Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT p1: Tổng tổn hao áp suất do trở thủy lực p2: Tổng tổn hao áp suất do trở quán tính pd, p0: Tổng tổn hao áp suất do gây biến dạng dầu vào ốn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả và các số liệu nêu trong luận văn là do bản thân tôi

thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Tiến Lưỡng & TS Trần Thị Thanh Hải, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong

luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Lê Trí Thăng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

p1: Tổng tổn hao áp suất do trở thủy lực

p2: Tổng tổn hao áp suất do trở quán tính

pd, p0: Tổng tổn hao áp suất do gây biến dạng dầu vào ống, trở biến dạng

C1, C2: Tổng dung kháng của dầu và ống dẫn

e - Độ lệch tâm

α - Góc nghiêng

k - Hệ số không đều

ε - Khe hở hướng tâm

 - Khe hở hướng tâm tương đối

d - Chiều dài dịch chuyển con trượt van phân phối

kx - Hệ số động lực học thủy lực dòng chất lỏng chảy qua van phân phối

Fp - Diện tích tiết diện ngang của van phân phối

Δf : Hiệu diện tích biến đổi của con trượt

Δρ: Hiệu áp tác dụng lên con trượt van phân phối

LHN: Liên hệ ngược

CHĐK: Chấp hành điều khiển

KĐTL: Khuếch đại thủy lực

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hệ truyền dẫn động cơ chuyển động quay 20

Hình 1.2 : Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến 20

Hình 1.3: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến 20

Hình 1.4 Hệ truyền dẫn động cơ quay lắc 20

Hình 1.5: Sơ đồ tổng quát truyền dẫn thủy lực 23

Hình 1.6: Sơ đồ khối mạch điều khiển thủy lực 24

Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát tính hiệu suất thể tích và hiệu suất áp suất 30

Hình 2.1.: Ký hiệu bơm dầu 34

Hình 2.2: Sơ đồ của một hệ thống thuỷ lực……… 35

Hình 2.3: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài 37

Hình 2.4: Bơm bánh răng ăn khớp trong 37

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán lưu lượng bơm bánh răng 39

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt đơn 41

Hình 2.7: Một số loại bơm cánh gạt 42

Hình 2.8: Bơm cánh gạt dẫn dầu từ trong 43

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt kép 44

Hình 2.10: Bơm pittông hướng kính lệch tâm 46

Hình 2.11 : Bơm pittông hướng trục 48

Hình 2.12: Sơ đồ tính toán lưu lượng của bơm dầu 48

Hình 2.13: Bơm pittông dãy 49

Hình 2.14: Động cơ dầu cánh gạt 52

Hình 2.15: Hộp truyền động dầu ép bằng cánh gạt 54

Hình 2.16: Sơ đồ tính động cơ dầu pittông hướng trục 56

Hình 2.17: Kết cấu động cơ pittông hướng trục 56

Hình 2.18: Xilanh truyền lực 57

Hình 2.19: Một số loại xilanh 57

Hình 2.20: Phương pháp dẫn dầu 58

Hình 2.21: Xilanh nhiều bậc 58

Hình 2.22: Xilanh truyền lực cánh gạt 59

Hình 2.23: Nguồn áp suất với bơm không điều chỉnh 59

Hình 2.24: Nguồn điều chỉnh áp suất và lưu lượng không đổi 60

Hình 2.25: Sơ đồ điều chỉnh áp suất bơm không đổi 60

Hình 2.26: Ký hiệu sơ đồ điều khiển bơm để lưu lượng không đổi 61

Hình 2.27: Điều chỉnh thủy lực để công suất bơm không đổi 61

Hình 2.28: Van an toàn 64

Hình 2.29: Kí hiệu van tràn 64

Hình 2.30 : Van phân áp 64

Hình 2.31: Van cản 65

Hình 2.32: Ký hiệu van tiết lưu 66

Hình 2.33: Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục 66

Hình 2.34: Sơ đồ tính toán tiết diện chảy của van tiết lưu 67

Hình 2.35: Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục 67

Hình 2.36: Van một chiều 68

Hình 2.37: Van một chiều điều khiển được hướng chặn 69

Hình 2.38: Sơ đồ nâng hạ tải khi dùng van một chiều điều khiển được hướng chặn 69

Hình 2.39: Van 2/2 70

Hình 2.40: Van 3/2 70

Hình 2.41: Sơ đồ dùng van 4/2 70

Hình 2.42: Sơ đồ van 4/3 71

Hình 2.43: Van 5/3 71

Hình 2.44: Ký hiệu một số loại van 4/2 71

Hình 2.45: Ký hiệu một số loại van 4/3 72

Hình 2.46: Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều điều khiển trực tiếp 72

Hình 2.47: Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều điều khiển gián tiếp 72

Hình 2.48: Nắp điều chỉnh van bằng cơ khí 73

Hình 2.49: Nắp điều khiển bằng điện từ 74

Hình 2.50: Nắp điều khiển bằng dầu ép 75

Hình 2.51: Van tỉ lệ 78

Hình 2.52: Cuộn cảm servo tỉ lệ 78

Hình 2.53: Van tỉ lệ lưu lượng (Bosch Rexroth) 79

Hình 2.54: Van tỉ lệ lưu lượng 2 tầng 79

Hình 2.55: Van tỉ lệ tăng áp (Bosch Rexroth) 80

Hình 2.56 : Sơ đồ nguyên lý của bộ phận điều khiển con trượt van servo 80

Hình 2.57: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van servo 81

Hình 2.58: Vòi phun động servo nozzle-flapper (Moog) 82

Hình 2.59: Sơ đồ van servo dạng ống phun jet-pipe 83

Hình 2.60: Sơ đồ khối của van servo dạng ống phun jet-pipe 83

Hình 3.1: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngược cơ khí theo vị trí 88

Hình 3.2: Liên hệ ngược cơ khí – thủy lực theo vị trí 88

Hình 3.3: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngược điện thủy lực theo vị trí 89

Hình 3.4: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngược theo tải trọng 89

Hình 3.5: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện - thủy lực liên hệ ngược điện theo tốc độ 90

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn servo chuyển động quay với van servo điện - thủy lực liên hệ ngược điện theo tốc độ 90

Hình 3.7: Điều chỉnh tốc độ động cơ với liên hệ ngược điện - thủy lực 91

Hình 3.8: Sơ đồ truyền dẫn chuyển động quay liên hệ ngược điện thủy lực liên hệ ngược theo tốc độ với điều chỉnh lưu lượng bơm 91

Hình 3.9: Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện thủy lực có liên hệ ngược theo áp suất và vận tốc 101

Hình 3.10: Đồng bộ liên hệ cơ khí 92

Hình 3.11: Đồng bộ bằng kế hợp hai bơm 93

Hình 3.12: Dùng 2 van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng vào 2 xilanh lực 93

Hình 3.1.13: Sơ đồ đồng bộ làm việc cả hai chiều của hai xilanh lực bằng van tiết lưu lắp trên đường ra 94

Hình 3.14: Đồng bộ làm việc bằng liên hệ ngược cơ khí theo vị trí 94

Hình 3.15: Đồng bộ làm việc bằng liên hệ ngược điện theo vị trí hoặc tốc độ 95

Hình 3.16: Đồng bộ làm việc nối tiếp của xilanh lực 96

Hình 3.17: Đồng bộ làm việc của 4 xilanh lực 96

Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo van trượt bốn mép điều khiển………97

Hình 3.19: Sơ đồ cấu tạo van trượt hai mép điều khiển………100

Hình 3.20: Giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống 101

Hình 3.21: Giới hạn nhiệt sinh ra trong hệ thống 102

Hình 3.22: Duy trì áp suất và thay đổi lưu lượng trong hệ thống 102

Hình 3.23: Hộp truyền động bằng thủy lực 103

Hình 3.24: Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 103

Hình 3.25: Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 104

Hình 3.26: Sơ đồ mạch thủy lực máy khoan bàn 105

Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống thuỷ lực máy phay CNC GV-503 106

Hình 3.28: Sơ đồ mạch thuỷ lực kẹp dao, mâm dao của máy phay CNC GV-503 107

Hình 3.29: Sơ đồ mạch thuỷ lực lên xuống của pallet 109

Hình 3.30: Sơ đồ thủy lực bôi trơn trục ổ bi trên máy phay CNC GV-503 110

Hình 3.31: Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực máy ép song động thuỷ lực 100T/30T chuyển dập vuốt điều khiển bằng PLC 111

Hình 3.32: Biểu đồ trạng thái của hệ thống ép 112

Hình 3.33: Sơ đồ phân bố cơ cấu kẹp và dập phôi 112

Hình 3.34: Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy tiện CNC SL-153 114

Hình 3.35: Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy DECKEL MAHO 115

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các loại đường nét và quy ước mã màu trong mạch thủy lực 31

