Giáo trình thủy lực máy thủy khí phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

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 d Van xả khí nhanh Hình 7-63 Van xả khí nhanh Sơ đồ cấu tạo, nguyên lí làm việc kí hiệu va xả khí nhanh H 7-63 Khi dịng khí nén qua cửa P đẩy pitông trụ sang phải, chắn cửa R, nên cửa P nối với cửa A Khi có dịng khí nén qua A, đẩy pítơng trụ sang bên trái, chắn cửa P, cửa A nối thông với cửa R Van xả khí nhanh thường lắp vị trí gần cấu chấp hành, ví dụ pít tơng có nhiệm vụ xả khí nhanh ngồi khí 7.5.3.4 Van tiết lưu Nhiệm vụ van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Nguyên lí làm việc van tiết lưu lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào thay đổi tiết diện Van tiết lưu có nhiều loại khác nhau:loại có tiết diện khơng thay đổi, loại có tiết diện thay đổi loại có tiết diện khơng đổi kí hiệu hình 7-64 Hình 7-64 Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện khơng thay đổi a Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Hình 7-65 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi 162 Trên hình 7-65 sơ đồ cấu tạo kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh lưu lượng dòng chảy Loại tiết lưu hai chiều, dịng khí nén từ A qua B ngược lại Tiết diện khe hở Ax thay đổi vít điều chỉnh b Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay Sơ đồ cấu tạo, nguyên lí làm việc kí hiệu loại van thể hình 7-66 Để thay đổi khe hở Ax dùng vít điều chỉnh tay Khi dịng khí nén từ A qua B, lị xo đẩy màng chắn xng dịng khí nén từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn nên dòng khí nén qua khoảng hở màng chắn mặt tựa màng chắn, lưu lượng không điều chỉnh Hình 7-66 Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay và kí hiệu 7.5.3.5 Van áp suất Van áp suất bao gồm số loại: van an toàn, van tràn, van giảm áp, áp suất điều chỉnh (rơle áp suất) Dưới giới thiệu số loại van áp suất thường gặp hệ thống TĐKN a Van an tồn Hình 7-67 Sơ đồ cấu tạo và kí hiệu van an toàn 163 Nhiệm vụ van n toàn giữ ổn định áp suất hệ thống điều khiển khí nén giá trị lớn cho phép mà hệ thống tải dược.Khi áp suất lớn áp suất cho phép hệ thống dịng áp suất nén thắng lực lị xo, đẩy pitơng lên, khí nén theo cửa R ngồi khí (Hình 7-67) b Van tràn Về ngun lí làm việc van tràn giống van an toàn Nhưng khác áp suất cửa P đạt giá trị xác định cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển khí nén Sơ đồ kí hiệu van tràn thể hình 7-68 c Van giảm áp Hình 7-68 Kí hiệu van tràn Van giảm áp van điều chỉnh áp suất (Hình 7-69) Nhiệm vụ van luôn giữ cho áp suất điều chỉnh không đổi, có thay đổi bất thường tải trọng đường giao động áp suất đường vào van Nguyên lí làm việc là: điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh van, trường hợp áp suất đường tăng lên so với áp suất điều chỉnh, khí nén qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sữ thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí bên ngồi.Cho đến áp suất đường giảm xuống áp suất điều chỉnh ban đầu , vị trí kim van trở vị trí ban đầu Hình 7-69 Cấu tạo và kí hiệu van giảm áp 164 7.5.3.6 Các sơ đồ truyền động khí nén Điều chỉnh tốc độ xylanh cơng tác khí nén Việc điều chỉnh vơ cấp tốc độ thực van tiết lưu (hình 7-70) Van tiết lưu đặt đường dẫn khí vào: Sau Piston bắt đầu chạy áp suất p tốc độ piston giảm xuống Vì qua van tiết lưu thể tích khoang xylanh tăng, dẫn vào không đủ Van tiết lưu đặt đường ống xả: Thời gian từ lúc đảo chiều van hành trình đến lúc chuyển động piston (thời gian chuẩn bị t1,) xác định qua dòng chảy (xả) chậm Từ buồng xylanh II Sau bắt đầu chạy có giảm áp nhẹ áp suất p1 tốc độ, điều kiện thời gian tồn hành trình ngắn so với đặt tiết lưu đường dẫn vào Khi tải trọng âm(thí dụ lúc hạ tải) dịng khí xả cần phải điều chỉnh vô cấp, độc lập tốc độ hai hướng chuyển động hai van chỉnh lưu cần thiết.