Giáo trình Truyền động thủy lực và khí nén: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Cơ sở lý thuyết về truyền động thủy lực; cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu; hệ thống điều khiển thủy lực và điện thủy lực; ứng dụng và thiết kế hệ thống truyền động thủy lực.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PGS.TS LÊ VĂN THÁI (Chủ biên) TS PHẠM VĂN TỈNH - ThS NGUYỄN HOÀNG TÂN Giáo trình TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN (Giáo trình Đại học Lâm nghiệp) NHÀ XUẤT BẢN NƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Phần thứ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 11 1.1 Khái niệm chung truyền động thủy lực 1.1.1 Phân loại 1.1.2 Các đại lượng truyền động thủy lực 11 11 11 1.2 Ưu, nhược điểm truyền động thủy lực 1.2.1 Ưu điểm 1.2.2 Nhược điểm 14 14 15 1.3 Nguyên lý làm việc truyền động thủy lực 15 1.4 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 1.4.1 Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến 1.4.2 Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay 15 15 16 1.5 Các định luật chất lỏng 1.5.1 Định luật áp suất thủy tĩnh 1.5.2 Phương trình dịng chảy liên tục 1.5.3 Phương trình Bernulli 17 17 18 18 1.6 Tổn thất hệ thống truyền động thủy lực 1.6.1 Tổn thất thể tích 1.6.2 Tổn thất khí 1.6.3 Tổn thất áp suất 1.6.4 Ảnh hưởng thơng số hình học đến tổn thất áp suất 19 19 20 20 21 1.7 Độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực 1.7.1 Độ nhớt 1.7.2 Yêu cầu dầu thủy lực 25 25 25 Chương CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ DẦU .27 2.1 Cơ cấu biến đổi lượng 2.1.1 Nguyên lý biến đổi lượng 2.1.2 Bơm động thủy lực 2.1.3 Xi lanh thủy lực 27 27 27 43 2.2 Hệ thống xử lý dầu 2.2.1 Thùng dầu thủy lực 2.2.2 Bộ lọc dầu 2.2.3 Bình trích chứa (tích áp) 2.2.4 Ống dẫn, ống nối 2.2.5 Vòng chắn 45 45 47 50 53 55 Chương HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỆN THỦY LỰC .57 3.1 Khái niệm 57 3.2 Các phần tử hệ thống điều khiển thủy lực điện - thủy lực 3.2.1 Van áp suất 3.2.2 Van đảo chiều 3.2.3 Van tiết lưu 3.2.4 Bộ ổn tốc 3.2.5 Bộ phân dòng 3.2.6 Van chặn 3.2.7 Các loại van điện - thủy lực 57 57 63 68 72 75 76 79 Chương ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC .87 4.1 Ứng dụng hệ thống truyền động điều khiển thủy lực 4.1.1 Máy dập thủy lực 4.1.2 Cơ cấu rót tự động cho quy trình cơng nghệ đúc 4.1.3 Nâng hạ chi tiết sơn lò sấy 4.1.4 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 4.1.5 Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ 4.1.6 Máy khoan bàn 87 87 87 88 90 91 92 4.2 Ứng dụng hệ thống truyền động điều khiển điện - thủy lực 4.2.1 Thiết bị uốn tôn 4.2.2 Thiết bị ép lắp chi tiết 4.2.3 Máy dập ép 4.2.4 Điều khiển đóng mở cửa 4.2.5 Máy ép 4.2.6 Thiết bị lắp ráp với hai cấu