Bảng 2.1 Những hư hỏng và nguyên nhân trong cơ cấu chấp hành 61

Bảng 2.2 Ký hiệu cửa nối van 69

Bảng 2.3 Ký hiệu phương tiện điều khiển van 69

Bảng 2.4 Những điểm khác nhau chính giữa van servo và van tỉ lệ 77

Bảng 2.5 Những hư hỏng và nguyên nhân trong van áp suất và van đảo chiều 84

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện và hoàn thành đề tài tốt nghiệp, ngoài sự

nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân, tập thể trong và ngoài trường

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tiến Lưỡng, TS Trần Thị Thanh Hải

Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội những người đã hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình từ định hướng đến quá trình thực hiện hoàn chỉnh luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo Viện Cơ Khí, đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi làm tốt luận văn

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn Tôi rất mong các thầy cô cùng bạn

bè chỉ bảo thêm để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Người thực hiện

Lê Trí Thăng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2

DANH MỤC HÌNH 3

DANH MỤC BẢNG 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

MỤC LỤC 9

PHẦN MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC 17

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ 17

1.1.1 Sơ lược về sự phát triển 17

1.1.2 Phân loại máy 18

1.2 CƠ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC 19

1.2.1 Khái quát chung về truyền dẫn thủy lực 19

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 22

1.2.3 Mạch động lực và mạch điều khiển trong truyền dẫn thủy lực 23

1.2.3.1 Mạch động lực 23

1.2.3.2 Mạch điều khiển 24

1.2.4 Cơ sở về truyền dẫn thủy lực 25

1.2.4.1 Thế năng 25

1.2.4.2 Động năng 26

1.2.4.3 Dưới dạng nhiệt 26

1.2.4.5 Một số nhân tố ảnh hưởng đến độ nhớt và khả năng làm việc của chất lỏng, chất lỏng Newton, dầu khoáng 26

1.2.4.6 Các vấn đề về lựa chọn dầu bôi trơn 28

1.2.4.7 Hiệu suất trong hệ thống truyền dẫn dầu ép 28

1.2.5 Mã mầu quy ước trong mạch truyền dẫn thủy lực (tiêu chuẩn ISO) 30

1.2.6 Kết luận 33

CHƯƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG 34

2.1 CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG 34

2.1.1 Bơm dầu 34

2.1.1.1 Nguyên lý hoạt động của bơm 34

2.1.1.2 Điều khiển bơm và các hệ thống 35

2.1.1.3 Hiện tượng lọt khí và sủi bọt bóng trong bơm 36

2.1.2 Các loại bơm thủy lực 37

2.1.2.1 Bơm bánh răng 37

2.1.2.2 Bơm cánh gạt 40

2.1.2.3 Bơm piston 45

2.1.3 Động cơ dầu 50

2.1.3.1 Động cơ bánh răng 51

2.1.3.2 Động cơ dầu cánh gạt 51

2.1.3.3 Động cơ pittông 55

2.1.4 Xilanh truyền lực 57

2.1.4.1 Xilanh truyền lực đơn giản 57

2.1.4.2 Xilanh truyền lực vi sai 58

2.1.4.3 Xilanh truyền lực cánh gạt 59

2.1.5 Điều chỉnh bơm và sơ đồ điều chỉnh 59

2.1.5.1 Điều chỉnh bơm 59

2.1.5.2 Một số sơ đồ điều chỉnh và ổn định áp suất, lưu lượng bơm 60

2.1.7 Hiện tượng hư hỏng và các nguyên nhân xảy ra 61

2.2 CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN, ĐIỀU CHỈNH 63

2.2.1 Cơ cấu chỉnh áp 63

2.2.1.1 Van an toàn 64

2.2.1.2 Van tràn 64

2.2.1.3 Van phân áp 64

2.2.1.4 Van cản 65

2.2.2 Cơ cấu chỉnh lưu 65

2.2.2.1 Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục 66

2.2.2.2 Van tiết lưu điều chỉnh quanh trục 67

2.2.3 Cơ cấu dẫn hướng 68

2.2.3.1 Van một chiều 68

2.2.3.2 Van đảo chiều 69

2.2.4 Van tỉ lệ và van servo 76

2.2.4.1 Van tỉ lệ 77

2.2.4.2 Van Servo 80

2.2.5 Hiện tượng hư hỏng và các nguyên nhân xảy ra 83

2.2.6 Các thiết bị phụ dùng trong hệ thống thuỷ lực 84

2.2.6.1 Bể chứa 84

2.2.6.2 Thiết bị làm nguội 85

2.2.6.3 Bộ lọc 85

2.2.6.4 Đồng hồ đo áp 85

2.2.6.5 Ống dẫn, ống nối, tấm nối 85

2.2.6.6 Vòng chắn 86

2.2.6.7 Rơle áp suất 86

2.2.7 Kết luận 87

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CÁC PHẦN TỬ THUỶ LỰC TRONG MÁY CÔNG CỤ 88 3.1 LIÊN HỆ NGƯỢC VÀ ĐỒNG BỘ HÓA ĐIỀU KHIỂN 88

3.1.1 Cơ cấu điều khiển có liên hệ ngược 88

3.1.1.1 Liên hệ ngược theo vị trí 88

3.1.1.2 Liên hệ ngược theo tải trọng 89

3.1.1.3 Liên hệ ngược theo tốc độ 90

3.1.1.4 Liên hệ ngược theo công suất 92

3.1.2 Đồng bộ làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành 92

3.1.2.1 Đồng bộ hóa dùng liên hệ cơ khí 92

3.1.2.2 Đồng bộ bằng kết hợp hai bơm 92

3.1.2.3 Đồng bộ dùng tiết lưu 93

3.1.2.4 Đồng bộ nhờ liên hệ ngược cơ khí theo vị trí 94

3.1.2.5 Đồng bộ liên hệ ngược điện 95

3.1.2.6 Đồng bộ nối tiếp của nhiều xilanh lực 96

3.2 PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG BỘ KHUẾCH ĐẠI THỦY LỰC VỚI LIÊN HỆ NGƯỢC THEO DỊCH CHUYỂN VAN PHÂN PHỐI………97

3.2.1 Với con trượt bốn mép điều khiển……… 97

3.2.2 Với con trượt hai mép điều khiển……….100

3.3 MỘT SỐ MẠCH THỦY LỰC CƠ BẢN 101

3.3.1 Mạch giới hạn áp suất làm việc trong hệ thống 101

3.3.2 Mạch giới hạn nhiệt sinh ra trong hệ thống 101

3.3.3 Mạch duy trì áp suất và thay đổi lưu lượng 102

3.3.4 Kẹp chặt chi tiết gia công 103

3.4 ỨNG DỤNG CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG MÁY CÔNG CỤ 105

3.4.1 Mạch thủy lực dùng trong máy khoan bàn 105

3.4.2 Mạch thuỷ lực trong máy phay CNC GV-503 106

3.4.3 Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực máy ép song động thủy lực 100T/30T chuyển dập vuốt điều khiển bằng PLC 111

3.4.4 Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy tiện CNC SL-153 114

3.4.5 Sơ đồ hệ thống thủy lực trong máy phay CNC DECKEL MAHO 115

3.5 Kết luận 116

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập hóa toàn cầu, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, mức độ tự động hóa quá trình sản xuất cũng như các máy móc, thiết bị đã ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong mọi hoạt động đời sống Sự kết hợp giữa các phương tiện truyền động như điện, điện tử, cơ khí, thủy lực, khí nén ngày càng có hiệu quả và đã được ứng dụng phổ biến Đặc biệt là truyền động thủy lực trong lĩnh vực máy công cụ Truyền động thủy lực là một tiến bộ khoa học kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm trở lại đây trong nhiều ngành chế tạo máy, nhất là trong chế tạo máy công cụ Máy công cụ đã có sự phát triển vượt bậc cả

về chủng loại, số lượng, tính năng và hiệu quả sử dụng của nó Việc ứng dụng truyền động thủy lực ngày càng nhiều trên các máy công cụ như vậy vì nó có nhiều ưu điểm hơn các kiểu truyền động khác, tuy nhiên để khai thác hết các ưu điểm ngoài việc yêu cầu phải có ngành chế tạo máy tiên tiến, chúng đòi hỏi phải có chế độ bảo dưỡng, chăm sóc kỹ thuật hợp lý, cũng như sự am hiểu và phối hợp của từng cụm thiết bị Trong hệ thống thủy lực các cụm chi tiết có vai trò cực kỳ quan trọng với cả hệ thống, một cụm làm việc kém hiệu quả cũng đủ làm giảm rất lớn hiệu suất của máy, thậm chí còn có thể làm máy dừng hoạt động

Nhờ những tính năng ưu việt riêng của mình, hệ thống thủy lực đã góp phần đáng kể trong tự động hóa và có mặt trong hầu hết các máy công cụ hiện nay Điều này được hiện rõ trong truyền dẫn vô cấp về tốc độ, vô cấp về tải trọng, điều khiển quá trình…

