Thủy lực và máy thủy lực

Thủy lực và máy thủy lực

Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lựcThuỷ lực và máy thuỷ lực1. Khái niệm và tính chất cơ bản của chât lỏng : 1.1. Tính chất cơ bản của chất lỏng : Tính di động cao, không có hình dạng nhất định. Tinh chống lực cắt và lực kéo kém. Tính chịu nén cao. Có tính nhớt Có khối lợng và trọng lợng Khối lợng riêng : =MW(kg/m3 )M - Khối lợng chất lỏng có trong thể tích WW - Thể tích chất lỏng có Khối lợng M Trọng lợng riêng : = GW ( N/m3 )G - Trọng lợng chất lỏng có trong thể tích WW - Thể tích chất lỏng có trọng lợng GVà ta có công thức liên hệ giữa khối lợng và trọng lợng := .gg - Gia tốc trọng trờng thờng lấy giá trị là : g = 9,81 (m/s2).) Tỷ trọng: = ncl . Tính liên tục. Có sức căng mặt ngoài. Cố hiện tợng xâm thực. Thay đổi thể tích do thay đổi áp lực và nhiệt độ.+ Thay đổi áp lực: Khi áp suất tăng thể tích chất lỏng bị nén lạivà ngợc lại.Hệ số thay đổi thể tích Chất lỏng thực, chất lỏng lý tởng :Trong thực. Tuy nhiên các tính chất của chât lỏng gây ra rất nhiều khó khăn trong quá trình tính toán thuỷ lực. Vì vậy để đơn giản hoá quá trình tính toán ngời ta đa ra một khái niệm mới đó là: Chất lỏng lý tởng. Chất lỏng lý tởng có những tính chất : Di động tuyệt đối. Không có tính nhớt. Biên soạn: Phan Văn GiảnpWW1=p Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực Hoàn toàn không chống đợc lực cắt và lực kéo. Hoàn toàn không nén đợc. 1.2. Lực tác dụng lên chât lỏng Dù ở trạng thái tĩnh hay trạng thái động chất lỏng đều chịu tác dụng của các lực sau:- Lực bề mặt ( Là lực từ ngoài tác dụng lên các phần tử chất lỏng thông qua mặt tiếp xúc và tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc )- Lực khối ( Là lực tỷ lệ với khối lợng của chất lỏng tác dụng lên mỗi phần tử chất lỏng).1.3. Đơn vị dùng trong thuỷ l c và máy thuỷ l c. - áp suất :Atmôtfe : ký hiệu at Ta có 1 at = 9,81.104 (N/m2) + bar : Ta có 1bar = 10 (N/cm2) + Pascal : ký hiệu [ Pa ] Ta có 1Pa =1 (N/m2) - Vận tốc : Ký hiệu v có đơn vị (m/s). + Vận tốc tức thời tại 1 điểm vA : Là vận tốc trung bình tất cả các phần tử chất lỏng vTB .- Độ nhớt: à là độ nhớt động à = TSdudn. (N.s/m2)Trong đó: + T - Lực nhớt trên diện tích S + S - Diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng trên đó xảy ra hiện t-ợng nội ma sát . + dudn gradien vận tốc theo phơng n thẳng góc với hớng dòng chảy.Độ nhớt động lực: v =à (m2/s) *à: có đơn vị là P (Poadơ) l P = 110(Ns/m2) * v : có dơn vị là St (Stốc) l St = 1 cm2/s = 10-4/sVí dụ : Dầu AK15 là dầu bôi trơn cho ô tô máy kéo có độ nhớt động là :Biên soạn: Phan Văn Giản2 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lựcv50 = 15 (cSt) (1cSt = 1100St)Thể tích :m3, cm3, mm3 .Trọng lợng: N2. Khái niệm, phân loại máy thuỷ lực. 2.1. Khái niệm . Máy thuỷ lực là danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao đổi năng lợng dòng chất lỏng theo nguyên lý thuỷ lực học nói riêng và cơ học chất lỏng nói chung.- Nếu máy thuỷ lực nhận năng lợng của dòng chất lỏng ngời ta gọi đó là động cơ thuỷ lực.- Nếu máy thuỷ lực truyền năng lợng cho dòng chầt lỏng ngời ta gọi đó là bơm.2.2. Phân loại máy thuỷ lực. * Phân theo tính chất trao đổi năng lợng với dòng chất lỏng: - Động cơ thuỷ lực. - Bơm thuỷ lực.