chấp hành 4.2.7 Thiết bị nâng gói hàng 93 93 94 96 97 99 101 103 4.3 Ứng dụng hệ thống truyền động điều khiển tự động thủy lực 4.3.1 Hệ thống truyền động điều khiển vị trí sử dụng van servo 4.3.2 Hệ thống truyền động điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ 4.3.3 Hệ thống truyền động điều khiển tốc độ sử dụng van servo 105 105 108 109 4.4 Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực 4.4.1 Tính tốn số đại lượng bơm động thủy lực 4.4.2 Tính tốn hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến 4.4.3 Tính tốn hệ thống thủy lực chuyển động quay 4.4.4 Tính tốn ống dẫn thủy lực 4.4.5 Tính tốn số mạch thủy lực điển hình 110 110 111 114 115 117 Phần thứ hai TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 125 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN .127 5.1 Khả ứng dụng khí nén 5.1.1 Trong lĩnh vực điều khiển 5.1.2 Trong hệ thống truyền động 127 127 127 5.2 Ưu, nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 5.2.1 Ưu điểm 5.2.2 Nhược điểm 128 128 128 5.3 Một số đặc điểm hệ thống truyền động khí nén 129 5.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn truyền động khí nén 5.4.1 Thành phần hóa học đại lượng vật lý khơng khí 5.4.2 Phương trình trạng thái nhiệt động học 5.4.3 Phương trình dịng chảy 5.4.4 Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp 5.4.5 Tổn thất áp suất truyền động khí nén 130 130 131 136 137 140 Chương SẢN XUẤT, PHÂN PHỐI VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN 148 6.1 Sản xuất khí nén 6.1.1 Nguyên tắc hoạt động phân loại máy nén khí 6.1.2 Máy nén khí kiểu píttơng 6.1.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt 6.1.4 Máy nén khí kiểu trục vít 6.1.5 Máy nén khí kiểu Root 148 148 148 149 150 152 6.2 Phân phối khí nén 6.2.1 u cầu 6.2.2 Bình trích chứa khí nén 6.2.3 Mạng đường ống dẫn khí nén 152 152 153 154 6.3 Xử lý khí nén 6.3.1 Yêu cầu khí nén 6.3.2 Các phương pháp xử lý khí nén 157 157 158 Chương HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN 166 7.1 Khái niệm 166 7.2 Các phần tử hệ thống điều khiển khí nén điện khí nén 7.2.1 Van đảo chiều 7.2.2 Van chặn 7.2.3 Van tiết lưu 7.2.4 Van áp suất 7.2.5 Van điều chỉnh thời gian 7.2.6 Van chân không 7.2.7 Cơ cấu chấp hành 167 167 175 178 179 181 181 182 Chương ỨNG DỤNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 187 8.1 Ứng dụng hệ thống điều khiển khí nén điện - khí nén 8.1.1 Thiết bị chuyển hướng 8.1.2 Điều khiển phễu 8.1.3 Ổ nạp đứng 8.1.4 Ổ nạp đứng có nhiều khoang 8.1.5 Điều khiển dây đai băng chuyền 8.1.6 Bàn quay vị trí 8.1.7 Hệ thống ép vật liệu rời thành khối 8.1.8 Cơ cấu ép hàn nhiệt điện 8.1.9 Máy thở tích cực y tế 187 187 188 190 191 192 194 195 196 197 8.2 Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 8.2.1 Biểu đồ trạng