Hầu hết tất cả các máy công cụ nói chung đều phải đảm bảo các yêu cầu cần thiết

về môi trường, an toàn, độ tin cậy, tuổi thọ và các thiết bị xung quanh, giảm giá thành chế tạo, bảo trì và nâng cao năng suất Vì lẽ đó mỗi bộ phận hay phần tử cấu thành hệ thống truyền dẫn, điều khiển đều phải thể hiện được nhiệm vụ nhất định Dù đơn giản hay phức tạp thì trong nó luôn tồn tại hai dòng năng lượng cho mạch động lực và mạch điều khiển Để điều khiển hoạt động của hệ thống thủy lực theo mục đích định trước thì có rất nhiều phương án, phương án được sử dụng rộng rãi nhất là sử dụng các phần

tử tham gia điều khiển điều chỉnh: cơ cấu điều chỉnh áp suất, cơ cấu điều chỉnh lưu lượng và cơ cấu điều chỉnh hướng Chính việc hiểu rõ tính năng, công dụng, ưu nhược

điểm của các cơ cấu điều chỉnh này giúp cho người thiết kế, vận hành, sửa chữa các máy móc trang thiết bị sẽ hoạt động chính xác hơn, tin cậy hơn và năng suất hơn Qua các thông số xác định được trong quá trình nghiên cứu, ta có thể xác định được thời gian làm việc, định ra các nguyên tắc khai thác kỹ thuật hợp lý hay đánh giá chất lượng chung cho các cụm máy nói riêng cũng như toàn bộ hệ thống thủy lực nói chung Bên cạnh đó công tác nghiên cứu còn cung cấp những số liệu rất thực tiễn hết sức quan trọng và chỉ ra các biện pháp công nghệ hợp lý trong công tác chế tạo mới Mạch điều khiển nói chung hay mạch điều khiển thủy lực nói riêng bao giờ cũng

có những thông số tác động để tạo nên sự điều khiển đó là các thông số đầu vào, và các đối tượng chịu tác động điều khiển đó là đầu ra Từ đó, nghiên cứu các phần tử thủy lực một cách tổng hợp để có thể miêu tả hệ thống điều khiển dưới dạng toán học Nhằm xây dựng phương án tối ưu cho hệ thống điều khiển thủy lực không những chỉ cho máy công cụ mà còn áp dụng trong các lĩnh vực tự động hóa khác

Xuất phát từ những nhu cầu thiết thực trên tôi đã chọn và thực hiện đề tài luận

văn: “Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ” làm đề tài luận văn

tốt nghiệp cao học của mình

Mục đích nghiên cứu:

- Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển thủy lực trong máy công cụ

- Tìm hiểu cơ sở truyền dẫn thủy lực cấu trúc tổng quát về mạch động lực và mạch điều khiển dùng thủy lực

- Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng trong hệ thống điều khiển thủy lực: Cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển, điều chỉnh

- Nghiên cứu các vấn đề về tự động điều chỉnh bơm, điều chỉnh động cơ đảm bảo

áp suất, lưu lượng không đổi và đồng bộ hóa làm việc của nhiều cơ cấu chấp hành như: đồng bộ liên hệ ngược cơ khí, liên hệ ngược điện, đồng bộ bằng tiết lưu…nhằm đưa ra sơ đồ điều chỉnh thích hợp

- Nghiên cứu về cơ cấu điều khiển, điều chỉnh của các loại van chỉnh áp, chỉnh lưu lượng và chỉnh hướng thông qua sự nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế tạo như khe hở hướng tâm, chuyển động dọc trục,… ảnh hưởng đến độ nhạy điều khiển của van

thông qua phân tích các sơ đồ thủy lực, từ đó chỉ ra ưu, nhược điểm của hệ truyền dẫn thủy lực

- Nghiên cứu những vấn đề hư hỏng, sự cố thường xảy ra đối với các phần tử thủy lực trong hệ dẫn động

Đối tượng nghiên cứu:

- Cơ cấu biến đổi năng lượng trong hệ thống điều khiển thủy lực

- Phần tử chức năng điều khiển trong hệ thống điều khiển thủy lực

- Nghiên cứu các vấn đề sự cố hư hỏng quan trọng thường hay xảy ra trong hệ

thống điều khiển thủy lực

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với xây dựng khảo sát

trên mô hình thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết bắt đầu từ quan sát hiện tượng và mô

tả bằng mô hình cơ học, vật lý và toán học Nghiên cứu bằng thực nghiệm dùng để kiểm tra lại các kết quả từ lý thuyết, bổ sung và làm cơ cở cho lý thuyết trong việc

nghiên cứu kết quả trên mô hình toán

Với đề tài: “Nghiên cứu một số phần tử thủy lực trong máy công cụ” Tác giả

đã hoàn thành được đề tài và đạt được kết quả sau:

- Đưa ra cách nhìn tổng quan về hệ truyền dẫn thủy lực thông qua việc khái quát mạch động lực và mạch điều khiển

- Chỉ ra các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng: các cơ cấu biến đổi năng lượng, vấn đề tự điều chỉnh bơm và động cơ, sơ đồ điều chỉnh chung

- Chỉ ra các đặc tính cơ bản của các phần tử chức năng: cơ cấu điều khiển, điều chỉnh của các loại van chỉnh áp, chỉnh lưu lượng và chỉnh hướng

- Xác định rõ vai trò, ứng dụng cũng như tính ưu việt của các phần tử thủy lực thông qua việc khảo sát, phân tích các mạch thủy lực cơ bản của những máy công cụ

phổ biến như máy cắt kim loại (máy vạn năng, điều khiển số), máy đột dập…

- Kinh nghiệm chẩn đoán, khắc phục và sửa chữa những hư hỏng thường xẩy ra đối với các phần tử thủy lực trong hệ dẫn động

Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế về năng lực cũng như thời gian thực hiện nên đề tài không tránh khỏi những sai sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ

1.1.1 Sơ lược về sự phát triển

Máy công cụ cắt gọt kim loại là trang thiết bị chủ yếu dùng trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết của máy móc, khí cụ, các dụng cụ, các sản phẩm dùng trong sản xuất và đời sống Máy công cụ có lịch sử phát triển lâu dài gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Vào khoảng năm 1200 kỉ nguyên trước, người ta đã khai quật được một chậu cây được cho rằng đã được gia công bằng máy tiện Kỹ thuật của máy tiện vào thời gian đó cũng đã được mở rộng tới châu Âu và vùng cận đông Nói chính xác hơn về sự phát triển của máy công cụ, là từ thế kỉ 14, do

sự cần thiết phải gia công chính xác bằng phát minh về đồng hồ máy đầu tiên ở thế kỉ

14 Tuy nhiên, đồng hồ máy là đối tượng nhỏ, sự xuất hiện của đối tượng máy công cụ tương đối lớn là phát minh ra máy chạy bằng hơi nước vào thế kỉ 18, mở ra thời đại gia công độ chính xác cao bằng piston và xi lanh Khi nhiều máy chính xác hơn ra đời,

hệ thống sản xuất hàng loạt nhanh chóng được nền công nghiệp chấp nhận và đưa vào

để sản xuất một số lượng lớn các chi tiết giống hệt nhau Ở nửa sau thế kỉ 19, một lượng lớn các máy công cụ ra đời dùng trong hoạt động gia công kim loại như máy cắt, máy khoan, máy cán, máy mài Cùng với nó, các công nghệ điều khiển bằng thuỷ lực, khí nén, bằng điện cũng được phát triển, điều khiển chuyển động đòi hỏi sự chính xác trở nên dễ dàng hơn Năm 1947 John Parsons, Parsons Corporation, ở thành phố Traverse, bang Michigan đã bắt đầu nghiên cứu với ý tưởng về một chiếc máy công cụ

có thể thao tác ở mọi góc độ, sử dụng dữ liệu số để điều khiển chuyển động của máy

và tới năm 1952, họ đã thành công với chiếc máy có đầu cắt chuyển động 3 chiều Rất nhanh sau đó, hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đều cho ra các máy NC Từ đây

NC được cải tiến nhanh chóng trong công nghiệp điện tử để phát triển các sản phẩm mới Các bộ điều khiển trở nên nhỏ hơn, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn Sự phát triển của các máy công cụ, các bộ điều khiển khiến cho chúng được sử dụng nhiều hơn Cho tới năm 1976, những máy NC điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình mà các thông tin viết dưới dạng số đã được sử dụng rộng rãi Cũng vào năm đó, người ta đã đưa một máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều

khiển và mở rộng bộ nhớ của máy, các máy này được gọi là các máy CNC (Computer Numerical Control) Với phát minh ra máy tính vào nửa đầu thế kỉ 20, việc điều khiển

tự động hoá máy công cụ có thêm bước tiến mới Ngày nay số lượng chủng loại và mức độ hiện đại hóa của máy càng gia tăng do được ứng dụng những thành tựu tiên tiến nhất của tin học, vì vậy năng suất lao động ngày càng tăng, góp phần đáng kể vào

sự phát triển của nền kinh tế đất nước, đáp ứng nhu cầu của xã hội Có thể tóm tắt quá trình phát triển của máy công cụ theo sơ đồ sau:

