Với những ưu điểm nổi bật, hệ thống thủy lực dầu ép được sử dụng rộng rãi trong nhiều chủng loại thiết bị cơng nghiệp:
- Trong ngành cơng nghiệp chế tạo máy cơng cụ, các cụm thủy lực thường được sử dụng làm nhiệm vụ kẹp dao, kẹp phơi, thực hiện các chuyển động tiến dao, dẫn động trục chính, điều khiển các thao tác của máy để tự động thay dao hoặc tháo và kẹp phơi.
- Trong ngành máy xây dựng sử dụng phổ biến hệ thống thủy lực để thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong các loại xe máy nâng chuyển, xe cần cẩu, máy xúc, máy đào, xe ép rác, kích nâng cũng như đối với nhiều chủng loại xe cơng trình.
- Truyền dẫn thủy lực cũng được sử dụng phổ biến trong ngành cơng nghiệp luyện kim và cán kim loại. Ví dụ: bộ phận nạp liệu cho lị cao, thiết bị đúc liên tục, bộ phận điều khiển trục cán… chúng bảo đảm độ an tồn và tính chính xác cao.
- Trong lĩnh vực chế tạo máy nơng nghiệp, thiết bị thủy lực dùng để nâng hạ dàn cày, trong cụm trợ lực tay lái servo, truyền động thủy lực cũng được dùng nhiều trong máy gặt đập liên hợp.
- Trong lĩnh vực chế tạo máy nâng chuyển, truyền dẫn thủy lực cĩ nhiều ưu điểm khi thực hiện các thao tác nâng hạ, xoay nghiêng giá nâng, cũng như sử dụng trong máy khoan,
máy xúc, máy gạt của cơng nghiệp khai thác mỏ.
- Trong cơng nghiệp gia cơng sản phẩm nhựa plastic, sử dụng xi-lanh thủy lực để thực hiện các động tác đĩng mở khuơn tháo dỡ sản phẩm. Ở những máy ép nhựa thế hệ mới, người ta sử dụng van tỷ lệ để thực hiện điều khiển theo chương trình.
- Thiết bị thủy lực cịn cĩ mặt trong hầu hết các ngành cơng nghiệp như đĩng tàu, chế tạo máy bay (ví dụ như các xi-lanh thủy lực nâng hạ cách, điều khiển các cánh phụ khi máy bay lên xuống), hĩa chất, gia cơng chế biến gỗ, cơng nghiệp dệt sợi.
Chương 9 BƠM VÀ ĐỘNG CƠ DẦU MỤC TIÊU
- Phân biệt được sự khác nhau giữa bơm và động cơ dầu về sự biến đổi năng lượng. - Lựa chọn được loại máy nén khí thích hợp cho hệ thống thủy lực.
NỘI DUNG 1 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng
Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị cĩ chức năng khác nhau. Bơm là phần tử tạo ra năng lượng, cịn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy thế, kết cấu và phương pháp tính tốn của bơm và động cơ dầu cùng loại giống nhau.
- Bơm dầu là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu (dịng 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 của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén. Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta cĩ thể phân ra hai loại bơm thể tích:
+ Bơm cĩ lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định.
+ Bơm cĩ lưu lượng cĩ thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh.
- Động cơ dầu là thiết bị dùng để biến năng lượng của dịng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu cĩ áp suất được đưa vào buồng cơng tác của động cơ. Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ được quay.
Những thơng số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vịng quay và hiệu áp suất ở đường vào và đường ra.
- Thể tích dầu tải đi trong 1 vịng (hành trình). Nếu ta gọi:
V1 : thể tích dầu tải đi trong 1 vịng (hành trình); A : diện tích mặt cắt ngang;
h : hành trình pit-tơng;
VZL : thể tích khoảng hở giữa 2 răng; Z : số răng của bánh răng;
Ta cĩ thể tích dầu tải trong 1 vịng (hành trình): V1=A.h 1 hành trình
V1=VZL.Z.2 1 vịng
2 Các loại bơm
2.1 Bơm bánh răng
Bơm bánh răng thuộc nhĩm bơm thể tích, trong đĩ cĩ hai loại bơm bánh răng ăn khớp ngồi và bơm bánh răng ăn khớp trong.