thái 8.2.2 Các phương pháp điều khiển khí nén 198 198 199 8.3 Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén 8.3.1 Nguyên tắc thiết kế 8.3.2 Mạch điều khiển điện - khí nén với xilanh 8.3.3 Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp có xilanh khí nén 8.3.4 Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầng 211 212 212 214 216 PHỤ LỤC .218 TÀI LIỆU THAM KHẢO 230 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu học tập sinh viên yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, giáo trình “Truyền động thủy lực khí nén” biên soạn để làm tài liệu giảng dạy học tập cho giảng viên, sinh viên ngành Kỹ thuật khí, Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Công nghệ kỹ thuật ô tô Khoa Cơ điện Cơng trình - Trường Đại học Lâm nghiệp, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật khác, kỹ sư, cán kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực - khí nén máy thiết bị công nghiệp Nội dung giáo trình gồm hai phần chính: Phần thứ Truyền động thủy lực, bao gồm nội dung: Chương - Cơ sở lý thuyết truyền động thủy lực; Chương - Cơ cấu biến đổi lượng hệ thống xử lý dầu; Chương - Hệ thống điều khiển thủy lực điện - thủy lực; Chương - Ứng dụng thiết kế hệ thống truyền động thủy lực; Phần thứ hai Truyền động điều khiển khí nén, bao gồm nội dung: Chương - Cơ sở lý thuyết truyền động khí nén; Chương - Sản xuất, phân phối xử lý khí nén; Chương - Hệ thống điều khiển khí nén điện - khí nén; Chương - Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển khí nén; Tập thể tác giả chân thành cảm ơn mơn Kỹ thuật khí, khoa Cơ điện Cơng trình, trường Đại học lâm nghiệp tạo điều kiện thuận lợi đóng góp nhiều ý kiến quý báu nhằm nâng cao chất lượng giáo trình Trong trình biên soạn, chúng tơi cố gắng trình bày vấn đề nhất, cập nhật kiến thức mới, đại số ứng dụng từ thực tế sản xuất để đáp ứng yêu cầu đào tạo phù hợp với thực tiễn Việt Nam Tuy nhiên, điều kiện thời gian có hạn, q trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong góp ý bạn đọc để giáo trình hồn thiện lần xuất sau Thư góp ý xin gửi Bộ mơn Kỹ thuật khí, khoa Cơ điện Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp - Hà Nội Các tác giả Phần thứ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 10 Hình 4.38 Sơ đồ khối nối ghép phần tử mạch điều khiển tốc độ 4.4 Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực Những số liệu ban đầu yêu cầu sau: - Chuyển động thẳng: Tải trọng F, vận tốc (v), hành trình (x) - Chuyển động quay: Mô men xoắn Mx, vận tốc (n, ); - Thiết kế sơ đồ nguyên lý làm việc; - Tính tốn p, Q cấu chấp hành dựa vào tải trọng vận tốc; - Tính tốn lưu lượng áp suất bơm; - Chọn phần tử thủy lực; - Xác định cơng suất động điện 4.4.1 Tính tốn số đại lượng bơm động thủy lực a) Lưu lượng, số vòng quay