1.1.2 Phân loại máy

Có nhiều cách phân loại máy công cụ:

-Theo mức độ phạm vi sử dụng: có máy vạn năng, máy chuyên môn hóa, máy chuyên dùng, máy tổ hợp Mức vạn năng ở đây chỉ có giới hạn trong phạm vi công nghệ, đối tượng gia công ví dụ tiện ren vít vạn năng, phay vạn năng…, có thể vạn năng rộng làm nhiều việc như tiện, khoan, mài… như máy 1A95 có thể tiện, khoan, phay

- Theo mức độ tự động hóa: có máy bán tự động, máy tự động

- Theo cấp chính xác: có cấp chính xác thường, cao và đặc biệt cao

- Theo trọng lượng: loại nhẹ có trọng lượng 1 tấn, loại trung bình tới 10 tấn, loại nặng từ 10 đến 30 tấn, máy hạng nặng từ 30 đến 100 tấn, loại cực nặng hơn 100 tấn (máy tiện đứng cực nặng có trọng lượng tới 1600 tấn)

Ngày nay các máy công cụ đã được cải tiến đáng kể cả về kiểu dáng và chức

Cơ khí thủ

công

Cơ khí hóa

Làm việc

bằng tay

Làm việc bằng máy

→ Trung tâm gia công CNC

→ Dây chuyền sản xuất linh hoạt và tích hợp (FMS & CIM)

(Dùng cho dạng sản xuất loạt nhỏ)

năng, nhằm thực hiện các vấn đề về sản xuất hàng loạt, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Vì vậy vấn đề về tự động hóa và cơ khí hóa cũng phải luôn được nghiên cứu và cải tiến kịp thời Đặc biệt là vấn đề về truyền dẫn thủy lực trong máy công cụ

1.2 CƠ SỞ VỀ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC

1.2.1 Khái quát chung về truyền dẫn thủy lực

Truyền dẫn thủy lực là tổ hợp các cơ cấu thủy lực, dùng môi trường chất lỏng làm trung gian để truyền các cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong

đó có thể biến đổi vận tốc, lực, mômen và biến đổi dạng theo quy luật của chuyển động Truyền dẫn thủy lực phù hợp với việc truyền công suất lớn, đặc điểm êm dịu, ổn định và dễ tự động hóa mà các truyền động khác không có Hệ truyền dẫn thủy lực được phân làm hệ truyền dẫn thủy lực dạng động lực và hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích

- Hệ truyền dẫn thủy lực dạng động lực: Làm việc dựa trên việc điều khiển

động năng của dòng chất lỏng

- Hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích: Làm việc dựa trên việc điều khiển thế

năng của dòng chất lỏng Hay chính là lưu lượng của dòng chất lưu Vì vậy được gọi là

hệ truyền dẫn thủy khí dạng thể tích

Hệ truyền dẫn thủy lực dạng thể tích bao gồm: Thiết bị truyền động, thiết bị

điều khiển, thiết bị phụ trợ và đường ống dẫn

Thiết bị truyền động: Máy bơm dạng thể tích, động cơ thủy lực dạng thể tích, bình tích thủy lực,

Thiết bị điều khiển: Van phân phối, van điều áp, van điều tích, bộ khuếch đại thủy lực

Thiết bị phụ trợ gồm: Bình chứa, rơle thủy lực, thiết bị lọc, thiết bị bít kín,…

Đường ống dẫn: Dùng để dẫn chất lỏng trong quá trình vận hành hệ truyền dẫn

thủy lực dạng thể tích Các dạng ống ( ống cứng, ống mềm, ống nối, …) dựa trên công dụng và vị trí lắp ống được đặt tên: đường ống hút, đường ống nén, đường ống thoát, đường ống xả, đường ống tín hiệu

Dựa trên cấu trúc và đặc tính các bộ phận, các thành phần tham gia vào hệ truyền dẫn Hệ truyền dẫn dạng thể tích phân loại như sau:

 Dựa trên đặc tính chuyển động cơ cấu làm việc của động cơ phân ra:

Hệ truyền dẫn - động cơ chuyển động quay: Động cơ là motor thủy lực, dẫn động trục quay không giới hạn (hình 1.1)

Hình 1.1: Hệ truyền dẫn động cơ chuyển động quay

Hệ truyền dẫn - động cơ tính tiến: Động cơ là xilanh thủy lực có khả năng chuyển động tịnh tiến khứ hồi (hình 1.2 và hình 1.3)

Hình 1.2: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến Hình 1.3: Hệ truyền dẫn động cơ tịnh tiến

Hệ truyền dẫn - động cơ quay lắc: Động cơ là các động cơ quay lắc, dẫn động trục thực hiện quay khứ hồi một góc giới hạn, thường là nhỏ hơn 3600

(hình 1.4)

 Dựa trên khả năng điều khiển phân ra: hệ truyền dẫn điều khiển và hệ truyền dẫn không điều khiển

Hệ truyền dẫn điều khiển: Là hệ mà trong quá trình vận hành vận tốc của cơ cấu làm việc (cơ cấu chấp hành) có thể thay đổi theo yêu cầu Để thay đổi vận tốc cơ cấu chấp hành cần phải thay đổi lưu lượng dòng chất lỏng

Dựa trên các cách thay đổi lưu lượng chất lỏng, hệ truyền dẫn điều khiển phân ra: điều khiển dạng van tiết lưu (hình 1.2 và hình 1.3), điều khiển dạng thể tích (sử dụng máy bơm, động cơ có khả năng thay đổi thể tích làm việc – cũng chính là lưu lượng riêng) (hình 1.1), điều khiển dạng kết hợp van tiết lưu – thể tích , điều khiển vận tốc dộng cơ dẫn động máy bơm thủy lực

Dựa trên đặc tính điều khiển hệ truyền dẫn điều khiển cũng có thể phân ra: điều khiển bằng tay, điều khiển tự động

Dựa vào yêu cầu nhiệm vụ điều khiển phân ra: điều khiển ổn định, điều khiển tuần tự, điều khiển lập trình

Hệ truyền dẫn không điều khiển: là hệ trong quá trình vận hành không thể thay đổi vận tốc cơ cấu làm việc

 Dựa vào sơ đồ tuần hoàn chất lỏng phân ra:

Hệ truyền dẫn mạch kín (hình 1.1): Trong đó chất lỏng từ động cơ thoát ra được dẫn vào cửa hút của máy bơm Hệ truyền dẫn mạch kín có ưu điểm nhỏ gọn, có khối lượng không lớn, trục quay máy bơm có thể đạt được tần số lớn mà không xuất hiện sủi bọt bóng Nhược điểm hệ này đó là làm nguội chất lỏng kém, và phải tháo toàn bộ chất lỏng ra khi sửa chữa

Hệ truyền dẫn mạch hở (hình 1.2; 1.3; 1.4): Trong đó chất lỏng được cung cấp từ bình chứa hoặc trực tiếp từ ngoài khí quyển Ưu điểm: làm nguội, và lọc chất lỏng tốt Nhược điểm: cồng kềnh, khối lượng lớn, tần số trục máy bơm giới hạn

 Dựa vào nguồn cung cấp chất lỏng cho hệ truyền dẫn phân ra:

Hệ truyền dẫn dùng máy bơm: chất lỏng đổ vào động cơ được cấp từ máy bơm Máy bơm này tham gia vào thành phần hệ truyền dẫn

Hệ truyền dẫn dùng bình tích: chất lỏng đổ vào động cơ được cấp từ bình tích Bình tích duy trì áp suất từ một nguồn bên ngoài, nguồn này không tham gia vào thành

phần hệ truyền dẫn

Hệ truyền dẫn dùng mạng lưới: chất lỏng đổ vào động cơ được cấp từ mạng lưới chuyên dụng, mạng lưới này không tham gia vào thành phần của hệ truyền dẫn

 Dựa vào loại dẫn động của động cơ thủy lực: Hệ truyền dẫn tới máy phát

điện, hệ truyền dẫn tới Tubin

5-Hệ truyền dẫn hoạt động dựa trên định luật Pascan: Sự thay đổi áp suất tại một điểm tĩnh bất kỳ trong hệ chất lỏng mà không làm thay đổi trạng thái cân bằng của nó được truyền đi nguyên vẹn tới tất cả các điểm còn lại trong hệ đó

