bài giảng môn “TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC

 Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh:  Thư vận chuyển trong ống bằng khí nén 1835 của Josef Ritter Austria,  Thụy Sĩ 1857 lần đ

HYDRAULIC AND PNEUMATIC)

Cán bộ giảng dạy: Lê Hữu Toàn Email: lhtoan58@gmail.com

Phân bố thời gian môn học

1 Tổng quan về thuỷ lực - khí nén 9

2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền động 6

5 Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, điện - khí nén 9

6 Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực, điện - thuỷ lực 6

7 Những vấn đề căn bản về hệ thống điều khiển 6

8 Thiết kế mạch điều khiển bằng thủy lực và khí nén 9

Phân bố thời gian học phần: (tiết)

Chương 1: Tổng quan về thuỷ lực - khí nén

Câu hỏi ôn tập: Chương 1

I Khái niệm thuỷ lực - khí nén.

II Các đặc điểm, tính chất.

III Áp suất và các đơn vị đo áp suất.

IV Các công thức tính cơ bản.

V Các định luật, định lý, phương trình cơ bản

Thuật ngữ "thủy-khí“ hay "thủy lực", nói

chung thường được dùng chung cho cả "truyền

ngữ "chất lỏng" thường được sử dụng cho chất

lỏng như dầu, nước, chất khí bị nén dưới áp suất thấp (dưới 20 bar) và cả hơi nước

Nói chung:

- chất lỏng hầu như không nén được - gọi là "chất nước" - ví dụ như dầu, nước, …

- Chất khí nén được - gọi là "chất khí" - ví dụ như không khí, ga, hơi nước, …

1.1 Đặc điểm truyền động thuỷ lực-khí nén

(Next)

 Điều khiển th y l c-khí nén được thiết kế ủ ự

với mục đích hướng dòng chảy của th y- ủ khí theo các mạch để điều khiển cơ cấu

chấp hành

 Các dòng chảy dưới dạng năng lượng

th y- khí ủ sẽ điều khiển cơ cấu chấp hành

thực hiện chuyển động tịnh tiến hay quay.

1.1 Đặc điểm truyền động thuỷ lực-khí nén(tt)

(Finish)

1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống truyền động khí nén

 Heron (năm 100, trước Công nguyên) đã chế tạo ra

thiết bị bắn tên hay ném đá.

 Đến thế kỷ 17đã xây dựng nên nền tảng cơ bản ứng

dụng khí nén.

 Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng

lượng khí nén lần lượt được phát minh:

 Thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835) của

Josef Ritter (Austria),

 Thụy Sĩ (1857) lần đầu tiên người ta sử dụng khí nén với công suất lớn

 Búa tán đinh bằng khí nén (1861)

 Phanh bằng khí nén (1880),

 Vào những năm 70 của thế kỷ 19 xuất hiện ở Pari một

trung tâm sử dụng năng lượng khí nén lớn với công

suất 7350kW.

 (năm 100, trước Công nguyên) Heron đã chế tạo ra thiết bị bắn

tên hay ném đá.

(Next)

Thiết bị bắn tên

(Finish)

Mô phỏng

+/ 1920 đã ứng dụng trong lĩnh vực máy công cụ.

+/ 1925 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công

nghiệp khác như: nông nghiệp, máy khai thác

mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng

không,

+/ 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết

bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có

khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống

truyền động thủy lực với công suất lớn.

1.3 Lịch sử phát triển của hệ thống truyền

động thủy lực

(Finish)

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

Hệ thống điều khiển thủy-khí được sử dụng

trong lĩnh vực công nghiệp, như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, tời kéo, thiết bị gá

kẹp, công cụ vặn ốc vít, lắp ráp chi tiết, …

Dưới đây là một số hình minh họa về ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực

(Next)

Hệ thống nâng bảo dưỡng xe

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lựcKhí nén

(Next)

Máy cắt thủy lực

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Khuôn tạo dè xe máy

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Ghép các cơ cấu khuôn

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Máy ép thủy lực

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Máy cán thủy lực

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Máy chấn thủy lực

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Máy ép đế giày

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Máy uốn ống thủy lực

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Đóng gói sản phẩm

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Next)

Phân loai sản phẩm

1.4 Phạm vi ứng dụng của Thủy lực-Khí nén

(Finish)

1.Các đặc điểm, tính chất chung Thủy-khí

2 Các đặc điểm, tính chất riêngThủy-khí

 Đặc điểm, tính chất của không khí.

 Đặc điểm, tính chất của chât lỏng.

II Các đặc điểm, tính chất Thủy-Khí

 Chất khí nén được.

 Chất lỏng không nén được (Giả thiết thực tế chất

lỏng có môđun đàn hồi E).

