3 . . [ ]
E m C T Nm
C – tỷ nhiệt trung bỡnh [J/kg.K] T – nhiệt độ tớnh theo K
Trong truyền dẫn bằng chất lỏng khụng truyền dẫn bằng nhiệt và phải giảm nhiệt sinh ra trong hệ thống ống truyền dẫn.
Vậy truyền dẫn thủy lực trong mỏy dựng thế năng dƣới dạng ỏp suất là chớnh.
1.2.4.4. Một số nhõn tố ảnh hƣởng đến độ nhớt và khả năng làm việc của chất lỏng, chất lỏng Newton, dầu khoỏng
a. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Đối với dầu khoỏng, nhiệt độ càng tăng thỡ độ nhớt càng giảm (dầu loóng hơn). 50 50 n t t
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
27
trong quỏ trỡnh làm việc tăng càng ớt càng tốt để độ nhớt của dầu ớt thay đổi để cho hệ thống thủy lực làm việc ổn định hơn.
Để đỏnh giỏ sự thay đổi này thƣờng theo chỉ số độ nhớt k= 50/100. Ngƣời ta luụn mong muốn chỉ số độ nhớt k1. Để đạt đƣợc điều đú, ngƣời ta cho thờm chất phụ gia vào dầu khoỏng, dầu tổng hợp.
b. Ảnh hƣởng của ỏp suất
Áp suất tăng, độ nhớt của dầu cũng tăng theo quan hệ: p=0a Trong đú: p, 0: Độ nhớt ở ỏp suất khớ quyển, ỏp suất p. a = 1,0021,004
Hoặc: p=0(1+kp)
Trong đú: p,0: độ nhớt động học ở ỏp suất khớ quyển, ỏp suất p. k: hệ số phụ thuộc vào độ nhớt của dầu 5015cSt thỡ k=0,02
50>15cSt thỡ k=0,003 Ta thấy rằng độ nhớt này tăng khụng nhiều, khi tớnh toỏn trong truyền dẫn cho thiết bị và mỏy múc thƣờng lấy cố định theo tiờu chuẩn ghi cho mỗi loại dầu.
c. Ảnh hƣởng của độ đàn hồi của dầu
Khi dầu chịu ỏp suất cao sẽ bị biến dạng, thể tớch giảm. Trong hệ thống dầu ộp, đặc biệt khi ỏp suất thay đổi, sự biến dạng đú luụn thay đổi sẽ gõy ra rung động và truyền động trong hệ thống khụng ổn định.
d. Ảnh hƣởng của khụng khớ lẫn trong dầu
Thụng thƣờng, trong hệ thống chuyển động bằng dầu ộp, lƣợng khụng khớ lẫn trong dầu chiếm từ 0,5 – 5% thể tớch của dầu, cú khi đến 15-20%. Khớ lẫn trong dầu làm giảm mụđun đàn hồi khi làm việc, giảm độ ổn định truyền động của cơ cấu, làm chuyển động bị đứt quóng, rung động, chậm truyền tớn hiệu cho cơ cấu, làm thay đổi độ nhớt của dầu (chất lỏng khụng đổng nhất) cú quan hệ: h 1 0, 015
d
b
b - tỷ lệ phần trăm lƣợng khớ lẫn trong dầu
h, d - độ nhớt động lực hỗn hợp dầu lẫn khụng khớ và dầu khụng lẫn khụng khớ. Mặt khỏc, việc giảm lƣợng khụng khớ lẫn trong dầu cũng đồng nghĩa với việc giảm cỏc chất bụi bẩn lẫn vào dầu. Cỏc hạt bẩn làm tắc dũng chảy của van tiết lƣu, van
28
phõn phối, làm giỏn đoạn màng dầu, ảnh hƣởng xấu tới bụi trơn, làm rung động cho hệ thống, gõy xƣớc, mũn bề mặt làm việc của piston, xilanh, van… Do vậy, việc lọc sạch dầu trƣớc khi sử dụng là rất quan trọng.