Máy bơm 1 cung bơm chất lỏng theo đường ống 3, qua van phân phối 5 tới động

cơ thủy lực Van phân phối 5 có 2 vị trí tương ứng với quá trình làm việc có tải và không tải của động cơ Chất lỏng thoát ra từ máy bơm được đổ vào thùng chứa 9 (đối

với mạch hở) hoặc đổ vào cửa hút của máy bơm (đối với mạch kín) Trong thùng chứa chất lỏng được làm nguội và lại quay trở lại hệ truyền dẫn Bộ lọc 8 dùng để lọc cặn bẩn trong chất lỏng đảm bảo độ tin cậy làm việc của hệ

Điều khiển vận tốc cơ cấu làm việc của động cơ : sử dụng mạch dạng van tiết lưu hoặc mạch thể tích Khi điều khiển bằng van tiết lưu, trong mạch lắp đặt máy bơm cố định ( máy bơm không điều chỉnh), điều chỉnh vận tốc cơ cấu làm việc thông qua điều chỉnh lưu lượng qua van 6 Khi điều khiển thể tích vận tốc cơ cấu chấp hành của động điều chỉnh thông qua điều chỉnh lưu lượng của máy bơm hoặc lưu lượng motor thủy lực

Bảo vệ hệ truyền dẫn sử dụng van an toàn 4a và van tràn 4b Kiểm tra áp suất bằng đồng hồ đo 11

Trong hệ truyền dẫn không thể tránh khỏi rò rỉ Đối với hệ truyền dẫn mạch kín

để đảm bảo vận hành cần bộ phận bù rò rỉ - hệ máy bơm 1a ( hình 1.1)

1.2.3 Mạch động lực và mạch điều khiển trong truyền dẫn thủy lực

Mỗi bộ phận hay phần tử cấu thành hệ thống truyền dẫn đều phải thể hiện nhiệm

vụ nhất định Trong đó luôn tồn tại hai dòng năng lượng cho mạch động lực và mạch điều khiển Hình 1.5 giới thiệu tổng quát sơ đồ truyền dẫn thủy lực

Hình 1.5: Sơ đồ tổng quát truyền dẫn thủy lực

1 Trung tâm xử lý điều khiển 2 Động cơ điện

3 Bơm dầu hoặc động cơ dầu 4 Cơ cấu điều khiển điều chỉnh

5 Động cơ dầu chuyển động quay 6 Động cơ dầu chuyển động thẳng

7 Cơ cấu chấp hành trong trường hợp

chuyển động quay hoặc thẳng

năng lượng của chất lỏng dưới dạng áp suất (thế năng) truyền qua đường ống thông qua cơ cấu điều khiển, điều chỉnh 4 tới động cơ chuyển động quay 5 (cơ năng), rồi tới

cơ cấu chấp hành 7 như quay trục chính, quay bàn máy, quay đầu vặn vít … ; hoặc tới động cơ chuyển động thẳng (piston, xilanh) mang cơ cấu chấp hành 7 như bàn dao, bàn máy…; hoặc cơ cấu chấp hành nhận đồng thời cả hai chuyển động thẳng và chuyển động quay bằng năng lượng chất lỏng…

Đặc trưng về kỹ thuật cho các cơ cấu chấp hành trong hệ thống truyền dẫn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Về động học: Tốc độ nmin  nmax (đối với chuyển động quay) hoặc vmin  vmax

(đối với chuyển động thẳng)

- Về động lực học: Tải trọng lớn nhất Pmax cho chuyển động thẳng Mômen truyền Mx cho chuyển động quay hoặc công suất truyền động N

- Về mức độ tự động hóa: chủ yếu do hệ thống điều khiển quyết định

1.2.3.2 Mạch điều khiển

Mạch điều khiển phải đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của các cơ cấu chấp hành về động học, động lực học cũng như chế độ làm việc kể đến mức độ tự động của toàn hệ thống

Tín hiệu X đầu vào qua trung tâm xử lý điều khiển 1 đến các cơ cấu hoặc bộ phận chấp hành điều khiển (đơn lẻ hoặc kết hợp điều khiển) động cơ điện 2 bơm 3 cơ cấu điều khiển điều chỉnh 4 qua động cơ 5 hoặc 6 đến cơ cấu chấp hành 7 Cơ cấu chấp hành 7 coi đại lượng ra là Y Đại lượng đầu ra Y có thể là: tốc độ, thời gian, vị trí, lực, công suất truyền… Sơ đồ khối của mạch điều khiển kín cho hệ thống thủy lực được nêu ra như hình dưới đây:

Hình 1.6: Sơ đồ khối mạch điều khiển thủy lực

X là tín hiệu vào, thường là các đại lượng vật lý như hành trình dịch chuyển hoặc tốc độ, thời gian, lực hoặc áp suất tác dụng, điện từ kể cả ánh sáng… được chuyển đến

vật mang tin (dưỡng, đĩa từ, bìa đục lỗ…), qua bộ phận xử lý tín hiệu đến khuếch đại (KĐ), sau đó đến bộ phận chấp hành điều khiển (CHĐK) như các van, rơle, … và cuối cùng đến cơ cấu chấp hành Y Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp hành với điều khiển mạch kín cần phải dùng các cảm biến 8 (cảm biến hành trình, tốc độ, thời gian, lực hoặc áp suất…) chuyển qua bộ phận liên hệ ngược (LHN) xử lý và gửi về bộ phận nhận tín hiệu để đảm bảo cho tương thích với yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu chấp hành

Hình 1.6 mô tả mô hình toán học chung cho hệ điều khiển với nhiều tín hiệu vào

và ra được sử dụng tham số thời gian t Phương trình để giải quyết có thể dưới dạng hàm tường Y(t) = F(Xt) hoặc ẩn F(X,Y)=0

Truyền dẫn bằng chất lỏng về bản chất là dùng năng lượng áp suất (thế năng) biến thành cơ năng để quay hoặc tịnh tiến cho cơ cấu chấp hành Về hình thức, kết cấu

và chức năng của các phần tử trong hệ truyền dẫn thủy lực đều đảm nhận những nhiệm

vụ khác nhau với những công dụng, ưu nhược điểm khác nhau

1.2.4 Cơ sở về truyền dẫn thủy lực

Ở trong những máy công cụ đơn giản, để truyền chuyển động đến cơ cấu chấp hành thường sử dụng các hệ dẫn động cơ khí như: bộ truyền đai, xích, bánh răng, bánh

ma sát, trục, khớp nối… Còn trong một số máy, thiết bị phức tạp hơn người ta hay dùng truyền dẫn bằng chất lỏng, chất khí Trong đó chất lỏng được sử dụng phổ biến cho những trường hợp có công suất lớn và độ ổn định cao

Truyền dẫn năng lượng bằng chất lỏng có thể được thực hiện dưới các dạng sau đây:

Trong đó: Q – gọi là lưu lượng [m3

/s]

Nếu dòng chất lỏng có áp suất p [N/m2], chuyển động với lưu lượng là Q [m3/ph] thì công suất thực hiện được là:

[K ] 60.1000

Vậy truyền dẫn thủy lực trong máy dùng thế năng dưới dạng áp suất là chính

1.2.4.4 Một số nhân tố ảnh hưởng đến độ nhớt và khả năng làm việc của

chất lỏng, chất lỏng Newton, dầu khoáng

t, 50 - độ nhớt động học của dầu ở nhiệt độ t0C và 500C

n - chỉ số phụ thuộc vào độ nhớt của từng loại dầu

Chính vì vậy, nhất là đối với các máy CNC, người ta luôn mong muốn nhiệt độ

trong quá trình làm việc tăng càng ít càng tốt để độ nhớt của dầu ít thay đổi để cho hệ thống thủy lực làm việc ổn định hơn

Để đánh giá sự thay đổi này thường theo chỉ số độ nhớt k= 50/100 Người ta luôn mong muốn chỉ số độ nhớt k1 Để đạt được điều đó, người ta cho thêm chất phụ gia vào dầu khoáng, dầu tổng hợp

b Ảnh hưởng của áp suất

Áp suất tăng, độ nhớt của dầu cũng tăng theo quan hệ: p=0a

Trong đó: p, 0: Độ nhớt ở áp suất khí quyển, áp suất p

a = 1,0021,004

Hoặc: p=0(1+kp)

Trong đó: p,0: độ nhớt động học ở áp suất khí quyển, áp suất p

k: hệ số phụ thuộc vào độ nhớt của dầu 5015cSt thì k=0,02

50>15cSt thì k=0,003

Ta thấy rằng độ nhớt này tăng không nhiều, khi tính toán trong truyền dẫn cho thiết bị và máy móc thường lấy cố định theo tiêu chuẩn ghi cho mỗi loại dầu

c Ảnh hưởng của độ đàn hồi của dầu

Khi dầu chịu áp suất cao sẽ bị biến dạng, thể tích giảm Trong hệ thống dầu ép, đặc biệt khi áp suất thay đổi, sự biến dạng đó luôn thay đổi sẽ gây ra rung động và truyền động trong hệ thống không ổn định

d Ảnh hưởng của không khí lẫn trong dầu

Thông thường, trong hệ thống chuyển động bằng dầu ép, lượng không khí lẫn trong dầu chiếm từ 0,5 – 5% thể tích của dầu, có khi đến 15-20% Khí lẫn trong dầu làm giảm môđun đàn hồi khi làm việc, giảm độ ổn định truyền động của cơ cấu, làm chuyển động bị đứt quãng, rung động, chậm truyền tín hiệu cho cơ cấu, làm thay đổi