 Các phần tử thuỷ lực và khí nén, về nguyên tắc

kết cấu giống nhau (khi thiết kế lưu ý đến tính chất

của chất khí và chất lỏng Các phần tử khí nén cần chế tạo với độ chính xác cao hơn thuỷ lực – do chất khí

“loãng” hơn chất lỏng).

 Hệ thống thuỷ lực: dầu phải được thu hồi lại (kết

cấu phải có bộ phận thu hồi dầu).

 Hệ thống khí nén: khí qua HT được thải ra ngoài.

1 Đặc điểm tính chất chung Thủy-khí

(Khả năng)

So sánh:

 Truyền lực lớn, mômen lớn với kích thước nhỏ.

 Điều chỉnh trơn và dễ dàng (vòng hở và vòng kín): vận tốc, mômen, lực.

 Phù hợp với cả việc điều chỉnh rất nhanh và rất

ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ

 Khí là một trong ba trạng thái cơ bản của vật

chất Khí cũng có đặc tính tương tự với chất lỏng là

không có hình dạng xác định mà có hình dạng phụ

thuộc vào hình dạng của vật chứa và áp suất truyền

theo mọi hướng

 Khí khác với chất lỏng là không có thể tích cố

định Khí có thể được nén ở áp suất cao còn chất lỏng thì chỉ nén được với một thể tích rất nhỏ (có thể được xem như không nén được).

 Đặc điểm, tính chất riêng của khơng khí.

(Next)

 Số lượng: có thể coi là vô tận.

trong các đường ống dẫn,với một khoảng cách nhất

định Đường hồi về không cần thiết vì khí nén sau khi

công tác được thoát ra ngoài môi trường.

 Lưu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động

liên tục Không khí nén được lưu trữ trong các bình

chứa, được lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết.

 Đặc điểm, tính chất riêng của không khí (tt).

(Next)

 Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí

nén nên không tốn phí về phòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 - 7 bar nên việc phòng nổ không quá

phức tạp.

 Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong

trường hợp lưu thông trong các đường ống hay thiết bị Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới Điều này

đặc biệt cần thiết trong các ngành công nghiệp thực

phẩm, vải sợi,lâm sản, thuộc da…

thấp.

(Next)

 Đặc điểm, tính chất riêng của không khí (tt)

Vận tốc: Không khí nén có thể lưu thông với

tốc độ rất cao Vận tốc công tác của các xy lanh khí nén thường trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số trường hợp có thể đạt 5 m/s

những thiết bị công tác dùng khí nén được điều chỉnh một cách vô cấp

 Vấn đề quá tải: Các công cụ và thiết bị khí

nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng dừng hẳn, cho nên sẽ không xảy ra quá tải

 Đặc điểm, tính chất riêng của không khí (tt)

Lưu ý: khi áp dụng kỹ thuật khí nén

• Cách xử lý: Không khí nén phải được chuẩn bị sao

cho không chứa bụi bẩn, tạp chất và nước vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn.

• Tính chịu nén: Không khí có tính nén được, cho

phép thay đổi và điều chỉnh vận tốc của Piston.

• Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh

gây ồn, nhưng nhờ các bộ giảm thanh gắn ở từng

đường thoát nên vấn đề này đã được giải quyết.

Để áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây:

Lưu ý: khi áp dụng kỹ thuật khí nén

(Next)

• Lực tác dụng: Không khí được nén sẽ không kinh

tế nếu chưa đạt được một công suất nhất định, áp

suất làm việc thường được chấp nhận là 7 bar Lực tác dụng được giới hạn trong khoảng 20000-30000N (2000-3000kp) Độ lớn của lực tác dụng còn phụ

thuộc vào vận tốc và hành trình.

Để áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây:

►Chất lỏng có tính liên tục, di động, có thể biểu diễn dưới dạng hàm số liên tục theo không gian

và thời gian

►Bản thân chất lỏng không có hình dạng xác

định, nó lấy hình dạng của bình chứa

►Hầu như không chịu được lực kéo và lực cắt

►Các chất nước (VD: dầu, nước, xăng ) có tính chống nén cao, hầu như không chịu nén

 Một số tính chất chung của chất lỏng

(Finish)

 Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn

vị thể tích chất lỏng, ký hiệu: ρ.

] m / kg

[ V

= ρ

] m / N

[ V

= γ

1. Khối lượng riêng, trọng lượng riêng

của chất lỏng:

(Finish)

2 Tính nén (Compressibility)

2 Tính nén (Compressibility) :

 Khái niệm: Tính nén của chất lỏng là khả năng làm giảm thể tích của chất lỏng khi thay đổi áp

tích là ngược nhau.