* Phân theo nguyên lý, tác dụng với dòng chất lỏng:- Máy thuỷ lực cánh dần (các tua bin, bơm cánh gạt, bơm ly tâm). Năng lợng trao đổi bao gồm cả áp năng và động năng.- Máy thuỷ lực thẻ tích ( kích, xi lanh -piston,(bơm)). Năng lợng trao đổi chỉ có áp năng.* Phân theo nguyên lý làm việc :- Máy thuỷ lực thuỷ tĩnh : Nguyên lý trao đổi chủ yếu là áp năng và vị năng.( Z + P) = eđn- Máy thuỷ lực thuỷ động : năng lợng trao đổi chủ yếu là động năng.eđn = vg22.Biên soạn: Phan Văn Giản3 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực2.3. Các thông số cơ bản của máy thuỷ lực. 2.3.1. Cột áp. Là khả năng trao đổi năng lợng của máy thuỷ lực với chất lỏng, đợc thực hiện bằng mức chênh lệch năng lợng đơn vị của chất lỏng ở đầu ra và đầu vào của máy thuỷ lực.Mức năng lợng ở A :EA = ZA + PA+A AVg22- EA - EB = ZB - ZB + P P vgvgA B A A B B + 2 22 2=EAB - Nếu : EAB < 0, thì máy thuỷ lực đã lấy thêm năng lợng của dòng chất lỏng là bơm thuỷ lực .- Nếu : EAB > 0, thì máy thuỷ lực là động cơ thuỷ lực.EAB = Ht + Hđ - gọi là cột áp của máy thuỷ lực. Ht = Z+ P ; Hđ = vg222.3.2. L u l ợng. Lợng chất lỏng chảy qua máy thuỷ lực trong một đơn vị thời gian. Q = F.v (m3/s)- F: Diện tích mặt cắt của máy thuỷ lực.- v: Vận tốc của dòng chất lỏng đi qua mặt cắt đó. Lu lợng thể tích : Q = F . v2 : gọi là. lu lợng trọng lợng G = . Q. ( : Trọng lợng riêng của chất lỏng). Lu lợng thực tế: Qtt = Qlt .Q2.3.3. Công suất .- Công suất của máy thuỷ lực : Ntl .Biên soạn: Phan Văn Giản4 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực- Công suất làm việc ( công suất trên trục máy) :N.Công suất thuỷ lực là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy thuỷ lực trong một đơn vị thời gian: Ntl = .Q.HNếu bỏ qua tổn hao thì : Ntl = N .( Ntl > N : Máy thuỷ lực là động cơ thuỷ lực ;Ntl < N Máy thuỷ lực là bơm).2.3.3. Hiệu suất. Là chỉ tiêu đánh giá tổn thất năng lợng trong quá trình trao đổi năng lợng giữa máy thuỷ lực với dòng chất lỏng. = H + ck + tl + H : Hiệu suất tổn thất cột áp.+ ck : Hiệu suất tổn thất cơ khí.+ tl : Hiệu suất tổn thất lu lợng.2.3.3. Công suất. p3. Cơ cấu biến đổi năng l ợng. 3.1. Bơm bánh răng. 3.1.1. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài. + Cấu tạo:1. Thân bơm . 2. Bánh răng chủ động1 Bánh răng bị động + Nguyên lý làm việc: - Khi bánh răng chủ động quay dẫn đến bánh răng bị động quay. Với chiều quay của bánh răng răng chủ động (nh hình vẽ ) thì cửa A là cửa hút còn cửa B là cửa đẩy. - Khi các bánh răng ăn khớp quay thì phía cửa A các răng đợc mở ra dẫn đến thể tích tăng và áp suất tại đó giảm nên nó hút dầu vào. Khi dầu vào và đợc điền đầy vào các rãnh răng, dầu đợc đẩy đi bởi mô men quay của các bánh răng Biên soạn: Phan Văn Giản5312 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lựcvới khoang chứa là các rãnh răng và đờng giới hạn là nòng thân bơm và đợc đẩy sang khoang B. Khoang B do các bánh răng ăn khớp lại do đó thể tích giảm, áp suất tăng do đó dầu đợc đẩy ra. -. Một phần 10 lợng dầu ở chân răng khi vào khớp nó bị nén lại gây lực hớng kính tác dụng vào bánh răng và ổ trục để an toàn cho bơm ngời ta gia công các rãnh giảm áp. Ngời ta có 2 phơng pháp khắc phục sau: * Gia công rãnh giảm áp trên thân bơm. * Gia công các lỗ giảm áp trên các rãnh răng ở bánh chủ động và bị động.