lưu lượng riêng - Lưu lượng bơm tính theo cơng thức: Qb q.n. v (lít/phút) 1000 (4.1) - Lưu lượng động tính theo cơng thức: Qdc q.n (lít/phút) 1000.v Trong đó: q - Lưu lượng riêng (cm3/vịng); n - Số vòng quay (vòng/phút); v - Hiệu suất thể tích (%); 110 (4.2) b) Cơng suất mơ men xoắn - Cơng suất bơm cung cấp tính tích lưu lượng thực tế Qt (l/ph) áp suất p (kG/cm2) Nb Qt p , kW 612. (4.3) - Nếu động cung cấp lưu lượng Q, (l/ph) vận tốc quay tương ứng tính theo cơng thức: n Q v (v/ph) q (4.4) - Công suất áp suất dầu cung cấp cho động tạo tính theo công thức: N0 Q.( p1 p ) , kW 612 (4.5) - Công suất trục động cơ: N N Q.( p1 p ). , kW 612 (4.6) - Mô men xoắn trục động cơ: M 975 N 975.Q.( p1 p ). 1,59.q.( p1 p ). c tl n 612.n. v (4.7) Trong đó: , v , c , tl - Hiệu suất toàn phần bơm, hiệu suất thể tích, khí thủy lực p1, p2 - Áp suất dầu đường vào đường động q - Lưu lượng riêng (cm3/vòng) - Áp suất bơm xác định theo công thức: p M x tl 10 q (4.8) Trong đó: p - Áp suất, (bar); Mx - Mô men xoắn, (N.m); q - Lưu lượng riêng, (cm3/vịng); 4.4.2 Tính tốn hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến Từ sơ đồ mạch thủy lực hình 4.39 ta có: Q a g (4.9) - Lực ma sát: Fms mgf Fms Q f (4.10) - Lực quán tính: Fa = m.a Fa 111 Hình 4.39 Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến - Lực ma sát xi lanh Fs thường 10% lực tổng cộng, tức là: Fms 0,01F (4.11) Lực tổng cộng tác dụng lên píttơng là: F Ft Fms Fs Fqt (4.12) Trong đó: Ft - Lực tải trọng gây (ngoại lực), (N); Fms - Lực ma sát phận chuyển động, (N); Fs - Lực ma sát píttơng - xi lanh, (N); Fqt - Lực quán tính vật chuyển động có gia tốc, (N) Ta có phương trình cân tĩnh lực tác dụng lên píttơng: p1 A1 p A2 F (4.13) Đối với xi lanh khơng đối xứng lưu lượng vào khác lưu lượng ra, ta có: Q1 Q2 R với R A1 gọi hệ số diện tích; A2 Từ ta xác định đường kính xi lanh cần píttơng sau: - Đường kính xi lanh: D 112 A1 (4.14) - Đường kính cần píttơng: d A1 A2 (4.15) - Độ sụt áp tỷ lệ với bình phương hệ số diện tích R, tức là: p p1 ( p pT ).R (4.16) Trong đó: p - Áp suất cung cấp cho van p1 , p - Áp suất buồng xi lanh pT - Áp suất dầu khỏi van; A1, A2 - Diện tích hai phía píttơng Từ cơng thức (4.13) (4.16) ta tìm áp suất p1 , p theo công thức: p A2 R ( F pT A2 ) p1 A2 (1 R ) (4.17) p p1 R2 (4.18) p pT Tương tự píttơng làm việc theo chiều ngược lại thì: p1 pT ( p p ) R p2 p A2 R F pT A2 R) A2 (1 R ) (4.19) (4.20) - Lượng dầu qua xi lanh để píttơng chuyển động với vận tốc cực đại là: Q1 max Vmax A1 (cm3/s) Hoặc Q1 max Vmax A1 (lít/phút) 16,7 (4.21) (4.22) Lượng dầu khỏi hệ thống làm việc với Vmax là: Q2max Vmax A2 (cm3/s) Hoặc Q2 max Vmax A2 (lít/phút) 16.7 (4.23) (4.24) - Lưu lượng qua van tiết lưu van đảo chiều xác định theo công thức Torricelli: Q Ax 2g p (cm3/s) (4.25) Trong