37

] N / m

[ V

V

p

0 p

∆

∆

−

= β

] m / N [

 Khái niệm: tính giãn nở là khả năng thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi Tính giãn nở được đặc trưng bởi hệ số giãn nở βT:

 Đối với chất khí lý tưởng, quan hệ giữa khối lượng riêng, áp suất và nhiệt độ biểu diễn bằng

1

[ V

V

T

0 T

∆

∆

= β

pv = ρ T

(Finish)

4 Tính nhớt (Viscosity)

b Các loại hệ số nhớt và đơn vị đo

c Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính nhớt

của chất lỏng

Ví dụ

(Finish)

Trong thực tế khi rót nước và dầu trong cùng một điều kiện, ta thấy nước dễ chảy và chảy nhanh hơn dầu, mặc dù dầu nhẹ hơn nước.

- Hai tấm phẳng (I) và (II) song song (I) chuyển động

với vận tốc v=const, tấm (II) cố định Ở giữa hai tấm phẳng có một lớp chất lỏng chiều cao h (h<<S)

x O

y

h

I II

v=const

] N

[ h

v S

 Kết luận từ thí nghiệm của Newton:

 Những phần tử chất lỏng nằm giữa (I) và (II) vận tốc phân

bố theo qui luật tuyến tính.

x O

y

h

I II

v0=const dy

dv

v=v0

(v+dv) v

Giả thuyết nhớt của Newton:

- Newton giả thuyết rằng: khi chất lỏng chuyển động,

nó chảy thành từng lớp vô cùng mỏng với vận tốc khác nhau, do đó nó trượt lên nhau Giữa các lớp chất lỏng chuyển động tương đối, xuất hiện lực ma sát: Lực nội

Trong đó:

- T: Lực nhớt trên diện tích S

- S: Diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng trên

đó xảy ra hiện tượng nội ma sát

- dv/dy: Gradien vận tốc theo phương y vuông góc với dòng chảy

− µ: Hệ nhớt động lực học

] N

[ dy

dv

S

T = µ

] m / N

[ dy

dv

µ

= τ

(τ - Ứng suất tiếp do lực nhớt gây ra)

Lực nhớt (T)

(Finish)

c Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính nhớt của chất lỏng:

(Finish)

 Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu, người

ta đi nghiên cứu những mô hình đơn giản: mô hình

chất lỏng lý tưởng.

 Tính chất của chất lỏng lý tưởng:

- Không có tính nhớt (µ=0)

- Có tính di động tuyệt đối

- Hoàn toàn không chống được lực kéo và lực cắt

- Hoàn toàn không nén được (ρ=const)

47

5 Chất lỏng lí tưởng

(Finish)

III Áp suất và các đơn vị đo áp suất

1 Khái niệm áp suất chất khí

1 Áp suất chất lỏng tại một điểm bất kì

2 Áp suất mặt thoáng-Bình thông nhau

3 Áp suất tuyệt đối

4 Áp suất tương đối

5 Áp suất thủy tĩnh tại một điểm

6 Áp lực thủy tĩnh lên mặt đáy

Áp suất khí quyển: Đây là áp suất tạo ra trên bề mặt trái đất bằng khối lượng không khí bao quanh trái đất là 14,7 psi (Pound/inch) Áp suất khí quyển là áp suất không khí bao quanh chúng ta (1 bar).

Áp suất dư (Áp suất tương đối): áp suất sẽ được đo

với mức chuẩn là áp suất khí quyển Áp suất dư bằng

0 chính là áp suất khí quyển

Áp suất tuyệt đối:

Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột dung dịch trong chân không (1013 mbar = 1000 mbar)

1 Khái niệm áp suất chất khí

(Finish)

Áp suất khí nén: áp suất khí nén là lực tác động trên một đơn vị diện tích.

 Khí nén tạo thành lực với giá trị bằng áp suất tác

dụng lên bề mặt nhân với diện tích tác dụng

 Dung dịch trong bình được cung cấp áp suất và

chuyển thành lực.

.