(hình 7-70) Hình 7-70 Điều chỉnh tốc độ hai hướng chuyển động Hình 7-71 Sơ đồ chạy nhanh Hình 7-72 Tích giữ tín hiệu a, Trở nhanh qua van xả khí nhanh a, van trụ dài b, Tiến nhanh nhờ qua van hành trình b, Sơ đồ tự hãm Việc lắp van tiết lưu tác dụng ngược đường ống dẫn vào ống xả giảm thể tích xả dẫn vào qua van tiết lưu rút ngắn thời gian chuẩn bị t1 - Sơ đồ hành trình nhanh phát sinh giảm sức cản trở dòng chảy ống xả nhờ van xả khí nhanh đổi dòng chảy từ van tiết lưu qua van chiều van hành trình (hình 7-71) 165 - Tích giữ tín hiệu Việc tích giữ đơn giản tín hiệu điều khiển thời gian ngắn sử dụng van di chuyển trụ dài (hình 7-72a) Trong sơ đồ tự hãm theo hình 7-72b van VW1 dừng vị trí sau tác dụng xung điều khiển đường dẫn 1, đến van hành trình VW2 đảo chiều điều khiển - Thực nhiệm vụ Logic Các sơ đồ với van chiều kép đòi hỏi tiêu phân tố cấu tạo Ở vị trí hình 7-73, xy lanh cơng tác chuyển động van hành trình VW1, VW2 VW3 bị ấn (kiểm tra nạp vật liệu, lắp chặt thiết bị bảo hộ lao động kết thúc trình làm việc trước đó) mà van điều chỉnh VW4 bị tác động tay (thí dụ điều chỉnh máy) Hình 7-73 Xử lý tín hiệu nhờ van chiều kép 166 Câu hỏi chương Khái niệm truyền động thuỷ lực? Vẽ giải thích sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động thuỷ lực? Nêu thơng số hệ thống truyền động thuỷ lực? Sơ lược cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng khớp nối thuỷ lực? Sơ lược cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng biến tốc thuỷ lực? Cách tính tốn số thông số khớp nối thuỷ lực biến tốc thuỷ lực? Các thông số truyền động thuỷ lực thể tích Viết cơng thức giải thích ý nghĩa đại lượng? Nguyên lý truyền động thủy lực thể tích có truyền động tịnh tiến quay; nêu nhận xét, cho biết phương pháp điều chỉnh vận tốc, lực mô men động thuỷ lực? Phân tích nguyên lý điều chỉnh vận tốc động thuỷ lực tiết lưu đặt nối vào, lối song song với đông thuỷ lực? 10 Các loại sơ đồ truyền động thuỷ lực thể tích? Sơ đồ kín, h, vi sai? 11 ặc điểm, cấu tạo, nguyên lý làm việc, tác dụng phần tử chủ yếu truyền động TLTT? (Cơ cấu phân phối, tiết l-u, loại van) - Cơ cấu phân phối tr-ợt - Cơ cấu tiết l-u điều chỉnh đ-ợc - Van chiều - Van an toàn tác động trực tiếp - Van an toàn tác động tuỳ động - Bộ ®iỊu tèc 12 Khái niệm truyền động khí nén? 13 Lý thuyết chất khí truyền dẫn áp lực? 14 Cơ sở tính tốn lưu lượng khí qua điều chỉnh tiết lưu? 15 Cơ sở tính tốn tổn thất áp suất ống dẫn thẳng? 16 Khái niệm truyền động khí nén với xi lanh cơng tác? cách tính tốn ? 