đó: - Hệ số lưu lượng; Ax - Tiết diện mặt cắt khe hở; (cm2); 113 p ( p1 p ) - Áp suất trước sau khe hở; (N/cm2); - Khối lượng riêng dầu (kg/cm3); 4.4.3 Tính tốn hệ thống thủy lực chuyển động quay Hệ thống thủy lực chuyển động quay phân tích hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến a) Mô men xoắn tác động lên trục động bao gồm: Mơ men qn tính: Ma J (4.26) Trong đó: J - mơ men qn tính khối lượng trục động thủy lực, (Nms2); - Gia tốc góc trục động thủy lực, (rad/s2); MD - Mô men ma sát nhớt trục động thủy lực, (Nm); ML - Mô men tải trọng ngồi gây ra, (Nm); Mơ men xoắn tổng cộng là: M x J M D M L Hình 4.40 Sơ đồ hệ thống thủy lực chuyển động quay 114 (4.27) Theo phương pháp tính tốn hệ chuyển động tịnh tiến, áp suất p1 p2 hệ chuyển động quay xác định theo công thức: p pT 10 M p1 Dm p p p1 pT (bar) (4.28) (bar) (4.29) b) Lưu lượng cần thiết để làm quay trục động với tốc độ nmax Q1 Q2 nmax q (lít/ phút) 1000 (4.30) Trong đó: nmax - Số vòng quay lớn trục động (vòng/phút); q - Lưu lượng riêng động thủy lực, (cm3/vịng); c) Cơng suất truyền động động cơ: N p1 Q1 t (kW) 6.10 (4.31) Tính tốn bơm đường ống tương tự hệ thống chuyển động thẳng 4.4.4 Tính tốn ống dẫn thủy lực Trong hệ truyền dẫn thủy lực có ống ngắn (l/d 100 bar v = - (m/s); + Ống xả: Trong hệ thống thủy lực có ống dài (l/d>100) giá trị giảm khoảng (30 - 50) % Nói chung nên chọn vận tốc cho mát áp suất ống dẫn không vượt (5 - 6)% áp suất làm việc Để lựa chọn kích thước đường kính ống dẫn, ta xuất phát từ phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn Lưu lượng qua ống dẫn: Q A.v Tiết diện A = d d nên Q v 4 (4.32) (4.33) 115 Trong đó: d - Đường kính ống, (mm); Q - Lưu lượng chảy qua ống dẫn, (lít/phút) v - Vận tốc dòng chảy chất lỏng, (m/s) Như vậy, kích thước đường kính ống dẫn là: 2.Q (mm) 3. v d 10 (4.34) Sau tính đường kính loại ống dẫn, vào áp suất lưu lượng dịng chảy để chọn kích thước đường ống theo tiêu chuẩn (bảng 4.1 4.2) Bảng 4.1 Áp suất từ - 1000 psi (0 - 69 bar) Lưu lượng dịng chảy Đường kính ngồi Độ dày thành ống Gpm lpm in mm in mm 3,79 1/4 6,35 0,035 0,89 1,5 5,68 5/6 7,94 0,035 0,89 11,4 3/8 9,53 0,035 0,89 22,7 1/2 12,7 0,042 1,07 10 37,9 5/8 15,88 0,049 1,24 20 75,7 7/8 22,83 0,072 1,84 34 128,7 1-1/4 31,6 0,109 2,77 58 219,6 1-1/2 38,1 0,120 3,05 Bảng 4.2 Áp suất từ 1000 - 2500 psi ( 69 - 172 bar) 116 Lưu lượng dịng chảy Đường kính ngồi Độ dày thành ống Gpm lpm in mm in mm 2,5 9,46 3/8 9,53 0,058 1,47 22,7 3/4 19,1 0,095 2,41 10 37,9 25,4 0,148 3,76 18 68,14 1-1/4 31,6 0,180 4,57 42 155,2 1-1/2 38,1 0,220 5,59 4.4.5 Tính tốn số mạch thủy lực điển hình Ví dụ 1: Thiết kế hệ thống thủy lực với số liệu cho trước: + Tải trọng: 100 + Trọng lượng G = 300 KG + Vận tốc công tác: vmax = 320 (mm/phút) + Vận tốc chạy không: vmax = 427 (mm/phút) + Píttơng đặt thẳng đứng, hướng công tác từ lên + Điều khiển khiển tốc độ van servo Hình 4.41 Sơ đồ mạch thủy lực Bài giải: a) Chọn phần tử thủy lực: + Xi lanh tải trọng + Van servo + Ắc quy thủy lực + Lọc cao áp (lọc tinh) + Đồng hồ đo áp suất + Van tràn + Bơm dầu (bơm bánh răng) + Van cản 117 b) Phương trình cân lực cụm xi lanh tạo tải trọng Hình 4.42 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên píttơng Ta viết phương trình cân lực cụm píttơng xét hành trình cơng tác (hành trình từ lên píttơng): p1 A1 p2 A2 Ft Fmsc Fmsp G Fqt (4.35) Trong đó: p1 - Áp suất dầu buồng công tác; p2 - Áp suất dầu buồng chạy khơng; A1 - Diện tích píttơng buồng cơng tác: A1 D ( D d ) A2 - Diện tích píttơng buồng chạy khơng: A2 (4.36) (4.37) Ft - Tải trọng công tác, Ft = 1000 (kN); G - Trọng lượng khối lượng m, G = 300 (KG); Fmsp - Lực ma sát píttơng với xi lanh; Fmsc - Lực ma sát cần píttơng vịng chắn khít; Fmst - Lực ma sát khối lượng m bạc trượt; Fqt - Lực qn tính sinh giai đoạn pittơng bắt đầu chuyển động + Ta có lực ma sát píttơng với xi lanh: Fmsp N (4.38) Trong đó: - Hệ số ma sát Đối với cặp vật liệu xilanh thép vòng găng gang = (0,09 - 0,15), chọn = 0,1 N: Áp lực pháp tuyến vòng găng tác động lên xi lanh tính: 118 N D.b.( p2 pk ) D.b.( z 1) pk (4.39) D - Đường kính píttơng (cm), theo dãy giá trị đường kính tiêu chuẩn ta chọn D = 27 (cm); b - Bề rộng mối vòng găng, chọn b = (cm); p2 - Áp suất buồng mang cần pittông, chọn p2 = (KG/cm2); z - Số vòng găng, chọn z = 3; pk - Áp suất tiếp xúc ban đầu vòng găng xilanh, pk = (0,7 - 0,14) (KG/cm2), chọn pk = (KG/cm2); π.D.b.(p2 + pk) lực vòng găng đầu tiên; π.D.b.(z - 1).pk lực tiếp xúc vịng găng tiếp theo; Từ suy ra: Fmsp = 0,5.D (4.40) + Lực ma sát cần píttơng vịng chắn khít: Fmsc = 0,15.f.π.d.b.p (4.41) f - Hệ số ma sát cần vòng chắn, vật liệu làm cao su f = 0,5.D d - Đường kính cần píttơng, chọn d = 0,5.D b - Chiều dài tiếp xúc vòng chắn với cần, chọn d = b p - Áp suất tác dụng vào vịng chắn, áp suất p2 = (KG/cm2) 0,15 - Hệ số kể đến giảm áp suất theo chiều dài vòng chắn Thay giá trị vào công thức (4.41) suy ra: Fmsc = 0,029.D2 (4.42) + Lực ma sát khối lượng m bạc trượt: Fmst = 2.π.d.l.k (4.43) Trong đó: d - Đường kính trụ trượt; l - Chiều dài bạc trượt; k - Hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu trụ bạc trượt; Lực bỏ qua, để bảo đảm chế độ lắp ghép làm việc + Lực quán tính Fqt G.v g t0 (4.44) 119 Trong đó: g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2); G - Trọng lượng phận chuyển động, G = 300 (KG); v - Vận tốc lớn cấu chấp hành, vmax = 320 (mm/ph) ≈ 5,3 (mm/s) t0: thời gian q độ píttơng đến chế độ xác lập, t0 =(0,01 - 0,5) s, chọn t0 = 0,1s; Thay số vào công thức (4.44) ta được: Fqt = 1,62 (KG) Thay giá trị vừa tính vào (4.35) ta