1.2.4.5. Cỏc vấn đề về lựa chọn dầu bụi trơn
- Độ nhớt phải phự hợp với điều kiện làm việc
+ Hệ thống làm việc với vận tốc cao phải chọn loại dầu cú độ nhớt thấp để làm giảm ma sỏt, sinh nhiệt, làm hiệu suất giảm
+ Hệ thống làm việc với ỏp suất cao phải chọn loại dầu cú độ nhớt cao để giảm sự rũ rỉ
+ Đối với hệ thống dầu ộp chuyển động thẳng với khoảng ỏp suất từ 20 – 30bar cú vận tốc v>8 m/ph, thƣờng dựng dầu cú độ nhớt 11-20cSt
+ Đối với hệ thống dầu ộp thực hiện chuyển động quay thƣờng dựng dầu cú độ nhớt 20 – 40 cSt
+ Đối với hệ thống làm việc với:
Áp suất từ 30 – 70 bar thỡ dựng dầu cú độ nhớt 30 – 50cSt, Áp suất từ 70 – 175bar thỡ dựng dầu cú độ nhớt 60 – 100cSt Áp suất >175bar thỡ dầu cú độ nhớt từ 100 – 200 cSt
- Đối với hệ thống làm việc trong giới hạn nhiệt độ khỏ rộng (200C – 700C) cú thể dựng dầu cú độ nhớt 20 – 30cSt.
- Độ nhớt ớt thay đổi theo nhiệt độ K1: vỡ khi nhiệt độ thay đổi, độ nhớt thay đổi dẫn đến điều kiện làm việc cỏc hệ thống khụng ổn định.
- Đảm bảo tớnh bụi trơn tốt, khụng bị phỏ hủy (oxy húa, cong vờnh, mũn…) cỏc bề mặt tiếp xỳc.
- Dầu ớt bị oxy húa, dễ tỏch nƣớc, mụđun đàn hồi ổn định: ớt lẫn khớ, an toàn khi sử dụng.
1.2.4.6. Hiệu suất trong hệ thống truyền dẫn dầu ộp a. Tổn thất cơ khớ
Là tổn thất do ma sỏt giữa cỏc chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau. Tổn thất cơ khớ trong bơm đƣợc biểu thị bằng hiệu suất cơ khớ của bơm:
29 0 cb N n N
Trong đú: N - cụng suất cần thiết để tạo lƣu lƣợng và ỏp suất
4 [ ]
6.10
PQ
N kW
p - ỏp suất của dầu [N/m2]
N0 - cụng suất thực tế đo trờn trục bơm Hiệu suất cơ khớ của động cơ dầu:
0 d cb d N n N
Nd - cụng suất đo trờn trục động cơ dầu
Nod - cụng suất tƣơng ứng với lƣu lƣợng dầu Qd thực tế chảy qua động cơ và ỏp suất để quay động cơ: N =od 4 [ ]
6.10 d pQ kW Tổn thất cơ khớ trong hệ thống là: c = cbcd b. Tổn thất thể tớch
Dạng tổn thất này do dầu chảy qua cỏc khe hở giữa cỏc cơ cấu. Nếu ỏp suất càng lớn, độ nhớt của dầu càng nhỏ thỡ tổn thất thể tớch càng lớn. Tổn thất cú thể xảy ra ở cỏc bộ phận trong toàn hệ thống dầu ộp, nhƣng tập trung chủ yếu ở cỏc cơ cấu biến đổi năng lƣợng.