F P A=

Như vậy lực đẩy ra của piston sinh ra bởi áp

suất khí được tính bằng cách nhân diện tích

hiệu dụng với áp suất

2 .4

3 Cỏc loại ỏp suất chất khớ

52

Cể 3 LOẠI ÁP SUẤT

áp suất tuyệt đối áp suất dư

áp suất chân không

(Next)

1 Áp suất chất lỏng tại một điểm bất kì

Áp suất chất lỏng tại một điểm bất kì trong lòng

Công thức tính áp suất: p=γ.h (còn gọi là áp suất dư)

h: độ sâu tính từ điểm tính áp suất tới mặt thoáng chất lỏng

γ :trọng lượng riêng của chất lỏng (γ=ρ.h)

Kí hiệu: p

Đơn vị: N/m 2 , P a (Pascal)

 Chất lỏng

(Finish)

2 Áp suất mặt thoáng-Bình thông nhau

Bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng

đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng ở các

nhánh khác nhau đều ở cùng một độ cao

 Chất lỏng

(Finish)

Mực chất lỏng cùng một độ cao

3 Áp suất tuyệt đối

Áp suất tuyệt đối là tổng áp suất gây ra bởi

cả khí quyển và cột chất lỏng tác dụng lên điểm

γ - là trọng lượng riêng của chất lỏng

được xét

 Chất lỏng

(Finish)

4 Áp suất tương đối

Áp suất tương đối, còn gọi là áp suất dư là áp

suất gây ra chỉ do trọng lượng của cột chất lỏng Ngoài ra áp suất tương đối là hiệu giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển Nếu áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển thì ta được áp

suất chân không

Kí hiệu: p tđ , p d

Công thức: p d = γh

 Chất lỏng

(Finish)

h p

trong chất lỏng bằng tổng của

trọng lượng cột chất lỏng bên trên nó-diện tích đáy của cột chất lỏng này bằng một đơn vị diện tích.”

AB B

H

(I) (S) (II) (S) (III) (S)

S ).

H p

( F

F F

(Finish)

IV Các công thức tính cơ bản

Theo tiêu chuẩn DIN ISO 1301 và 1304

(Next)

IV Các công thức tính cơ bản (tt)

Theo tiêu chuẩn DIN ISO 1301 và 1304

(Finish)

V Các định luật, định lý, phương trình cơ bản

5.1 Cho chất lỏng

5.2 Cho chất khí

1 Áp suất thủy tĩnh (Định luật Pascal)

2 Phương trình dòng chảy liên tục (Định luật bảo toàn dòng)

3 Phương trình Bernulli

5.1 Định luật, định lý, phương trình của chất lỏng

 Phát biểu định luật Pascal

 Thí nghiệm Pascal về áp suất thủy tĩnh

(Nguyên lý Pascal)

 Ứng dụng Nguyên lý Pascan

 Khái niệm áp suất thủy tĩnh

Ngoại lực

chất lỏng ở trạng thái tĩnh

áp su t ấ

th y t nhủ ĩ

Ứng suất trong nội bộ chất lỏng

(Finish)

- “Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lượng và ngoại lực) tác dụng lên mỗi phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa”.

- “Tại mỗi điểm của chất lỏng, áp suất theo mọi phương là như nhau”.

- “Áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác

nhau”.

- “Trên cùng một mặt phẳng nằm ngang trong lòng chất

lỏng (cùng độ sâu) áp suất là như nhau tại tất cả các điểm”.

- “Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và thành bình”.

 Phát biểu định luật Pascal:

(Finish)

Độ tăng ỏp suất lờn một chất

lỏng chứa trong bỡnh kớn được

truyền nguyờn vẹn cho mọi điểm

của chất lỏng và của thành bỡnh

Cú thể dựng lực nhỏ để nõng một

chiếc ụ tụ lờn được khụng?

Nguyên lý Pascal được áp dụng rất nhiều trong đời sống và

kỹ thuật: Cần cẩu, kích xe ô tô, phanh thủy lực, v v.

pnp

truyÒn nguyªn vÑn tíi

mäi ®iÓm trong chÊt

Next

 Ứng dụng Nguyên lý Pascan

Ứng dụng Nguyên lý Pascan (tt)

Ứng dụng Nguyên lý Pascan (tt)

ỨNG DỤNG KÍCH THỦY LỰC

1 1

F p

S

S d

⇒

NÕu piston 1 di chuyÓn ®o¹n d 1 , piston 2 di chuyÓn d 2

A=F.d=F 1 d 1 =F 2 d 2 C«ng ®­îc b¶o toµn

Finish

Dòng chảy liên tục Nhận xét: V 1 và V 2 …? V 1 > V 2

Định luật bảo toàn dòng

(Phương trình dòng chảy liên tục):

Ứng dụng tăng tốc trong gia công tia nước Phát biểu Định luật:

Khi tiết diện nhỏ từ từ Vận tốc dòng chảy tăng dần

Tăng tốc trong gia công tia nước

1

v

uur

2v

(Finish)

“ Ở quá trình chảy ổn định của 1 chất lỏng lý

tưởng dưới tác dụng của trọng lực , tại các điểm dọc theo dòng chảy, tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kỳ là một hằng số ”

 Định luật Bernulli (Phương trình Bernulli):

Áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy (Phương trình Bernulli):