CHƯƠNG 1 THUỶ LỰC CÔNG NGHIỆP
2.3. Kết cấu hệ thống AFH ba pha
Một trong các phương pháp tạo ra sự đồng dạng cho dòng chảy và áp suất của AFH là sử dụng mạch thuỷ lực ba pha AFH. Đây là sự kết hợp của ba pha AFH đơn đã được nghiên cứu ở phần trên.
i v h m v ê
Đố ới ệ thống AFH ba pha, các pha được óc ào hai đĩa nghi ng hoặc hai đĩa òtr n lệch tâm. Đĩa nghiêng b n tráiê gọi là đĩa chủ động, đĩa bên phải là b đĩa ị động, chuyển động của đĩa chủ động được truyền cho đĩa ị b động ôth ng qua ba pha được l êắp tr n các đĩa. Sơ đồ h ệ thống được thể hiện trên h ình(2.2)
1 2 3 4 5
Hình 2.2. C ấutrúc b ộ truyềnAFH ba pha 1. Đĩanghiêng chủđộng
2. Piston chủ động 3. Đoạnống
4. Piston b ị động 5. Đĩanghiêng bịđộng
V s h ới ơ đồ ình (2.2), th ácì c o đ ạn ống được ố định c êtr n hai bệ đỡ và đặt nằm ngang. Đĩa chủ động 1 được gắn với động c iơ đ ện một chi có ều thể thay đổi t ốc độ hoặcđộng c ơthuỷ ực l , đĩanghi ngê s ố5 được nối v t ới ải trọng quay đầu ra. Các piston chủ động và b 2 ị động 4 được ắn g c ácguốc trượt cho phép trượt êtr n bề mặtđĩanghi ng.ê
2.3.1. Nguyên lý.
c ê t m P
Ban đầu ác pha tr n bộ truyền được ích ột áp suất ban đầu 0, và c ác piston của ộ b truyền ằm ở ị n v í câtr n bằng. Khi đĩa chủ động1 quay, do là đĩa nghi ng n n sê ê ự cân bằng của c ác piston trong bộ truy b á vền ị ph ỡ. khi piston chủ động dịch chuyển được một ođ ạn h th piston bì ị động cũng dịch chuyển một o đ ạn đúng ằn b g h ( nếu tiết diện ủa c hai piston là như nhau). Với l ựcdo áp suất t dác ụng lên bề ặt m piston nó s ẽ truyền mômen l n ê đĩanghi ng ê b ị động và l àm cho đĩa n ày quay. Qu trình truyá ền mômen được thực hiện liên tục ởi b ba pha lắptrên bộtruyền. Phần đĩa nghi ng v piston bêê à n trái hoạt động giống như m bột ơm thuỷ ực l piston ôto-r hướng tr ục đĩa nghiêng, c òn phần bên phải hoạt động giống như một động c ơ thuỷ ực l piston to h-rô ướng trụcđĩanghi ng.ê
Có thể đưa ra k hiý ệu ủa ộ c b truyền AFH ba pha này trong hệ thống thuỷ lực nh ư sau:
Hình 2.3. Ký hiệu ủa c b ộtruyền AFH ba pha
2.3.2. Tính toán đặc tính tĩnh của hệ thống.
V t g ận ốc óc
v k c ê s à
Đối ới ết ấu tr n, giả ử hai đĩa nghiêng trong bộ truyền AFH l giống nhau và có bán k là ínhđĩa R.
Gọi r1 và r2 tương ứng là b k c pán ính ủa iston chủ động và b ị độngtrong b ộ truyền, l1 và l2 là d độ ịch chuyển ủa c hai piston và ω1 là t ốc độ quay của đĩachủ động.
Giả thiết tại thời đi ểm ban đầu trục quay ở ị v í tr A. Khi đĩa nghi ng ê quay một gócϕ, th piston dì ịch chuyểnđược ột m o đ ạnx. Theo sơ đồ t ín toán trên h ình(2.4) ta có:
γ γ
i ) 1
( i
) (
i ) ' (
sin ).
' (
sin
'. = −
=
R R
R OB
OA
OB OA AB
x (2.30)
Do đó v t d ận ốc ịchchuyển ủa c piston chủ độngtrong xilanh là:
ϕ γ ϕ ω
ϕ. 1sin .sin
1 R
dt d d dx dt
v =dx = = (2.31) Lưu lượng tức ời th của ỗi m piston là:
ϕ γ ω
ϕ πr12.R. 1sin .sin
q = (2.32) H ình 2.4. Sơ đồ t ính toán trong hệ H AF
N ếu hai piston có r1=r2 ì th hai piston này s ẽ chuyển động cùng t ốc độ, t là: ức
v1 = v2 => ω1=ω2.
Điều n ày đồng nghĩa với việc nếu coi iđ ều kiện l àm việc là lý tưởng không có s rò rự ỉ, chất ỏng l ôkh ng chịu n ì én th đĩa nghiêng bị động s ẽ quay v v t g bới ận ốc óc ằng ới ận ốc v v t g c óc ủa đĩanghi ng chê ủ động.