có: p1 = 179,56 (KG/cm2), chọn p1 = 180 (KG/cm2) c) Phương trình lưu lượng + Xét hành trình cơng tác: Q1 vct Act (4.45) D (4.46) Suy ra: Q1 vct Q1:- Lưu lượng cần cung cấp hành trình cơng tác; vct - Vận tốc chuyển động hành trình cơng tác (ở ta lấy giá trị vmax = 320 (mm/ph) D - Diện tích bề mặt làm việc píttơng (D= 270 mm) Thay số vào công thức (4.45) ta được: Q1 ≈ 18312480 (mm3/ph) ≈ 18,3 (l/ph) + Xét hành trình lùi (tính tương tự) d) Tính chọn thơng số bơm + Lưu lượng bơm: Qb Ta có: Qb = Q (bỏ qua tổn thất) Suy ra: Qb = Qct = Q1 =18,3 (l/ph) + Áp suất bơm: pb Ta có: pb = p0 =p1 = 180 (KG/cm2) + Công suất bơm: N b pb Qb (KW) 612 Thay số ta có: Nb 180 18,3 5,38 (kW) 612 + Công suất động điện dẫn động bơm: 120 (4.47) N đc Nb b t (4.48) Trong đó: Nđc - Cơng suất động điện; ηb - Hiệu suất bơm, ηb = (0,6 - 0,9), chọn ηb = 0,87; ηt - Hiệu suất truyền lực từ động đến bơm, chọn ηt= 0,985; Suy ra: N đc 5,38 6, 24 (KW) 0,985 0,87 g) Tính tốn ống dẫn Ta có lưu lượng chảy qua ống: Q d v (4.49) Trong đó: Q - Lưu lượng chảy qua ống (l/ph); d - Đường kính ống (mm); v - Vận tốc dịng chảy qua ống (m/s); Cơng thức (4.45) viết sau: (103.d ) Q Q d 4, 10 60 v (4.50) Đối với ống áp suất (ống nén) ta có v = -7 (m/s), chọn v = (m/s), đường kính ống áp suất (ống nén): d n 4, 18,3 8, 03 (mm) Đối với ống hút (nạp) v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s d h 4, 18,3 16, 06 (mm) 1,5 Đối với ống xả v = (0,5 - 1,5 m/s), chọn v = 1,5 m/s d x 4, 18,3 16, 06 (mm) 1,5 Ví dụ 2: Thực lượng chạy dao máy gia công kim loại tổ hợp, trường hợp tải trọng không đổi, ta dùng hệ thống truyền động thủy lực sau (hình 4.43) - Lực chạy dao lớn nhất: Pmax = 12000N - Lượng chạy dao nhỏ nhất: smin = vmin = 20 (mm/ph); - Lượng chạy dao lớn nhất: smax = vmax = 500 (mm/ph); 121 - Trọng lượng bàn máy: G = 4000N - Hệ số ma sát sống trượt: µ = 0,2 Đây hệ thống thủy lực điều chỉnh van tiết lưu Lượng dầu chảy qua hệ thống điều chỉnh van tiết lưu đặt đường ra, lượng dầu tối thiểu qua van tiết lưu ta chọn là: 0,1(l/ph) Qmin lựa chọn phụ thuộc vào khả dẫn dầu tối thiểu van tiết lưu tính tốn theo cơng thức hay theo đặc tính kỹ thuật van Với trị số ta xác định tiết diện làm việc píttơng: F2 Qmin 100 50 (cm2) v (4.51) Ta thường dùng tỉ số tiết diện píttơng cần: i F1 2 F2 (4.52) Suy ra: F1 = 2F2 = 100cm2 Từ ta có đường kính xi lanh: D Và đường kính cần píttơng: d F1 ( F1 F2 ) 50 2 7,9 (cm) Hình 4.43 Sơ đồ mạch thủy lực - Lưu lượng khỏi hệ thống làm việc với vận tốc lớn nhất: Qmax = F2.vmax = 50×50 = 2,5×103 (cm3/ph) = 2,5 (l/ph) 122 (4.53) (4.54) Trên sở Qmax Qmin ta lựa chọn van tiết lưu Nên chọn van tiết lưu có Qmax = 4÷6 (l/ph) - Để đảm bảo thực lực chạy dao lớn gia công với lượng chạy dao lớn nhất, tính tốn áp suất cần ý đến vấn đề tổn thất cấu, thiết bị dầu