2.1.1 Bơm bánh răng ăn khớp ngồi
Bộ phận chính là một cặp bánh răng ăn khớp. Trong mỗi vịng quay, nĩ tạo ra một vùng cĩ áp suất thấp (buồng hút) ở khu vực các cặp bánh răng ăn khớp. Tại đĩ, chất lỏng từ thùng chứa bị hút lên và điền đầy các rãnh răng rồi được vận chuyển theo thành vỏ bơm về phía buồng nén. Khi từng cặp răng vào ăn khớp, chúng chiếm mất thể tích rãnh răng chứa chất lỏng, đồng thời bịt kín và làm ngăn dịng chảy ngược từ vùng nén sang vùng hút. Kết quả chất lỏng bị ép liên tục vào ống đẩy.
Thuyết minh các chi tiết của bơm bánh răng theo hình 9.2 và hình 9.3: 1. thân bơm; 2. nắp trước; 3. nắp sau; 4. ổ trượt; 5. joăng kín; 6. rãnh hướng kính (để giảm áp suất thủy tĩnh do dầu chèn ở chân răng); 7. rãnh chứa dầu (cĩ tác dụng bơi trơn và giảm nhiệt cho ổ trượt); 8. vùng dầu bị chèn ép (dưới áp suất cao ở vùng răng ăn khớp).
Áp suất làm việc của bơm cĩ thể đạt tới 250 bar.
Bơm bánh răng ăn khớp ngồi được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thống thủy lực dầu ép nhờ cĩ những ưu điểm:
Hình 9.2 Bơm bánh răng ăn khớp ngồi
- Trọng lượng nhỏ, kết cấu gọn nhưng cĩ thể đạt được áp suất tương đối lớn. - Dãi tần số quay rộng, lưu lượng cĩ thể điều chỉnh trong phạm vi rộng. - Cĩ thể làm việc với nhiệt độ và độ nhớt thay đổi lớn.
- Giá thành cạnh tranh.
Khuyết điểm chính của bánh răng ăn khớp ngồi là: sự chênh áp giữa buồng hút và buồng nén tạo nên áp lực nén lên ổ trục và khi một cặp răng bắt đầu vào ăn khớp vẫn cịn sĩt một lượng chất lỏng ở chân răng, lượng chất lỏng này sẽ bị ép đưới áp suất rất lớn và đây cũng chính là nguyên nhân phát sinh tiếng ồn, sự mài mịn răng và gây ra áp lực rất lớn lên trục chính.
2.1.2 Bơm bánh răng ăn khớp trong
Bơm cĩ cấu tạo chính là cặp bánh răng ăn khớp trong (1) và (2). Các răng ở vùng ăn khớp chuyển động tựa trên một chi tiết hình máng (3) để giữ và chuyển tải lượng chất lỏng ở rãnh răng về phía buồng nén.
So với cặp bánh răng ăn khớp ngồi, bánh răng ăn khớp trong cĩ chiều dài cung ăn khớp lớn hơn nhiều (khoảng 1200), do đĩ bơm bánh răng trong cĩ lưu lượng và áp suất ổng định hơn, làm việc êm hơn, tiếng ồn nhỏ hơn.
Áp suất làm việc của bơm cĩ thể đạt tới 320 bar.
Lưu lượng bơm bánh răng
Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu bị đẩy ra khỏi rãnh răng bằng với thể tích của răng, tức khơng tính đến khe hở giữa chân răng và lấy hai bánh răng cĩ kích thước như nhau.
+ Nếu ta đặt:
m – mơđun của bánh răng (cm); d – đường kính chia bánh răng (cm); b – bề rộng bánh răng (cm); số vịng quay trong một phút (vg/ph);
thì lường dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nĩ quay một vịng là: qv = 2..d.m.b (cm3/vg)
+ Nếu gọi z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích t của bơm và số vịng quay n, thì lưu lượng của bánh răng sẽ là:
qv = 2..d.m.b.z.n. t (cm3/vg)
Hình 9.4 Bơm bánh răng ăn khớp trong: 1. vành răng trong; 2. Bánh răng ăn khớp
với vành răng trong; 3. Máng tựa; 4. Thể tích dầu được chuyển tải ở các rãnh răng; 5. Khoang chứa dầu rị.