độ nhớt của dầu (chất lỏng không đổng nhất) có quan hệ: h 1 0, 015

d

b



  

b - tỷ lệ phần trăm lượng khí lẫn trong dầu

h, d - độ nhớt động lực hỗn hợp dầu lẫn không khí và dầu không lẫn không khí Mặt khác, việc giảm lượng không khí lẫn trong dầu cũng đồng nghĩa với việc giảm các chất bụi bẩn lẫn vào dầu Các hạt bẩn làm tắc dòng chảy của van tiết lưu, van

phân phối, làm gián đoạn màng dầu, ảnh hưởng xấu tới bôi trơn, làm rung động cho hệ thống, gây xước, mòn bề mặt làm việc của piston, xilanh, van… Do vậy, việc lọc sạch dầu trước khi sử dụng là rất quan trọng

1.2.4.5 Các vấn đề về lựa chọn dầu bôi trơn

- Độ nhớt phải phù hợp với điều kiện làm việc

+ Hệ thống làm việc với vận tốc cao phải chọn loại dầu có độ nhớt thấp để làm giảm ma sát, sinh nhiệt, làm hiệu suất giảm

+ Hệ thống làm việc với áp suất cao phải chọn loại dầu có độ nhớt cao để giảm

+ Đối với hệ thống làm việc với:

Áp suất từ 30 – 70 bar thì dùng dầu có độ nhớt 30 – 50cSt,

Áp suất từ 70 – 175bar thì dùng dầu có độ nhớt 60 – 100cSt

Áp suất >175bar thì dầu có độ nhớt từ 100 – 200 cSt

- Đối với hệ thống làm việc trong giới hạn nhiệt độ khá rộng (200C – 700C) có thể dùng dầu có độ nhớt 20 – 30cSt

- Độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ K1: vì khi nhiệt độ thay đổi, độ nhớt thay đổi dẫn đến điều kiện làm việc các hệ thống không ổn định

- Đảm bảo tính bôi trơn tốt, không bị phá hủy (oxy hóa, cong vênh, mòn…) các

Là tổn thất do ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau

Tổn thất cơ khí trong bơm được biểu thị bằng hiệu suất cơ khí của bơm:

cb

N n

p - áp suất của dầu [N/m2]

N0 - công suất thực tế đo trên trục bơm

Hiệu suất cơ khí của động cơ dầu:

0

d cb

d

N n

N



Nd - công suất đo trên trục động cơ dầu

Nod - công suất tương ứng với lưu lượng dầu Qd thực tế chảy qua động cơ và áp suất để quay động cơ: N =od 4 [ ]

Tổn thất thể tích của bơm được thể hiện bằng hiệu suất thể tích của bơm:

0

b tb

Q Q

 

Qb: lưu lượng thực tế của bơm khi làm việc với áp suất p

Q0: lưu lượng danh nghĩa của bơm, lấy bằng trị số lưu lượng khi p=0

Trong động cơ dầu, hiệu suất thể tích được tính: d

tb

Q Q

 

Q: lưu lượng vào động cơ

Qd: lưu lượng qua động cơ để tạo thành số vòng thực nd của bơm

Mômen tải trọng M (chuyển động quay) và lực P (chuyển động thẳng) tăng lên thì sự rò rỉ càng lớn Nếu không kể đến dò dầu trên đường truyền thì tổn thất thể tích trên hệ thống được xác định theo hiệu suất thể tích là: t=tbtd

c Tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất là sự giảm áp do sức cản trên đường truyền động từ bơm đến động cơ dầu Sức cản này phụ thuộc vào nhiều yếu tố do: chiều dài ống dẫn, thay đổi tiết diện ống dẫn, thay đổi hướng chuyển động, tốc độ và loại dầu hay độ nhớt của dầu Hiệu suất áp suất được tính:

p - tổn thất áp suất trên đường truyền dẫn

d Hiệu suất truyền dẫn trong hệ thống

Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát tính hiệu suất thể tích và hiệu suất áp suất Trong đó:

p1 - tổng tổn hao áp suất do trở thủy lực

p2 - tổng tổn hao áp suất do trở quán tính

pd, p0 - tổng tổn hao áp suất do biến dạng dầu vào ống, trở biến dạng

C1, C2 - tổng dung kháng của dầu và ống dẫn

Hiệu suất của truyền dẫn thủy lực là:  = bơm truyền dẫn động cơ =b td dc

Khi thiết kế mạch, người ta thường bỏ qua tổn hao áp suất thắng quán tính và các biến dạng nếu ống dẫn cứng tuyệt đối Với mạch điều khiển dùng thủy lực thì phải chú

ý đến cả 3 loại tổn hao trên vì ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển, đặc biệt khi dùng ống mềm dễ bị biến dạng

1.2.5 Mã mầu quy ước trong mạch truyền dẫn thủy lực (tiêu chuẩn ISO)

Để hiểu tốt hơn về các phần của mạch hoạt động người ta đã sử dụng mã màu

quy ước cho các đường truyền và thành phần hợp thành Mã màu tóm tắt cơ bản việc giới thiệu, thiết kế hoặc những vấn đề kỹ thuật để làm sáng tỏ các nguyên tắc, chức năng hoạt động của nó Chính vì vậy tùy thuộc vào từng trường hợp để sử dụng phổ biến Phần lớn trong việc đào tạo và hướng dẫn sử dụng, cũng như trong việc chế tạo máy đều có sử dụng mã mầu quy ước Sau đây là một số mã màu quy ước:

- Màu đỏ: Đường chất lỏng làm việc thường xuyên từ bơm dầu hoặc động cơ dầu tới thiết bị Đường này luôn luôn là đường liên tục Nó có thể miêu tả hệ thống ống trong truyền dẫn thủy lực

- Màu xanh da trời: Đường hồi từ van và các thiết bị khác trong mạch thủy lực Đường này luôn luôn là đường liên tục Nó có thể mô tả cho kích thước ống dẫn hoặc ống dẫn trong mạch làm việc

- Màu vàng: Đo lường hoặc dòng chất lỏng điều khiển trong mối liên hệ giảm tốc tới các đường tương tự mà không phải hạn chế Đường này có thể là đường liên tục hoặc nét đứt dài nếu dòng điều khiển cần có sự đo lường

- Màu cam: Đường áp suất giảm, chẳng hạn như đường áp suất điều khiển Đường này có thể là đường liên tục sau van giảm áp, hoặc là đuờng nét đứt dài cho dòng điều khiển

- Màu xanh lá cây: Đường vào trong bơm (Đường hút), hoặc là đuờng xả Những đường này nên là đường nét liền cho đầu vào của bơm, và nhiều đường nét đứt cho đường xả Hai loại đường này mã màu tương tự nhau cũng không khó hiểu, thậm chí ở trạng thái đóng tới mỗi bộ phận khác

- Màu đỏ tía hoặc màu chàm: Những màu này biểu thị chất lỏng làm việc tăng áp

ở các khu vực khác nhau hoặc trong các điều kiện giảm tải Những áp suất này thường

là lớn hơn áp suất thiết lập của van an toàn hoặc van tràn trong mạch truyền dẫn

- Không màu: Những đường không quy ước màu được xem xét trong trường hợp không làm việc hoặc không có dòng chảy biểu thị

Bảng 1.1: Các loại đường nét và quy ước mã màu trong mạch thủy lực

Thiết kế tiêu chuẩn

ISO

- Màu xanh da trời:

- Màu xanh lá cây:

- Màu vàng:

- Màu cam:

- Màu đỏ tía:

Biểu thị đường chất lỏng làm việc, chất lỏng này từ nguồn cấp

di chuyển và đi tới các cơ cấu chấp hành và điều khiển để làm việc

Nét đứt dài: Màu cam:

Biểu thị đường điều khiển với việc cung cấp một lượng nhỏ chất lỏng tới các van khác hoặc thiết bị điều khiển đang vận hành khác Chiều dài của các nét đứt ít nhất nên gấp

10 lần độ dày của nó

Nét đứt ngắn: Màu xanh lá cây:

Biểu thị đường xả trong mạch thủy lực, nhiều van thủy lực có các lỗ hở bên trong có thể có cửa thông hoặc có thể là nguyên nhân của sự cố Đường xả là một đường nhỏ đưa chất lỏng thông tự do tới bồn chứa Chiều dài của đường nét đứt này gấp 5 lần chiều dày chủa chúng