Tổn thất thể tớch của bơm đƣợc thể hiện bằng hiệu suất thể tớch của bơm:
0 b tb Q Q
Qb: lƣu lƣợng thực tế của bơm khi làm việc với ỏp suất p
Q0: lƣu lƣợng danh nghĩa của bơm, lấy bằng trị số lƣu lƣợng khi p=0. Trong động cơ dầu, hiệu suất thể tớch đƣợc tớnh: d
tb
Q Q
Q: lƣu lƣợng vào động cơ
Qd: lƣu lƣợng qua động cơ để tạo thành số vũng thực nd của bơm
Mụmen tải trọng M (chuyển động quay) và lực P (chuyển động thẳng) tăng lờn thỡ sự rũ rỉ càng lớn. Nếu khụng kể đến dũ dầu trờn đƣờng truyền thỡ tổn thất thể tớch trờn hệ thống đƣợc xỏc định theo hiệu suất thể tớch là: t=tbtd
30
c. Tổn thất ỏp suất
Tổn thất ỏp suất là sự giảm ỏp do sức cản trờn đƣờng 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 hƣớng chuyển động, tốc độ và loại dầu hay độ nhớt của dầu. Hiệu suất ỏp suất đƣợc tớnh:
0 0 0 0 1 a p p p p p p p
Trong đú: p0 - ỏp suất vào trong hệ thống p - ỏp suất ra trong hệ thống
p - tổn thất ỏp suất trờn đƣờng truyền dẫn
d. Hiệu suất truyền dẫn trong hệ thống
Hỡnh 1.7: Sơ đồ tổng quỏt tớnh hiệu suất thể tớch và hiệu suất ỏp suất
Trong đú:
p1 - tổng tổn hao ỏp suất do trở thủy lực p2 - tổng tổn hao ỏp suất do trở quỏn tớnh
pd, p0 - tổng tổn hao ỏp suất do biến dạng dầu vào ống, trở biến dạng C1, C2 - tổng dung khỏng 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, ngƣời ta thƣờng bỏ qua tổn hao ỏp suất thắng quỏn tớnh và cỏc biến dạng nếu ống dẫn cứng tuyệt đối. Với mạch điều khiển dựng thủy lực thỡ phải chỳ ý đến cả 3 loại tổn hao trờn vỡ ảnh hƣởng đến độ chớnh xỏc điều khiển, đặc biệt khi dựng ống mềm dễ bị biến dạng.
1.2.5. Mó mầu quy ƣớc trong mạch truyền dẫn thủy lực (tiờu chuẩn ISO)
31
quy ƣớc cho cỏc đƣờng truyền và thành phần hợp thành. Mó màu túm tắt cơ bản việc giới thiệu, thiết kế hoặc những vấn đề kỹ thuật để làm sỏng tỏ cỏc nguyờn tắc, chức năng hoạt động của nú. Chớnh vỡ vậy tựy thuộc vào từng trƣờng hợp để sử dụng phổ biến. Phần lớn trong việc đào tạo và hƣớng dẫn sử dụng, cũng nhƣ trong việc chế tạo mỏy đều cú sử dụng mó mầu quy ƣớc. Sau đõy là một số mó màu quy ƣớc:
- Màu đỏ: Đƣờng chất lỏng làm việc thƣờng xuyờn từ bơm dầu hoặc động cơ dầu tới thiết bị. Đƣờng này luụn luụn là đƣờng liờn tục. Nú cú thể miờu tả hệ thống ống trong truyền dẫn thủy lực.
- Màu xanh da trời: Đƣờng hồi từ van và cỏc thiết bị khỏc trong mạch thủy lực. Đƣờng này luụn luụn là đƣờng liờn tục. Nú cú thể mụ tả cho kớch thƣớc ống dẫn hoặc ống dẫn trong mạch làm việc.
- Màu vàng: Đo lƣờng hoặc dũng chất lỏng điều khiển trong mối liờn hệ giảm tốc tới cỏc đƣờng tƣơng tự mà khụng phải hạn chế. Đƣờng này cú thể là đƣờng liờn tục hoặc nột đứt dài nếu dũng điều khiển cần cú sự đo lƣờng.
- Màu cam: Đƣờng ỏp suất giảm, chẳng hạn nhƣ đƣờng ỏp suất điều khiển. Đƣờng này cú thể là đƣờng liờn tục sau van giảm ỏp, hoặc là đuờng nột đứt dài cho dũng điều khiển.
- Màu xanh lỏ cõy: Đƣờng vào trong bơm (Đƣờng hỳt), hoặc là đuờng xả. Những đƣờng này nờn là đƣờng nột liền cho đầu vào của bơm, và nhiều đƣờng nột đứt cho đƣờng xả. Hai loại đƣờng này mó màu tƣơng tự nhau cũng khụng khú hiểu, thậm chớ ở trạng thỏi đúng tới mỗi bộ phận khỏc.