17 Đặc điểm, cấu tạo, tác dụng van truyền động khí nén? 18 Phân tích việc điều chỉnh tốc độ xi lanh cơng tác truyền động khí nén? 167 PHỤ LỤC BẢNG : CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG THUỶ LỰC Đại lượng Chiều dài Thời gian Khi lng Lc p suất, mô đun đàn hồi Công Công suất Hệ số nhớt Hệ số nhớt động häc Đơn vị MKS m s kGs2/m kG kG/m2 kG.m kGm/s kG.s/m2 cm2/s Đơn vị SL m s kg N Pa = N/m2 J = Nm W = Nm/s P( poad¬ ) cm2/s Chuyển đổi 1kG = 9,81N 1kG/m2 = 9,81Pa 1kGm = 9,81J 1kGm/s = 9,81W BẢNG 2: HỆ SỐ NHỚT CỦA MỘT SỐ CHẤT LỎNG (ở nhiệt độ 200C) Tên chất lỏng Hệ số nhớt ( ), P( Poadơ ) 0,0065 0,0101 0,0250 0,25 0,4 1,72 8,703 Xăng Nước Dầu hoả Dầu mỏ nhẹ Dầu mỏ nặng Dầu nhờn Glixerin BẢNG 3: HỆ SỐ NHỚT ĐỘNG HỌC CỦA NƯỚC PHỤ THUỘC VÀO NHIỆT ĐỘ t,0C 10 12 15  , em2/s 0,0178 0,0152 0,0131 0,0124 0.0114 t0 , C 20 30 40 50 60 168  , em2/s 0,0101 0,0081 0,0066 0,0055 0,0043 BẢNG : HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG LƯU LƯỢNG Ống bình thường Ống gang Ống thép d (mm) x 10 (dm2) K (l/s) K2/1000 1000 r K (l/s) K2/1000 1000 r K (l/s) K2/1000 1000 r 50 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1,963 4,418 7,854 12,272 17,671 31,416 49,087 70,686 96,212 125,664 159,043 196,350 282,743 384,845 502,655 636,171 785,398 950,334 1130,976 1327,326 1539,384 8,313 24,77 53,61 97,39 158,4 340,8 616,4 999,3 1503 2140 2920 3857 6239 9362 13301 18129 23911 30709 38601 47604 57807 0,0691 0,5136 2,874 9,485 25,091 116,15 379,9 998,6 2259 4580 8526 14876 38925 87647 176917 328661 571736 943043 1490037 2266140 3341649 14,472 1,6297 0,34795 0,10543 0,03985 0,00861 0,00263 0,00100 0,443.10-3 0,218.10-3 0,117.10-3 0,672.10-4 0,257.10-4 0,114.10-4 0,565.10-4 0,304.10-5 0,175.10-5 0,106.10-5 0,671.10-6 0,441.10-6 0,299.10-6 9,947 29,27 62,85 113,5 183,9 393,0 707,6 1143 1715 2435 3316 4374 7053 10560 14973 20373 26832 34416 43211 53232 64581 0,0980 0,8567 3,950 12,882 33,819 154,45 500,70 1306 2941 5929 10996 19132 49745 111514 224191 415059 719956 1184461 1867191 2833646 4170705 10,111 1,1672 0,25316 0,07763 0,02957 0,00647 0,00200 0,766.10-3 0,340.10-3 0,169.10-3 0,909.10-4 0,523.10-4 0,201.10-4 0,897.10-5 0,445.10-5 0,241.10-5 0,139.10-5 0,844.10-6 0,536.10-6 0,353.10-6 0,240.10-6 10,10 29,70 63,73 115,1 186,3 398,0 716,3 1157 1735 2463 3354 4423 7131 10674 15132 20587 27111 34769 43650 53769 65226 0,1020 0,8821 4,061 13,248 34,708 158,40 513,09 1339 3007 6066 11249 19563 50851 113934 228977 423825 735006 1208883 1905323 2891105 4254431 9,804 1,1337 0,24624 0,07548 0,02881 0,00631 0,00195 0,747.10-3 0,333.10-3 0,165.10-6 0,889.10-4 0,511.10-4 0,197.10-4 0,878.10-5 0,437.10-5 0,236.10-5 0,136.10-5 0,827.10-6 0,525.10-6 0,346.10-6 0,235.10-6 BẢNG 5: HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG LƯU LƯỢNG Hệ số C tính theo cơng thức: C = d (mm)  (m2) 50 75 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 600 700 750 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0,00196 0,00442 0,00785 0,01227 0,01767 0,02405 0,03142 0,03976 0,04909 0,07068 0,09621 0,12566 0,15904 0,19635 0,28274 0,38485 0,44179 0,50266 0,63617 0,78510 1,13090 1,53940 2,01060 2,54470 3,14160 1/ R n Ống Co = 1/n = 90 (n = 0,011) K (l/s) Ống thường Co = 1/n = 80 (n = 0,0125) Ống bẩn Co = 1/n = 70 (n = 0,0143) 96,24.10-1 28,37 61,11 110,80 180,20 271,80 388,00 531,20 703,50 11,44.102 17,26.102 24,64.102 33,73.102 44,67.102 72,64.102 10,96.103 13,17.103 15,64.103 21,42.103 28,36.103 46,12.103 69,57.103 99,33.103 136,00.103 180,10.103 84,60.10-1 24,94 53,72 97,40 158,40 238,90 341,10 467,00 616,40 10,06.102 15,17.102 21,66.102 29,65.102 39,27.102 63,86.102 96,32.102 11,58.103 13,75.103 13,83.103 24,93.103 40,55.103 