Đường nét liền đôi

Biểu thị sự kết nối cơ khí giữa các phần tử, một trục động cơ phản hồi kết nối giữa các van và

bộ phận chấp hành,vv…Khoảng cách bên ngoài của các đường này ít nhất nên gấp 5 lần chiều dày của chúng

Đường tâm

Miêu tả các đường nét xung quanh để biểu thị các phần tử bên trong nó như là một nhóm hoàn chỉnh Các nhóm này có thể là đúc hoặc nó có thể gồm nhiều bộ phận hợp thành

hoặc tín hiệu điện

1.2.6 Kết luận

Máy công cụ dù đơn giản hay phức tạp thì trong nó luôn tồn tại hai dòng năng lượng cho mạch động lực và mạch điều khiển Mạch động lực cung cấp năng lượng để các cơ cấu chấp hành đảm bảo được các yêu cầu về động học, động lực học Mạch điều khiển đảm bảo cho các cơ cấu chấp hành thực hiện đúng các yêu cầu về động học, động lực học cũng như chế độ làm việc kể đến mức độ tự động của toàn hệ thống Trong hệ thống thủy lực, người ta sử dụng năng lượng chủ yếu dưới dạng thế năng (áp suất) của dòng chất lỏng Tổn thất năng lượng xảy ra ở 3 dạng: tổn thất do ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau (tổn thất cơ khí), tổn thất do dầu chảy qua khe hở giữa các cơ cấu (tổn thất thể tích), tổn thất do sức cản trên đường truyền (tổn thất áp suất) Nên khi thiết kế mạch điều khiển dùng thủy lực phải kể đến cả 3 dạng tổn thất này vì nó ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác điều khiển

Tóm lại, do những ưu việt của mình mà hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ Trong một hệ thống thủy lực bao gồm rất nhiều phần tử khác nhau Nhưng nhìn chung, người ta chia chúng ra làm 2 loại: các cơ cấu biến đổi năng lượng và các phần tử chức năng điều khiển Các phần tử này đóng vai trò quan trọng trong quá trình cung cấp năng lượng, điều khiển, truyền dẫn năng lượng đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chính xác các yêu cầu kỹ thuật về động học, động lực học ở cơ cấu chấp hành Nhằm làm rõ vấn đề này, chương 2 sẽ trình bày về đặc tính các phần tử chức năng, trong đó đi sâu vào các cơ cấu biến đổi năng lượng và các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh của hệ thống thủy lực

CHƯƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA

CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG 2.1 CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG

Cơ cấu biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực là những bộ phận dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhằm thực hiện một công có ích Tùy thuộc vào dạng năng lượng cần biến đổi, cơ cấu biến đổi năng lượng có thể là bơm dầu, động cơ dầu, xilanh truyền lực Cơ cấu biến đổi năng lượng có nhiều kiểu khác nhau, song về nguyên tắc làm việc thì giống nhau

Về mặt kết cấu, bơm dầu và động cơ dầu là tương đối giống nhau và có thể thay thế chức năng của nhau Sự khác biết chủ yếu giữa chúng là sự chênh lệch về kích thước khi chúng có cùng một yêu cầu như nhau Phần đặc điểm chung của cơ cấu biến đổi năng lượng sẽ đề cập đến ở phần bơm dầu

2.1.1 Bơm dầu

Là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích làm của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu thực hiện chu kì hút, và khi thể tích của buồng làm việc giảm, bơm đẩy dầu ra và thực hiện chu kì nén Áp suất

và lưu lượng là những thông số cơ bản của bơm

a Bơm cố định; b Bơm điều chỉnh Hình 2.1: Ký hiệu bơm dầu

2.1.1.1 Nguyên lý hoạt động của bơm

Bơm là một bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống thuỷ lực bởi vì chúng cung cấp dòng thuỷ lực vào hệ thống Được vận hành bởi động cơ chính, bơm thuỷ lực đưa chất lỏng ở trạng thái áp suất không khí vào điền đầy không gian bên trong bơm qua một đường vào và đưa chất lỏng vẫn được giữ ở áp suất không khí tới đường ra

nhờ sự giảm thể tích bên trong gần cửa ra Nếu trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản, dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định

Dựa vào khả năng thay đổi dịch chuyển của bơm thuỷ lực, có thể phân chúng thành 2 loại: bơm có lưu lượng cố định (bơm cố định) và bơm có lưu lượng thay đổi (bơm điều chỉnh) Dựa vào thiết kế của bơm thuỷ lực có thể phân loại chúng thành các bơm bánh răng, bơm cánh gạt và các bơm piston Thường thì các bơm bánh răng là các bơm dòng chảy cố định, còn các bơm cánh gạt và bơm piston có thể là các bơm dòng chảy cố định hoặc các bơm dòng chảy thay đổi

Việc chọn thiết kế bơm phụ thuộc vào việc nó sẽ được dùng trong ngành công nghiệp nào Ví dụ, trong công nghiệp chế tạo máy công cụ thường chọn sử dụng các bơm cánh gạt vì tiếng ồn của chúng thấp, và khả năng cung cấp dòng thay đổi tại một

áp suất không đổi Ngành chế tạo các thiết bị di động thường sử dụng các bơm piston

vì chúng có tỷ số năng lượng trên trọng lượng cao Một vài ngành sản xuất các thiết bị nông nghiệp sử dụng các bơm bánh răng để giảm chi phí và tăng độ tin cậy, các bơm piston cũng được sử dụng rộng rãi

2.1.1.2 Điều khiển bơm và các hệ thống

Bơm là thiết bị biến đổi năng lượng từ năng lượng cơ học trở thành thế năng dòng chảy để truyền động cho các cơ cấu chấp hành thuỷ lực hoạt động Để đáp ứng được các yêu cầu của các ứng dụng khác nhau, có rất nhiều kiểu điều khiển hệ thống thuỷ lực để chọn lựa Thiết kế của van điều khiển hướng cần phải tương thích với thiết

kế của bơm Thường, van điều khiển kiểu tâm-mở được sử dụng trong bơm cố định và bơm điều chỉnh, và thường trang bị van điều khiển kiểu tâm-đóng

Hình 2.2: Sơ đồ của một hệ thống thuỷ lực Một hệ thống thuỷ lực bao gồm một bơm dịch chuyển cố định và một van điều khiển hướng tâm-mở (hình 2.2) là một hệ thống tâm-mở vòng-hở Hệ thống này cũng

được gọi là hệ thống nhạy cảm-tải, bởi vì bơm sẽ chỉ cung cấp áp suất được yêu cầu để

di chuyển tải, cộng với độ giảm áp suất để thắng sức cản của đường ống Hệ thống tâm-mở vòng-hở phù hợp với các điều khiển "tắt-mở" đơn giản Khi hoạt động như vậy, cơ cấu chấp hành thủy lực hoặc sẽ di chuyển tải tại vận tốc lớn nhất hoặc ở trạng thái dừng khi bơm không tải Nếu một van tỷ lệ được dùng, thì hệ thống tâm-mở vòng-

hở cũng có thể điều khiển được vận tốc của cơ cấu chấp hành Tuy nhiên, điều khiển như vậy sẽ làm tăng áp suất dòng ngoài để xả nó ngược lại thùng chứa, làm hao tán đáng kể năng lượng, làm giảm hiệu suất của hệ thống và sinh nhiều nhiệt

Để giải quyết các vấn đề nêu trên, một mạch tâm-đóng vòng-mở được xây dựng bằng cách sử dụng một bơm điều chỉnh và một van điều khiển hướng tâm-đóng Bởi vì bơm điều chỉnh thường được trang bị với bộ điều khiển áp suất giới hạn hoặc "bộ bù

áp suất" nên dịch chuyển bơm sẽ tự động tăng hoặc giảm theo sự tăng giảm của áp suất hệ thống Khi sử dụng vị trí của van điều khiển hướng để điều khiển vận tốc của

cơ cấu chấp hành, có thể đạt được vận tốc không đổi nếu tải không đổi Tuy nhiên khi tải thay đổi, hệ thống bù áp suất này sẽ không có khả năng giữ vận tốc cố định nữa nếu không hiệu chỉnh vị trí của van điều khiển Để giải quyết vấn đề này, nên sử dụng một bơm nhạy cảm-tải để giữ vận tốc không đổi khi tải thay đổi Một bơm nhạy cảm-tải có thể duy trì vận tốc không đổi cho vị trí bất kỳ của van là vì bơm duy trì một độ giảm

áp suất không đổi qua cửa van của van điều khiển hướng, và sau đó tự động hiệu chỉnh

áp suất đường ra của bơm để bù cho sự thay đổi áp suất do tải ngoài Độ giảm áp suất không đổi qua van sẽ duy trì dòng chảy không đổi và do đó vận tốc tải sẽ không thay đổi