+ Nhợc điểm:- Lu lợng không ổn định.- Kết cấu cồng kềnh.3.1.2. Bơm bánh răng ăn khớp trong.+ Cấu tạo: 1. Bánh răng chủ động.2. Vành răng bị động.3. Vành chặn lỡi liềm.4. Vỏ bơm.+ Nguyên lý làm việc: Khi bánh răng chủ động (1) quay thì nhờ vành lỡi liềm vành răng bị động quay theo và nó cũng hình thành hai phía : Một phía các răng vào khớp và một phía các răng ra khớp và cũng tạo một cửa hút và một cửa đẩy.+ Đặc điểm: Nhỏ gọn. Tổn thất về thể tích nhỏ hơn bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Chế tạo khó.Biên soạn: Phan Văn Giản621 3 4 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực3.1.3. Bơm bánh răng điều chỉnh.+ Cấu tạo : Có kết cấu tơng tự nh bơm bánh răng ăn khớp ngoài nhng nó có thể điều chỉnh chiều dài răng thông qua việc điều chỉnh một bánh răng theo hớng dọc trục. + Nguyên lý làm việc: Tơng tự nh bơm bánh răng ăn khớp ngoài, nhng nó có thể điều chỉnh đợc cửa hút và cửa đẩy, tức là nó có thể điều chỉnh đợc chiều dài của các răng thông qua việc điều chỉnh bánh răng theo hớng dọc trục .3.1.4. L u l ợng của bơm bánh răng. Q = 2.10-3.b.n.Z m2.b - Chiều rộng răng.n - Số vòng quay.Z - Số răng của bánh răng chủ động.m - mô dull của răng.Trong thực tế :Q = 2.10-3.b.n.Z. m2. - Hiệu suất của bơm.3.2. Bơm cánh gạt.Là loại bơm sử dụng rộng rãi khi áp suất cần sử dụng là thấp và trung bình (<100 at).3.2.1. Bơm cánh gạt tác dụng đơn dẫn dầu từ ngoài.+ Cấu tạo:1. Rôto.2. Cánh gạt.3. Vỏ bơm.4. Rãnh dẫn hớng.5.Chốt ( bi đũa).+ Nguyên lý làm việc:Biên soạn: Phan Văn Giản7 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lựcKhi rôto quay theo chiều mũi tên dẫn tới các cánh gạt di chuyển trên rãnh dẫn hớng số (4). Các đầu cánh gạt di chuyển cỡng bức trên thành bơm tạo thành các rãnh dầu. Tại cửa A các rãnh có xu thế tăng dần vì thế áp suất giảm và dầu vào trong các khoang.Tại cửa đẩy B các rãnh của cánh gạt giảm vì vậy áp suất tăng và đẩy dầu theo chiều B.3.2.2. Bơm cánh gạt tác dụng đơn dẫn dầu từ trong.+ Cấu tạo:1. Vỏ bơm ( Stato).2.Rôto.3.Trục rãnh dầu.4.Các cánh gạt.+ Nguyên lý làm việc:Giả sử rôto quay theo chiều mũi tên: Thì khi rôto quay các cánh gạt đợc văng ra do lực ly tâm của rôto và nằm trong rãnh dẫn hớng của rôto. ở phần trên các cánh gạt cảu bơm dần dần mở ra làm cho thể tích của bơm tăng. ở phần trong của rôto ngời ta bố trí hai buồng dầu :- Buồng hút A.- Buồng đẩy B.Khi rôto quay, đầu các cánh gạt áp sát vào stato (vỏ bơm) tạo thể tích lớn, áp suất thấp vì vậy hút dầu ở buồng B thông qua các lỗ dẫn dầu ở rôto và đợc các cánh gạt dẫn daàu đi . ở phần dới của bơm, khi rôto klàm việc ( do rôto và stato đặt lệch tâm) vì vậy thể tích hút giảm, áp suất tăng vì vậy dầu bị đẩy vào buồng A và đợc dẫn đi.+ Chú ý: Góc > .+ Đặc điểm: Kết cấu nhỏ gọn. Lu lợng ổn định. Có thể thay đổi đợc lu lợng.3.2.3. Bơm cánh gạt tác dụng kép+ Cấu tạo:Biên soạn: Phan Văn Giản8 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực1. Vỏ bơm.2. Cánh gạt.