nhiều lần với “wl" - V dọc khoáng cách phanh diêu chinh "t5" cho den khoáng cách phanh 50 mm So đổ hệ thống: - 0: Piston, xylanh tác dộng hai chiêu; - I I: Van tuyến tính 4/3 điêu khiên điện từ, vị lị xo, vị tri trung tàm đỏng; 1.2: Van an toàn don gian; 1.3: Van chiều: - 1.4: Tram nguồn; 1.5: Đong ho áp suat; 1.6: Binh đo the tích - Bl: Cơng tác hành trình 580 Hệ thống điện diều khiển: BPS 20.0: Môđun giá trị lệnh; BPS 21.0: Báng kết nối điện tử tích hụp; - BPS 6.1: Giả trị lệnh/giá trị hiển thị tích hợp • -0V-24 V: Nguồn DC; - S: Công tác; K: Các tiếp điềm: Bl: Cám biên hãnh trinh 581 Thiết kế hệ thống thiết bj: - ZY 1.7: Piston, xylanh tác động hai chiều; - DW40E.D: Van tuyến tinh 4/3; DD1.1N: Van an toàn đơn gian; - DS2.1: Van chiều; - DZ1.4: Đổng hổ áp suất 582 TÀI LIỆU THAM KHÁO [1] Kỳ thuật thúy khí vã ứng dụng: Fluid power with applications /Anthony Esposito; Nguyen Thị Việt Ánh (biên dịch); Ngỏ Sỳ Lộc (hiệu đinh) Hà Nội, Đại học Quốc gia 2011 12| Fluid power with applications/Anthony Esposito - Upper Saddle River, NJ., Prentice Hall, 2014 |3| Famic Technologies Inc., St.-Laurent, QC, Canada 141 Lucas Nulle, Đức [51 Bosch Rexroth AG, Đức |6| Festo Didactic Festo AG & Co KG Đức 583 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: BẢNG CHUYÊN ĐÓI ĐƠN VỊ Chuyển đổi từ hệ Anh sang hệ Mét ỉlệ Anh HệMẻl lin2 6,452 cm- Iff 0,0929 m2 slug/ft' 515kg/m' Nàng lượng ft Ib 1,356 J Lưu lượng ft’/s 0,0284 m'/s gpm (gallon/phút) 0,06309 Lpin (L/phút) I ục Ib 4,448 N Chiều dài ft 0,3048 m in 2.540 cm slug 14,59 kg ft Ib/s 1,356 w hp 745,7 w Btu/min 0,0176 kw psi 6895 Pa psi 0,06895 bar út mốt phc tiêu chuồn (14.7 psia) 101.3 kPa tuyệt đối lb/ft' 157 N/in‘ ft/s 0,3048 nVs DỘ nhói (tuyệt đối) Ib s/ft2 47,88 Pa s Độ nhởt (động học) ft2/s 0,0929 m2/s Thề tich in’ 16,39 cm3 Igal 3,785 L Dụi lượng Diện tích Khối lượng riêng Khối lượng Cơng st Áp suất Trọng lượng riêng Vận tốc 584 Chuyển đổi từ hệ Anh sang hệ Anh Hệ Anh thử nhắt Hệ Anh thừ hai Nàng lượng Btu 778 ft Ih Lưu lượng ft'/s 449 gpm (gal /phút) Còng suất hp 550 ft lb/s hp 42.4 Btu/min (Btu/phút) Vận tốc(góc) rpm 0,1047 rad/s Thê tích gal 231 in' gal 0,135 ft1 Hệ Mét thứ Hệ Mét thừ hai 1N 10- dyn Áp suất bar 10* Pa Vận tốc (góc) rpm 1047 rad/s N s/nr 10 poise poise dyn s/cm2 m‘7s 10.000 stokes stoke enr/s m’ 1000 L em’ 0,001 L Dại lượng Chuyển đổi từ hệ Mét sang hệ Mét Dại lượng Lực Độ nhứt (tuyệt đối) Độ nhớt (động học) The tích Chuyến đói nhiệt độ TCP) - 1.8 T( °C) + 32 Trc).TCọ-« 1.8 T("R) = I.8T("K) T( R): T("F) 460 T(°K)-T(°C) + 273 585 PHỤ LỤC 2: CẢC PHƯƠNG TRĨNH BÀN HẸ ANH F(lb) X (ft/s) Còng suất khí chuyên động thảng: 550 Quan hộ nhiệt dộ Farcnhcit-Cclsius: t(,>f)=1,8T( - — • Điềm nối Xà mặt thoáng Xa mặt thoáng Õng dần tẩm nối tắc Đường ong mềm Đường ống cắt —1— Nút nối tắc X Đường ống không cắt /|x Tiết lưu cố định Các thiết b| khác Máy bơm Bom quay chiều Vd = const ộ Bom quay chiều, ộ Vi> Đồng hồ đo nhiệt độ © Đồng hồ đo lưu lượng const Động diện Dộng CO’ xylanh Mõto quay chiều, cố định Binh tích nủng gây lãi ộ bang lõ xo ộ Môtơ, quay chiều, Binh tích gây tái (!) t const bang nén Dỏng lac Bộ lọc lười lọc Xylanh tác động chiều Xylanh tác động hai chiều Xylanh VI sai lì I- íl—1 Bộ gia nhiệt ộ ộ Xi/- Bộ làm mát Bỏ điều chinh nhiệt độ 589 Xylanh có càn hai phía -£=F=3- Xylanh có giám chân hai Ê Bộ khuếch dại âp suất (cơ cấu tăng áp) Công tảc áp suât phía cuối hãnh trinh Các ký hiệu van bán Các ký hiệu khác • Chieu quay (mũi tên phia tnrớc trục quay) Đường giới hạn phân tứ Be chứa dầu - ©■ Van chiều —ộ— Khóa đóng mớ bảng tay — _ i _ Bê chửa dầu có áp □ Ký hiệu van ban Van dòng cháy, — (1 vị trí), thường đỏng Đồng hồ đo áp suất o Van dịng cháy (1 vị trí), thưởng mớ — Van an toàn “tẶ Kỷ hiệu van ban LLL] nhiêu vị tri Các dòng cháy vị tri trung tàm bị dóng Các dịng cháy theo hướng mũi tên Các Inại van Van hàm, thường mớ 590 LED H3 Phương pháp diều khiên Bộ bũ áp suất Van giám tái, rò ri bên trong, diêu khiên từ xa Có định vị -L «4 Van tuần tự, mớ trực Điều khiến tay tiếp, rò ri Van giám áp suất Điều khicn bang cư Van (chõng roi) láp Điêu khiên bâng pẽđan với van chiều bân đạp Van đicu chinh lưu lượng có bii áp vã nhiệt độ lẳp VỚI van chiêu Đicu khiên bảng nũt Van phân phối hai vị trí ba cửa Van phân phối ba vị tri ngang)