ép - Tính tốn tổn thất áp suất dựa theo công thức tổn thất áp suất theo đồ thị tổn thất - Đối với thiết bị nhà sản xuất kèm với đường đặc tính tổn thất áp suất, lưu lượng - Đối với van đảo chiều cửa vị trí (4/2), tổn thất áp suất cửa vào cửa lấy ∆p1 = 0,15 bar - Ta chọn chiều dài ống dẫn đường vào có chiều dài l1 = m đường l2 = m với đường kính (làm việc) ống φ = mm - Lưu lượng cần thiết thực lượng chạy dao lớn nhất: Q1 = F1.vmax = 100×50 = 5×103 cm3/min = (l/ph) - Với lưu lượng Q1 = (l/min), độ dài l1 = m, ta xác định tổn thất áp suất ống dẫn đường dầu vào từ công thức 1.25 ∆p2 = ∆p3 = 1,25 bar - Tổn thất áp suất ống nối đường vào đường lấy: ∆p4 = 0,3 bar - Nếu khôngkể tổn thất áp suất đường lắp sau van tiết lưu lấy: p4 ≈ van tiết lưu cần đảm bảo áp suất đường bar, đó: p5 = bar - Với trị số ta tính áp suất buồng có tiết diện F2 là: p2 = p5 + ∆p1 + ∆p3 + ∆p4 = + 0,15 + 1,25 + 0,3 = 3,7 ≈ bar - Lực ma sát sống trượt sinh tải bàn máy: Pms = µG = 0,2 × 4000=800N - Hiệu áp hai buồng xi lanh cần phải thắng lực chạy dao lực ma sát, phương trình cân tĩnh học lực tác dụng lên píttơng: p1.F1 - Pmax - Pms - p2.F2 = Suy ra: p1 = 14,8 bar - Nếu tính đến tổn thất đường vào, áp suất cần thiết cửa bơm dầu là: p0 = p1 + ∆p1 + ∆p2 + ∆p4 ≈ 16,5 bar 123 - Nếu tính đến tổn thất lọc gây nên đảm bảo áp suất đường ta lấy p0 = 20 bar - Nếu lấy vận tốc lùi dao nhanh v0 = 5000 (mm/ph) lưu lượng cần thiết để chạy dao nhanh là: Q0 = F2.v0 = 50×500 =25×103 (cm3/ph) = 25 (l/ph) - Đây lưu lượng cần thiết lớn mà bơm dầu phải đảm bảo, lưu lượng danh nghĩa bơm, tức là: Q = 25 (l/ph) - Van tràn cần phải lựa chọn loại có lưu lượng lớn Q = 25 (l/ph) Do chọn loại có Q = 30-40 (l/ph) - Để xác định tổn thất dầu ép, ta cần biết lưu lượng cần thiết thực lượng chạy dao nhỏ nhất, tức là: Qmin = F1.vmin = 100×2 = 200 (cm3/ph) = 0,2 (l/ph) Khi thực lượng chạy dao nhỏ nhất, lượng dầu qua van tràn là: Qt = Q - Qmin = 25 - 0,2 = 24,8 (l/ph) - Toàn lượng lưu lượng biến thành nhiệt, gây nên tổn thất công suất: N QT p0 24,8 20 0,81 (kW) 612 612 - Nếu lấy tổng hiệu suất bơm dầu µ = 0,7 cơng suất cần thiết động điện là: N đc 124 Q p0 20 25 1,16 (kW) 612. 612 0, ... Phần thứ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 11 1. 1 Khái niệm chung truyền động thủy lực 1. 1 .1 Phân loại 1. 1.2 Các đại lượng truyền động thủy lực 11 11 11 1. 2... điểm truyền động thủy lực 1. 2 .1 Ưu điểm 1. 2.2 Nhược điểm 14 14 15 1. 3 Nguyên lý làm việc truyền động thủy lực 15 1. 4 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực 1. 4 .1 Hệ thống truyền động thủy lực chuyển... chuyển động tịnh tiến 4.4.3 Tính tốn hệ thống thủy lực chuyển động quay 4.4.4 Tính tốn ống dẫn thủy lực 4.4.5 Tính tốn số mạch thủy lực điển hình 11 0 11 0 11 1 11 4 11 5 11 7 Phần thứ hai TRUYỀN ĐỘNG VÀ