+ Đặc điểm: Không điều chỉnh đợc lu lợng vì không có độ lệch tâm. Bơm có độ bền cao so với bơm tác dụng đơn vì độ lệch tâm e = 0 và các cửa hút, cửa đẩy đối xứng nhau do vậy các lực tác dụng lên trục bằng 0, do đó trục bơm và bơm bền hơn. Các cánh gạt đặt lệch nhau với các đờng tâm một góc = 2 ữ 30 để lực tác dụng của các cánh gạt cứng vững hơn, nhng chỉ quay đợc một chiều. Ngời ta nối các cửa đẩy với nhau, và các cửa hút với nhau qua một đ-ờng dẫn. Vì vậy nó hình thành một đờng hút và đờng đẩy.3.2.4.Lu lợng của bơm.Q = 2.103 e.n.(D.B + 4.b.d) - B.D.ZTrong đó: e : Độ lệch tâm . B : Chiều rộng cánh gạt. D : Chiều dài cánh gạt. Z : Số cánh gạt. d : Đờng kính chốt. b : Chiều dài của chốt.Biên soạn: Phan Văn Giản9 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực3.3. Bơm pistonBơm piston làm việc dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích xi lanh. Khi piston dịch chuyển do cấu tạo piston và xi lanh là dạng tròn đều lên việc chế tạo dễ dàng và đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy áp suất và hiệu suất của bơm có thể đạt đợc rất cao.Ngời ta phân ra làm hai loại sau: Bơm piston hớng trục và bơm piston h-ớng kính.3.3.1. Bơm piston h ớng trục. * Bơm piston hớng trục đơn giản. + Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay của R thông qua thanh truyền biến thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh. Khi piston chuyển động từ phải qua trái thể tích hình thành giữa đỉnh piston và xi lanh sẽ tăng dần, áp suất giảm van (4) mở ra, van (3) đóng, dầu đợc hút qua phao lọc (5) qua van (4) vào xilanh. Khi piston chuyển động từ trái qua phải, thể tích giảm, dẫn đến áp suất tăng mở van (3) đóng van (4) dẫn dầu qua van (3) theo ống dẫn (7) ra ngoài. + Lu lợng của bơm:QH = F.s ( F = .d24) F : Diện tích đỉnh piston. S : Hành trình piston. ( S = 2R). d : Đờng kính piston. R : Bán kính tay quay. n : Số vòng quay. QH = n. . d24.2R. Nếu gọi số hành trình của piston là n ta có lu lợng của bơm là : Q = nQt* Bơm piston hớng trục có nhiều piston song song. + Cấu tạo:1. Piston. 4. Lò xo.2. Rôto. 5. Trục bơm.3. Đĩa nghiêng. 6. Đĩa dẫn dầu. + Nguyên lý làm việc:Biên soạn: Phan Văn Giản10 [...]... dầu ép ở những loại máy tiện, phay có gia tốc không lớn nhng thờng dùng loại này để đảo chiều, trái lại dùng ở máy mài thì không tốt dầu thì : ở hệ thống dầu ép dùng một bơm - Cửa (1) lắp vào nguồn dầu ép - Cửa 2.1 và 2.2 lắp vào bờng trái và phải của xilanh cơ cấu chấp hành - cửa 3.1 và 3.2 lắp ở cửa ra, đa dầu về bể ở hệ thống dầu ép dùng hai bơm dầu thì : - Cửa 3.1 và 3.2 lắp vào đờng ra của từng... áp lực P, do lệch tâm e giữa rôto và stat, mô men tác dụng nên các cánh gạt do áp lực dầu tạo ra không cân bằng ở hai phía của đờng nối hai tâm rôto và stato Chính vì vậy nó làm cho rôto quay với vận tốc Nếu không kể chiều dài cánh gạt ta có : Biên soạn: Phan Văn Giản 13 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực Mp = P.B 2 2 ( 1 - R ) 2 Mp - mô men bên phải P - áp lực dầu đờng vào... chán (2) vào buồng đẩy (3) đẩy piston một lực là : F.P1 Khi Pl tăng lực đẩy F.P1 tăng theo thắng lực lò xo, đợc điều chỉnh bằng bulon (4) và trọng lợng của piston, lúc này piston đi lên mở cửa dầu ra số (6) đa dầu về bể dầu làm cho áp suất P1 giảm Nếu bỏ qua ma sát và trọng lợng của piston ta có phơng trình cân bằng:FP1 - Pl = 0 Pl = P1F Do F không đổi nên muốn P1 thay đổi ta điều chỉnh lực lõ xo... đầu vào và làm giảm tổn thất bằng