- Màu đỏ tớa hoặc màu chàm: Những màu này biểu thị chất lỏng làm việc tăng ỏp ở cỏc khu vực khỏc nhau hoặc trong cỏc điều kiện giảm tải. Những ỏp suất này thƣờng là lớn hơn ỏp suất thiết lập của van an toàn hoặc van tràn trong mạch truyền dẫn.
- Khụng màu: Những đƣờng khụng quy ƣớc màu đƣợc xem xột trong trƣờng hợp khụng làm việc hoặc khụng cú dũng chảy biểu thị.
Bảng 1.1: Cỏc loại đƣờng nột và quy ƣớc mó màu trong mạch thủy lực Thiết kế tiờu chuẩn
ISO
32 Nột liền:
- Khụng dũng chảy - Dũng chảy tới bơm - Dũng chảy về bể chứa - Dũng chảy cung cấp - Đo dũng chảy - Giảm ỏp suất - Chất lỏng tăng cƣờng - Màu đen: - Màu đỏ: - Màu xanh da trời: - Màu xanh lỏ cõy: - Màu vàng: - Màu cam: - Màu đỏ tớa:
Biểu thị đƣờng chất lỏng làm việc, chất lỏng này từ nguồn cấp di chuyển và đi tới cỏc cơ cấu chấp hành và điều khiển để làm việc.
Nột đứt dài: Màu cam:
Biểu thị đƣờng điều khiển với việc cung cấp một lƣợng nhỏ chất lỏng tới cỏc van khỏc hoặc thiết bị điều khiển đang vận hành khỏc. Chiều dài của cỏc nột đứt ớt nhất nờn gấp 10 lần độ dày của nú.
Nột đứt ngắn: Màu xanh lỏ cõy:
Biểu thị đƣờng xả trong mạch thủy lực, nhiều van thủy lực cú cỏc lỗ hở bờn trong cú thể cú cửa thụng hoặc cú thể là nguyờn nhõn của sự cố. Đƣờng xả là một đƣờng nhỏ đƣa chất lỏng thụng tự do tới bồn chứa. Chiều dài của đƣờng nột đứt này gấp 5 lần chiều dày chủa chỳng
Đƣờng nột liền đụi
Biểu thị sự kết nối cơ khớ giữa cỏc phần tử, một trục động cơ phản hồi kết nối giữa cỏc van và bộ phận chấp hành,vv…Khoảng cỏch bờn ngoài của cỏc đƣờng này ớt nhất nờn gấp 5 lần chiều dày của chỳng.
33 Đƣờng tõm Miờu tả cỏc đƣờng nột xung quanh để biểu thị cỏc phần tử bờn trong nú nhƣ là một nhúm hoàn chỉnh. Cỏc nhúm này cú thể là đỳc hoặc nú cú thể gồm nhiều bộ phận hợp thành.
Đƣờng điện Biểu thị đƣờng truyền cụng suất
hoặc tớn hiệu điện.
1.2.6. Kết luận
Mỏy cụng cụ dự đơn giản hay phức tạp thỡ trong nú luụn tồn tại hai dũng năng lƣợng cho mạch động lực và mạch điều khiển. Mạch động lực cung cấp năng lƣợng để cỏc cơ cấu chấp hành đảm bảo đƣợc cỏc yờu cầu về động học, động lực học. Mạch điều khiển đảm bảo cho cỏc cơ cấu chấp hành thực hiện đỳng cỏc yờu cầu về động học, động lực học cũng nhƣ chế độ làm việc kể đến mức độ tự động của toàn hệ thống. Trong hệ thống thủy lực, ngƣời ta sử dụng năng lƣợng chủ yếu dƣới dạng thế năng (ỏp suất) của dũng chất lỏng. Tổn thất năng lƣợng xảy ra ở 3 dạng: tổn thất do ma sỏt giữa cỏc chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau (tổn thất cơ khớ), tổn thất do dầu chảy qua khe hở giữa cỏc cơ cấu (tổn thất thể tớch), tổn thất do sức cản trờn đƣờng truyền (tổn thất ỏp suất). Nờn khi thiết kế mạch điều khiển dựng thủy lực phải kể đến cả 3 dạng tổn thất này vỡ nú ảnh hƣởng rất lớn đến độ chớnh xỏc điều khiển.