61,16.103 87,32.103 119,50.103 158,30.103 74,03.10-1 21,83 47,01 85,23 138,60 209,00 298,50 408,60 541,20 880,00 13,27.102 18,95.102 25,94.102 34,36.102 55,87.102 84,28.102 10,13.103 12,03.103 16,47.103 21,82.103 35,48.103 53,52.103 76,41.103 104,60.103 138,50.103 169 BẢNG 6: CÁC BIỂU TƯỢNG VÀ KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ MẠCH TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Các kí hiệu cho máy bơm động dầu 170 171 Các loại van 172 173 Ký hiệu ống dẫn phụ kiện TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ THAM KHẢO [1] Vũ Văn Tảo, Nguyễn Cảnh Cầm, Thuỷ lực NXB KH - 1978 [2] Nguyễn Đức Sướng, Truyền động thuỷ lực và khí nén Đại học mỏ-Địa chất, Hà Nội - 1998 [3] Phạm Văn Khảo, Truyền động - Tự động khí nén Đại học Bách khoa Hà Nội - Hà Nội 1998 [4] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén - NXB Giáo dục - 2001 [5] Doãn Văn Thanh, Truyền động thuỷ lực.Trường Cao đẳng kỹ thuật mỏ - Quảng Ninh - 2001 [6] Nguyễn Đức Sướng, Truyền động thuỷ lực và khí nén (Giáo trình dùng cho cao học ngành tự động hoá) Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội - Hà Nội 2005 [7] Vũ Nam Ngạn, Truyền động thuỷ lực và khí nén Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội - 2007 [8] Lê Quý Chiến, Thuỷ lực Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - 2008 [9] Nguyễn Đức Sướng, Vũ Nam Ngạn, Máy thuỷ khí Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội - Hà Nội 2004 [10] Đinh Ngọc Ái Nnk, Thuỷ lực và máy thuỷ lực NXB ĐH THCN, Hà Nội - 1972 [11] Hồng Thị Bích Ngọc, Máy thuỷ lực thể tích Hà Nội - 1998 [12] Lê Quý Chiến, Bùi Thanh Nhu, Thuỷ lực và máy thuỷ lực Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - 2011 174 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THUỶ LỰC 1.1 Khái niệm chung môn học 1.2 Tính chất vật lý chất lỏng 12 1.3 Khái niệm chất lỏng 18 1.4 Lực tác dụng lên chất lỏng 19 Chương THUỶ TĨNH HỌC 21 2.1 Áp suất thuỷ tĩnh; Hai tính chất áp suất thuỷ tĩnh 21 2.2 Phương trình chất lỏng cân 23 2.3 Định luật Pascal ứng dụng 26 2.4 Sự cân chất lỏng trạng thái tĩnh tương đối 28 2.5 Áp lực chất lỏng lên thành phẳng có hình dạng 29 2.6 Áp lực chất lỏng tác dụng lên thành cong 31 2.7 Định luật Acsimét - vật 33 Chương THUỶ ĐỘNG LỰC HỌC 41 3.1 Khái niệm - phân loại chuyển động chất lỏng 41 3.2 Đường dòng, dòng nguyên tố, dòng chảy 42 3.3 Các yếu tố thuỷ lực dòng chảy 43 3.4 Phương trình dịng chảy ổn định 45 3.5 Phương trình Becnuli chất lỏng thực 46 Chương TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG 55 4.1 Khái niệm tổn thất lượng 55 4.2 Hai trạng thái chuyển động chất lỏng 57 4.3 Tính tốn tổn thất lượng đường ống 59 Chương TÍNH TỐN THUỶ LỰC CHO ĐƯỜNG ỐNG 61 5.1 Khái niệm chung phân loại 61 5.2 Tính tốn thủy lực cho đường ống đơn giản phức tạp 61 Chương MÁY THỦY LỰC 75 6.1 Máy thủy lực thể tích 75 6.2 Bơm píttơng 77 6.3 Động thủy lực pít tơng (Xi lanh lực) 80 175 6.4 Bơm động pít tơng rơ to hướng trục 83 6.5 Máy thủy lực rôto 88 6.6 Bơm trục vít 93 6.7 Bơm cánh gạt 97 Chương TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN 102 7.1 Khái niệm 102 7.2 Các thơng số hệ thống truyền động thuỷ lực 104 7.3 Khớp nối thuỷ lực 112 7.4 Truyền động thuỷ lực thể tích 124 7.5 Truyền động khí nén 149 PHỤ LỤC 168 TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ THAM KHẢO 174 MỤC LỤC 175 176