cách chế tạo các bánh răng và vỏ động cơ với độ chính xác cao hoặc tăng chiều rộng (b) của răng u 3.4.2 Động cơ dầu cánh gạt + Kết cấu: Tơng tự nh bơm cánh gạt chỉ khác các cánh gạt đợc tỳ cỡng bức vào thành stato thông qua lò xo hoặc áp lực dầu ở đờng vào + Động cơ dầu tác dụng đơn: - Loại dẫn dầu từ ngoài - Loại dẫn dầu từ trong + Nguyên lý làm việc: Dầu đợc đa vào... yên Khoa Cơ khí động lực Theo sơ đồ ở hình (a), dầu từ bơm qua bộ ổn tốc gồm có van giảm áp (1) và van tiết lu (2) vào buồng trái của xi lanh truyền lực Lợng dầu chảy vào xi lanh đợc điều chỉnh với tiết diện chảy và hiệu áp giữa hai đầu van tiết lu Cửa ra của van tiết lu đợc nối liền với buồng bên phải của van giảm áp, do đó khi tải trọng P tác dụng lên piston của xi lanh truyền lực tăng, áp suất p1... - cửa 3.1 và 3.2 lắp ở cửa ra, đa dầu về bể ở hệ thống dầu ép dùng hai bơm dầu thì : - Cửa 3.1 và 3.2 lắp vào đờng ra của từng bơm dầu một - Cửa 2.1 và 3.2 lắp vào buồng trái và phải của xilanh truyền lực - Cửa (1) lắp vào đờng ra bể dầu 1.4 Điều chỉnh và ổn định vận tốc Điều chỉnh vận tốc chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dàu ép bằng cách thay đổi lu lợng... dầu cần thiết cho sự hoạt động của hệ thống dầu ép Tuỳ theo kết cấu của máy, bể dầu có thể là một khoảng không đợc đúc liền trong thân máy, hoặc là một thùng riêng biệt đặt bên ngoài thân máy Để tránh tác dụng nhiệt vào các bộ phận máy, ngời ta có xu hớng đặt bể dầu ra ngoài Những bể dầu riêng biệt thờng chế tạo có dạng hình hộp và trên đó lắp một số thiết bị cần thiết để đảm bảo sự làm việc bình thờng... bình và bộ lọc tinh Bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng trong các phòng thí nghiệm Dựa vào kết cầu ta có thể phân biệt đợc các loại bộ lọc nh sau: Bộ lọc lới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỷ, bộ lọc nam châm 1.5.4 Bộ lọc lới Bộ lọc lới là bộ lọc dầu đơn giản nhất Nó gồm có khung cứng (1) và lới bằng đồng (2) bao quanh Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lới và các lỗ (3) để vào ống hút (4) Hình dáng và kích... quy, thể tích của khí giảm và áp suất của nó tăng Nếu nh quá trình nạp chất lỏng vào ac quy kéo dài trên 3 phút, thì giữa khí chứa trong túi và môi trờng xung quanh có đủ thời gian để cân bằng nhiệt Trong trờng hợp này giữa áp suất p tác dụng vào khí và thể tích Vk của khí có mối quan hệ phù hợp với quá trình đẳng nhiệt, tức là: p Vk = const Nếu quá trình nạp rất nhanh, khí và môi trờng xung quanh không... buồng trái của xi lanh lớn hơn 5 bar Nếu nh tải trọng tác dụng lên piston là P và lực ma sát giữa piston và xi lanh là Pm , thì phơng trình cân bằng tĩnh của piston là : Biên soạn: Phan Văn Giản 21 Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Hng yên Khoa Cơ khí động lực p1.F1 - p2 F2 - P - Pm = 0 F2 từ đây ta có : p1 =p2 F + 1 P + Pm F1 b và hiệu áp giữa hai đầu van tiết lu: p = p0 - p1 (1) (2) Trong đó : p0 là áp . 3.1 và 3.2 lắp vào đờng ra của từng bơm dầu một. - Cửa 2.1 và 3.2 lắp vào buồng trái và phải của xilanh truyền lực. - Cửa (1) lắp vào đờng. lực sau:- Lực bề mặt ( Là lực từ ngoài tác dụng lên các phần tử chất lỏng thông qua mặt tiếp xúc và tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc )- Lực khối ( Là lực