Túm lại, do những ƣu việt của mỡnh mà hệ thống thủy lực đƣợc sử dụng rộng rói trong cỏc mỏy cụng cụ. Trong một hệ thống thủy lực bao gồm rất nhiều phần tử khỏc nhau. Nhƣng nhỡn chung, ngƣời ta chia chỳng ra làm 2 loại: cỏc cơ cấu biến đổi năng lƣợng và cỏc phần tử chức năng điều khiển. Cỏc phần tử này đúng vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh cung cấp năng lƣợng, điều khiển, truyền dẫn năng lƣợng đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chớnh xỏc cỏc yờu cầu kỹ thuật về động học, động lực học ở cơ cấu chấp hành. Nhằm làm rừ vấn đề này, chƣơng 2 sẽ trỡnh bày về đặc tớnh cỏc phần tử chức năng, trong đú đi sõu vào cỏc cơ cấu biến đổi năng lƣợng và cỏc cơ cấu điều khiển, điều chỉnh của hệ thống thủy lực.
34
CHƢƠNG II: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG
2.1. CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG.
Cơ cấu biến đổi năng lƣợng trong hệ thống thủy lực là những bộ phận dựng để biến đổi năng lƣợng từ dạng này sang dạng khỏc nhằm thực hiện một cụng cú ớch. Tựy thuộc vào dạng năng lƣợng cần biến đổi, cơ cấu biến đổi năng lƣợng cú thể là bơm dầu, động cơ dầu, xilanh truyền lực. Cơ cấu biến đổi năng lƣợng cú nhiều kiểu khỏc nhau, song về nguyờn tắc làm việc thỡ giống nhau.
Về mặt kết cấu, bơm dầu và động cơ dầu là tƣơng đối giống nhau và cú thể thay thế chức năng của nhau. Sự khỏc biết chủ yếu giữa chỳng là sự chờnh lệch về kớch thƣớc khi chỳng cú cựng một yờu cầu nhƣ nhau. Phần đặc điểm chung của cơ cấu biến đổi năng lƣợng sẽ đề cập đến ở phần bơm dầu.
2.1.1Bơm dầu.
Là một cơ cấu biến đổi năng lƣợng, dựng để biến cơ năng thành năng lƣợng của dầu (dũng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ộp thƣờng chỉ dựng bơm thể tớch, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lƣợng bằng cỏch thay đổi thể tớch cỏc buồng làm việc, khi thể tớch làm của buồng làm việc tăng, bơm hỳt dầu thực hiện chu kỡ hỳt, và khi thể tớch của buồng làm việc giảm, bơm đẩy dầu ra và thực hiện chu kỡ nộn. Áp suất và lƣu lƣợng là những thụng số cơ bản của bơm.
a. Bơm cố định; b. Bơm điều chỉnh Hỡnh 2.1: Ký hiệu bơm dầu
2.1.1.1. Nguyờn lý hoạt động của bơm
Bơm là một bộ phận quan trọng nhất trong cỏc hệ thống thuỷ lực bởi vỡ chỳng cung cấp dũng thuỷ lực vào hệ thống. Đƣợc vận hành bởi động cơ chớnh, bơm thuỷ lực đƣa chất lỏng ở trạng thỏi ỏp suất khụng khớ vào điền đầy khụng gian bờn trong bơm qua một đƣờng vào và đƣa chất lỏng vẫn đƣợc giữ ở ỏp suất khụng khớ tới đƣờng ra
35
nhờ sự giảm thể tớch bờn trong gần cửa ra. Nếu trờn đƣờng dầu bị đẩy ra ta đặt một vật