2.1.1.3 Hiện tượng lọt khí và sủi bọt bóng trong bơm

Việc lọt khí và sủi bọt bóng là hai hiện tượng thường xuyên xảy ra trong hệ thống thuỷ lực và gây nên sự hoạt động không như mong muốn của bơm Lọt khí gây nên bởi không khí đi vào hệ thống và gây nên các phá huỷ khi dòng chảy qua bơm Sủi bọt bóng thường hay gây nên tính không tương xứng trong điều kiện cung cấp năng lượng làm việc, nó cũng gây ra mức độ phá huỷ nghiêm trọng Lọt khí và sủi bọt bóng gây nên tiếng ồn Khi âm thanh này phát ra, phải xác định đúng nguyên nhân và khắc phục nhanh ngay khi có thể

thuỷ lực Không khí có thể đi vào từ những chỗ dò rỉ dầu trong các đường vào, hoặc liên quan tới mực dầu thấp trong bể chứa Bong bóng có thể cũng đuợc pha trộn với dầu thuỷ lực trở về lại từ hệ thống thuỷ lực, hoặc việc chuyển động không đều trong bình chứa dầu cũng gây nên sủi bọt bóng Với các bộ phận chuyển dộng nhanh của bơm thuỷ lực, sẽ gây sự gãy vụn nhanh chóng và gây mất mát một lượng lớn năng lượng Ngoài ra nó cũng gây nên việc xói mòn nhanh chóng đối với các bộ phận làm việc bên trong của bơm

Hiện tượng sủi bọt bóng tương tự như hiện tượng lọt khí Những lớp bong bóng này liên quan tới việc áp suất đầu vào thấp quá mức khi chất lỏng làm việc Các bong bóng lại gây phá huỷ nhanh chóng với những bộ phận làm việc ở đầu ra như gây sói mòn các bộ phận, phát sinh nhiệt

Thông thường việc gây sủi bọt bóng là hạn chế lưu lượng của chất lỏng thuỷ lực tới bơm Các đường ống dẫn nhỏ, cong hoặc bị xẹp Tấm chắn ở đầu vào cồng kềnh quá mức hoặc các bộ lọc dầu bị bẩn, tính nhớt của dầu cao, nhiệt độ chất lỏng thấp, sử dụng sai chất lỏng cũng hạn chế việc chất lỏng đi tới bơm Hiện tượng tạo bọt bóng cũng xảy ra nếu chất lỏng hoặc các phần của chất lỏng bốc hơi quá dễ dàng Điều này

có thể xảy ra nếu chất lỏng quá nóng Nước ở trong chất lỏng có thể trở thành hơi bong bóng nước Dung môi, dầu lử, xăng, nhiên liệu điêzen, và nhiều chất lỏng dễ bay hơi khác, tất cả các loại này được tìm thấy ở phần vào của chúng trong chất lỏng thuỷ lực bốc hơi dễ dàng và dò rỉ để tạo bọt

2.1.2 Các loại bơm thủy lực

2.1.2.1 Bơm bánh răng

Hình 2.3: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Hình 2.4: Bơm bánh răng ăn khớp trong

Đây là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Phạm

vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở các hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, tổ hợp, bào, phay Để thực hiện chức năng trong điều kiện làm việc áp suất cao, bơm bánh răng đã được cải tiến về mặt kết cấu nhằm nâng cao hiệu suất và

áp suất làm việc của bơm Hiệu suất của bơm bánh răng có thể đạt từ 80-92% Phạm vi

áp suất từ 10-200 bar

Bơm bánh răng có thể là loại bánh răng ăn khớp ngoài, hoặc ăn khớp trong Nó

có thể là răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V Hiện nay bơm bánh răng ăn khớp ngoài đuợc sử dụng rộng rãi hơn vì đặc tính chế tạo đơn giản của nó, nhưng bơm bánh răng ăn khớp trong thì có khích thước gọn nhẹ hơn Bơm bánh răng trong thực tế chủ yếu là bơm cố định, một số ít trường hợp là bơm điều chỉnh

a Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (hình 2.3)

Hình 2.3 là sơ đồ nguyên lý của bơm bánh răng ăn khớp ngoài Các buồng làm việc của bơm được tạo nên từ thành thân bơm và các biên dạng của răng Thể tích của buồng hút và buồng nén được thay đổi ro các răng ra khớp và vào khớp với nhau, do

đó thực hiện chu kì hút và nén chất lỏng Thân bơm có hai lỗ đối nhau Nếu bánh răng quay theo chiều mũi tên (hình 2.3) thì lỗ A hút dầu vào và lỗ B đẩy dầu ra Lỗ hút dầu vào đuợc đặt ở vị trí phía ra khớp của răng Dầu ở đây sẽ choán lấy các rãnh răng, và các rãnh răng đưa dầu sang buồng nén đặt ở phía các răng vào khớp Khi các răng vào khớp, khoảng 1/10 thể tích dầu còn đọng lại ở chân răng bị nén lại, áp suất ở đáy chân răng tăng đột ngột tạo thành một lực hướng kính có tác dụng va đập vào bánh răng và

ổ trục Nhược điểm của bơm bánh răng là sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng vào và

ra, tạo nên một tải trọng không cân xứng, làm chóng mòn bánh răng, thành thân bơm cũng như các ổ trục Lưu lượng dầu bị thay đổi theo thời gian tạo thành độ nhấp nhô của lưu lượng dầu, độ nhấp nhô này phụ thuộc vào số răng, môđun và hệ hế ăn khớp của bánh răng

b Bơm bánh răng ăn khớp trong (hình 2.4)

Nguyên tắc làm việc của bơm bánh răng ăn khớp trong như sau: bánh răng (1) quay bánh răng ăn khớp trong (2) làm cho bánh răng ăn khớp trong chuyển động trong thân bơm (3) Buồng vào A ngăn cách với buồng ra B bằng vành chắn (4) hình lưỡi

(5) của bánh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong Bánh răng tiếp tục quay, tải dầu đi ngang qua vành chắn (4) và đưa vào buồng B đẩy ra ngoài Ưu điểm của bơm bánh răng ăn khớp trong là có kích thước bé hơn, tổn thất thể tích nhỏ hơn bơm bánh răng

ăn khớp ngoài khi có cùng một lưu luợng và dung sai chế tạo, nhưng chế tạo loại bơm này lại phuớc tạp hơn

c Lưu lượng bơm bánh răng

Khi tính lưu lượng, xem thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích thước như nhau (hình 2.5)

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán lưu lượng bơm bánh răng Trong đó:

m – môdul của bánh răng [cm]

suất dầu, phụ thuộc vào lưu lượng và độ êm chuyển động của bơm Vận tốc tối thiểu của bơm có thể tính theo công thức thực nghiệm sau:

Vmin = 0,17.p/E0 [m/s]

Trong đó: p – áp suất dầu [bar]; E0 – độ nhớt Engler

Chiều rộng của bánh răng thông thường là b = 12÷32mm Để có lưu lượng lớn, cần dùng bánh răng có số răng nhỏ và môđun lớn Nếu số răng nhỏ quá sẽ làm cho độ đều của lưu lượng bị giảm Trường hợp không cần lưu lượng đều (bơm bánh răng trong hệ thống làm nguội) thì dùng bánh răng có số răng từ 5÷10 Trường hợp cần thiết độ đều của lưu lượng cao thì dùng z =10÷20 cho bánh răng ăn khớp ngoài, và bánh nhỏ ăn khớp trong không nhỏ hơn z = 7

2.1.2.2 Bơm cánh gạt

Đây là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng, cũng chủ yếu được dùng trong hệ thống có áp suất thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn, do đó nó dùng rất thích hợp cho các hệ thống thủy lực của các máy công cụ như thực hiện lượng chạy dao ở máy tổ hợp, máy doa, máy tiện, máy phay Thực hiện chuyển động của bàn máy và các cơ cấu khác của máy mài, cơ cấu kẹp chặt, cấp phôi trên các máy tự động

Kết cấu của bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính:

- Bơm cánh gạt có tác dụng đơn (bơm cánh gạt đơn)

- Bơm cánh gạt có tác dụng kép (bơm cánh gạt kép)

a Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn là loại bơm mà khi trục quay một vòng nó thực hiện một chu kì làm việc gồm một lần hút và một nén Bơm cánh gạt đơn được chế tạo với lưu lượng cố định hoặc điều chỉnh Dựa trên nguyên tắc dẫn dầu của bơm ta có thể chia ra loại bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài và loại bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ trong

- Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài (hình 2.6)

Rôto (1) được đặt trong stato (2) với độ lệch tâm e Trên thân rôto có các rãnh để các cánh gạt (3) có thể di động theo hướng kính Để giảm lực tiếp xúc giữa các đầu cánh gạt (3) và thành stato (2) do tác dụng của lực ly tâm, người ta cho cánh gạt