2.1.3 Bơm rotor
Bơm rotor thuộc họ bơm bánh răng ăn khớp trong. Bộ phận chính là vịng và lõi rotor tương tự như một vành răng trong ăn khớp với bánh răng (thường cĩ dạng răng cung trịn). Số răng của vành răng nhiều hơn bánh răng 1 răng. Do đặc tính ăn khớp giữa các răng, trong mỗi vịng quay sẽ xuất hiện một vùng hút và một vùng nén.
Bơm rotor cĩ áp suất và lưu lượng ổn định, tiếng ồn nhỏ. Áp suất làm việc của bơm cĩ thể đạt tới 160 bar.
2.1.4 Bơm trục vít
Bơm trục vít cĩ thể coi như là một bơm bánh răng ăn khớp ngồi. Đĩ là một cặp bánh răng nghiêng ăn khớp với số răng nhỏ và gĩc nghiêng của răng là rất lớn nên cĩ dạng trục vít. Ở bơm bánh răng, chất lỏng được chuyển tải từ buồng hút theo chu vi của vỏ bơm tới buồng nén, quá trình này xảy ra ở bơm trục vít theo hướng trục. Kiểu bơm trục vít đơn giản nhất chỉ cĩ một cặp ăn khớp, nhiều nhất cĩ thể gồm 5 trục vít xoắn ăn khớp đồng thời, trong đĩ cĩ một trục chủ động, các trục cịn lại đều là bị động.
Ưu điểm: rất ổn định về lưu lượng và áp suất, sự dao động của trị số lưu lượng và áp suất hầu như khơng đáng kể, làm việc rất êm, tiếng ồn nhỏ.
Nhược điểm: bơm cĩ dạng trụ dài, diện tích tiếp xúc giữa các răng lớn nên ma sát xảy ra rất mạnh trên các bề mặt tiếp xúc, hiệu suất của bơm thấp.
Áp suất làm việc của bơm cĩ thể đạt tới 250 bar.
Hình 9.5 Bơm rotor
2.2 Bơm cánh gạt
Cấu tạo chung gồm cĩ thân bơm và rotor. Rotor được xẻ những rãnh hướng kính để lắp cánh gạt. Khi rotor chuyển động quay, lực ly tâm làm cho các cánh gạt trượt trong rãnh và chuyển động tựa theo mặt trong của thân bơm, do đĩ, trong buồng bơm sẽ tạo thành vùng cĩ áp suất thấp (vùng hút) và vùng áo suất cao (vùng nén). Bơm cánh gạt cĩ hai kiểu: bơm cĩ lưu lượng khơng đổi và bơm cĩ lưu lượng thay đổi.
2.2.1 Bơm cánh gạt cĩ lưu lượng khơng đổi
Cấu tạo chung gồm thân bơm (stator) dạng oval và lõi bơm (rotor) lắp cố định và đồng tâm với thâm bơm. Khi bơm làm việc, bên trong sẽ hình thành 2 vùng hút và 2 vùng nén. Các vùng hút và vùng nén đĩ được nối thơng với cửa hút và cửa đẩy.
2.2.2 Bơm cánh gạt cĩ lưu lượng thay đổi
Cấu tạo chung gồm rotor (1) được lắp lệch tâm với một bạc trụ (3). Khi rotor quay, mặt đầu các cánh gạt chuyển động trượt theo mặt trịn trong của bạc tạo ra một vùng hút và một vùng nén. Nhời điều chỉnh khoảng lệch tâm giữa bạc với lõi bơm bằng các vít hãm bạc (4, 5, 6) ta cĩ thể thay đổi được lưu lượng của bơm. Hiện nay ít sử dụng loại bơm này.
Bơm cánh gạt thích hợp với áp suất thấp. Áp suất đạt được 70 200 bar.
Hình 9.7 Bơm cánh gạt cĩ lưu lượng khơng đổi
Hình 9.8 Bơm cánh gạt cĩ lưu lượng thay đổi: 1. Lõi bơm (rotor); 2. Vỏ bơm; 3. Bạc
2.3 Bơm pit-tơng
Bơm pit-tơng là loại bơm dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích của cơ cấu pit-tơng/ xi- lanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là hình trụ, do đĩ dễ dàng đạt được độ chính xác gia cơng cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, cĩ khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất cĩ thể đạt được là p = 700 bar).