N ếu hai piston c án ính khác nhau ta có b k ó v t d ận ốc ịch chuyển ủa c piston bịđộng là:
ϕ γ ϕ ω
ϕ2. . 2sin .sin
2 2 R
dt d d dx dt
v =dx = = (2.33) Do đólưu lượng truyềnđến piston bị động là:
ϕ γ ω
ϕ2 πr22R. 2.sin .sin
q = (2.34) Nhưng do hai piston cùng n êằm tr n một o đ ạn ống nê ó n c lưu lượng bằngnhau:
ϕ γ ω π ϕ γ ω
ϕ π
ϕ1 q 2 r12R 1sin .sin r22R. 2sin .sin
q = ⇒ = (2.35) T ừ đósuy ra: 2 2 1
2 1 1
2 ω .ω
ω
ω k k
r
r = ⇒ =
= (2.36) Phương trình (2.36) cho ta biết ằng ếu r n có s ự khác nhau về k ích thước piston củaphần chủ động và phần ị động ẽ b s làm cho vận ốc t g c óc ủa hai đĩa nghiêng khác nhau. Cụ ể th :
+ Nếu r1< r2 => ω2 < ω1 + Nếu r1> r2 => ω2 > ω1
Mômen của ộ b truyền
Khi đĩa nghi ng chê ủ độngquay, theo ph n tích tr n thâ ê ì đĩanghi ng b n ê ê phải cũng chuyển động theo. Do vậy l áp ực chất ỏ l ng t dác ụng lên piston thông qua đĩa nghi ng tê ạo ra một mômen tác dụng lên trục c ủa đĩa nghi ng ê
bên phải. Gọi à l t dF l ực ác ụng lên đĩanghi ng th ng qua p ton cê ô is ủa ỗi m pha . L n ực àyđược x ácđịnh theo c ng thô ứcsau:
P = p.π.r2 (2.37)
Trên mặt phẳng nghi ng cê ủa đĩa, lực →P được âph n tích thành hai lực thành phần:
→
→
→=Q+N P
Chiếu lên hệquy chiếu đãch ta ọn được: Q = P.sinγ
N = P.c osγ
L ực Q trong mặt phẳng nghi ng cê ủa đĩa được âph n tích thành l ực ly tâm T và l hực ướng tâm. Lực ly t m sâ ẽ ạo t ra m men tr n trô ê ục ủa đĩa c nghi ng.ê
M0 = R.T = R.P.sinγ.sinϕ
Hình 2.5. Sơ đồ t môính men của pha AFH t dác ụng lên đĩanghi ngê
V b ới ộ truyền ba pha, m men ô được truyền êli n tục ằng b ba piston tr n ê ba pha, tuy n n mhiê ômen tr n cácê pha xuất hiện theo trình t l ự ệch pha nhau đúng bằng góc lệch pha c ủaba piston tr n ê đĩa nghi ng. ê Để nghiên cứu chi tiết v ề việc truyền mômen với ự ảnh ưởn s h g của ải t trọng ta cần đặt v c ào ác trường t ải ọngtr c ụ thểnhư: tảitrọngkhối ượng ố định l c , tảitrọng dao động lò xo và t ải trọng trởkháng b t ình ích . áp
G Mọi 1 là mômen m trà ụcchủ động nhận được ừ t nguồn ủa ộ c b truyền, M2 là mômen m trà ục đầu ra của ộ b truyền nhận được. Nếu như ộ b truyền hoạt động ở chế độ ông tkh ải, toàn b môộ men được truyền qua hệ thống c ác pha trong bộ truyền đến trục b ị động. Do đó công suất đầu ra bằng công suất đầu vào. Ta có:
2 2 1
1M ω M
ω = => 1
2
2 1 M
M ω
=ω
Thay ph ng trươ ình (2.36) v o ph ng trà ươ ình êtr n ta có:
1
2 1M
M =k (2.38) T ừ phương trình (2.38) nhận thấy ằng để r có được mômen đầu ra lớn hơn m men ô đầu v ì h s ào th ệ ố k < 1, đ ềui n có ày nghĩa là b k c pán ính ác iston chủ động nh h n b k c pỏ ơ án ính ác iston bị động đầu ra.
V ớinhững nghiên c êứutr n, c thó ể nhậnthấy ằng ộ r b truyềnAFH giống như một thiết b ị biến đổi mômen. Bằng cách thay đổi đường k cính ủa c ác piston trong bộ truyền AFH, nếu đường k c pính ác iston đầu v ào nhỏ ơ h n các piston đầu ra thì v t g c b ận ốc óc ủa đĩa ị động bên phải nhỏ ơ h n vận ốc t g óc c ủa đĩa chủ động nhưng m men cô ủa đĩa ị động ại ớn ơ b l l h n m men ô đầu v ào và ngược ại l . Để đồng ộ được b c ác chuyển động ủa c hai đĩa ì c pth ác iston trong bộ truyền AFH phải có k ích thước giống nhau. Tuy nhi n viê ệc nghiên c ứu đặc t c h ính ủa ệ thống AFH còn phụ thuộc v t ào ải trọng đầu ra v ínhà t chất c t ủa ải trọng.