Bơm pit-tơng thường được dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn đĩ là máy chuốt, máy xúc, máy nén…
2.3.1 Bơm pit-tơng hướng trục
Lõi bơm hình tang trống chứa nhiều pit-tơng đơn. Khi tang quay, mặt đầu của các pit- tơng trượt trên một đĩa nghiêng lắp cố định với vỏ bơm sẽ tạo ra một hành trình chuyển động tịnh tiến của mỗi pit-tơng. Ngăn cách giữa các khoang hút và khoang nén nhờ một đĩa phân phối cĩ các cửa hình bầu dục.
Áp suất làm việc lớn nhất của bơm 400 bar.
2.3.2 Bơm pit-tơng hướng kính
Hình 9.9 Bơm pit-tơng hướng trục
3 Bể dầu 3.1 Nhiệm vụ 3.1 Nhiệm vụ
Bể dầu cĩ nhiệm vụ chính như sau:
- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu chảy về). - Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.
- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc. - Tách nước.
3.2 Chọn kích thước bể dầu
Đối với các loại bể dầu di chuyển. Ví dụ bể dầu trên các xe vận chuyển thì thể tích bể dầu chọn như sau: V = 1,5.qv
Đối với các loại bể dầu cố định. Ví dụ bể dầu trong các máy, dây chuyền thì thể tích bể dầu chọn như sau: V = (0,3 0,5).qv
trong đĩ: V (lít)
qv (lít/ph)
3.3 Kết cấu của bể dầu
d. c.
a. b.
Hình 9.11 Một số kết cấu của bơm pit-tơng hướng kính: a. Bơm pit-tơng
hướng kính đơn; b. Bơm pit-tơng hướng kính kép; c. Bơm pit-tơng hướng kính 3 pit-tơng; d. Bơm pit-tơng hướng kính 5 pit-tơng;
Hình 9.12 Bể dầu: 1. Động cơ điện; 2. Ống hút; 3. Bộ lọc; 4. Khoang hút; 5. Vách ngăn; 6. Khoang hồi dầu; 7. Mắt dầu; 8. Cửa châm dầu; 9. Ống xả.
Bể dầu được ngăn thành hai khoang bởi một màng lọc (5). Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào một khoang khác.
Dầu thường được đổ và bể qua một cửa (8) bố trí trên nắp bể lọc và ống hút bộ lọc (9) được đặt vào gần sát bể chứa. Cĩ thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7).
Nhờ các màng lọc vào bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển bảo đảm sạch. Sau một thời gian làm việc theo định kỳ (tùy theo mức độ cụ thể ở từng máy cũng như các chế độ làm việc ở từng nhà máy cụ thể), bộ lọc phải được tháo ra rửa sạch hoặc thay mới. Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm), người ta thường gắn vào một van tràn để điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và bảo đảm an tồn cho đường ống cấp dầu.
4 Bộ lọc dầu 4.1 Nhiệm vụ 4.1 Nhiệm vụ
Trong quá trình làm việc, dầu khơng tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngồi vào hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm bịt kín các khe hở, các tiết diện chảy cĩ kích thước nhỏ trong các cơ cấu dầu ép, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong hoạt động của hệ thống. Đo đĩ, trong cơng nghiệp dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép.
Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một ở ống xả của hệ thống dầu ép.
4.2 Phân loại
Tùy theo kích thước chất bẩn cĩ thể lọc được, bộ lọc dầu cĩ thể phân thành các loại sau: - Bộ lọc thơ: cĩ thể lọc được những chất bẩn cĩ đường kính đến 0,1mm.
- Bộ lọc trung bình: cĩ thể lọc được những chất bẩn cĩ đường kính đến 0,01mm. - Bộ lọc tinh: cĩ thể lọc được những chất bẩn cĩ đường kính đến 0,005mm.
- Bộ lọc đặc biệt tinh: cĩ thể lọc được những chất bẩn cĩ đường kính đến 0,001mm.
4.3 Cách lắp bộ lọc trong hệ thống lọc
Cách lắp bộ lọc trong hệ thống: tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển mà cĩ thể lắp bộ lọc dầu theo các vị trí khác nhau.
Hình 9.13 Các cánh lắp bộ lọc: a. Lắp ở đường hút;
Chương 10 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC MỤC TIÊU
- Nhận dạng được các phần tử thường gặp trong thủy lực. - Vẽ được ký hiệu các phần tử thường gặp trong thủy lực.
- Trình bày được nguyên lý làm việc của các phần tử thường gặp trong thủy lực.