3.1 Cac thanh phan cơ ban của hệ thống thủy lực
- Bơm thủy lực:
Bơm dầu thủy lực được dùng trong hệ thống thủy lực. Bơm có nhiệm vụ tạo ra áp suất dé đưa dau thủy lực vào hệ thống. Lưu lượng đi vào hệ thống thay đổi theo tốc độ chuyền động cho bơm nhưng với tốc độ chuyền động bơm không đôi cũng có thé thay đổi lưu lượng bang cách các kiểu điều khiển khác. Chúng hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích buồng chứa ở ngõ vào và ngõ ra từ lớn đến bé nhằm tạo ra áp suất ở ngõ ra, áp suất này được truyền đến các cơ cầu ứng dụng.
- Bộ phận tác động:
Bộ phận tác động là bộ phận ngõ ra của hệ thống chuyền năng lượng áp suất thành cơ năng. Piston trong kích thủy lực là bộ phận chuyền động tuyến tính, tạo ra lực tác động theo đường thăng.
- Động cơ thủy lực:
Là bộ phận tác động quay, tao ra mômen quay nhờ nguồn áp do bơm truyền tới
làm quay động cơ. Khi động cơ quay ta lợi dụng mô men quay ở trục động cơ mà
nối đến cơ cấu làm việc.
Piston lớn là bộ phận tac động tuyến tính và chỉ tạo ra lực tác động theo một chiều, gọi là bộ tác động đơn. Có những piston tao ra lực tác động ở cả hai chiều dịch chuyền được gọi là tác động kép.
. Hệ thong Van:
+ Van định hướng.
+ Van điều khién áp suất.
aie
+ Van điều khién lưu lượng.
‹ Đường ong:
Các đường nối giữa các bộ phận dé dẫn lưu chất trong hệ thống. Các đường ống thường được phân loại theo chức năng của chúng gồm :
+ Đường ống làm việc : đường ống nạp, đường ống áp lực, đường ống nối tiếp.
+ Đường ống không làm việc : đường ống xả, đường ống tín hiệu.
- So đồ mach:
Dé thé hiện hệ thống thủy lực một cách đơn giản ta dùng sơ đồ mạch. Mỗi bộ phận của hệ thống được biểu diễn bằng ký hiệu ở dạng hình học đơn giản. Sơ đồ mạch chỉ cho biết sự liên kết và chức năng của từng bộ phận nhưng không cho biết
câu tạo của chúng.
3.2 Bơm thủy lực kiểu bánh răng . [2]
1-trục động cơ, 2- trục banh răng, 3- đường dau
vào, 4 - su đóng kin tạo áp suất.
Hình 3.1- Sơ đô cầu tạo bơm bánh răng
ô16%
a. Nhiệm vụ của bom thiy lực:
Nhiệm vụ của bơm là đây dầu thủy lực vào hệ thống và tạo nên dòng lưu động.
Chúng ta nói bơm đã chuyền cơ năng thành năng lượng áp suất trong lưu chất, sau đó năng lượng áp suất lại chuyền thành cơ năng trên bộ phận tác động.
* Luu ý : Bom tạo ra sự lưu động nhưng sự lưu động trong hệ thống còn phụ thuộc vào những thành phần khác của hệ thống.
b. Các thành phan cơ bản của bơm thủy lực gom:
+ Một cửa nạp dé đưa dầu từ bình chứa hoặc nguồn chứa vào bơm.
+ Một cửa thoát dầu nôi với đường ống áp lực.
+ Buồng bơm để tải dau từ cửa nạp đến cửa thoát.
+ Các cơ cấu khác đảm bảo hoạt động của bơm.
Phần lớn các bơm thủy lực kiểu rotor, buồng bơm có kích thước lớn hơn phía nạp, bằng cách ấy sẽ tạo ra một phần chân không ở phía nạp. Buồng bơm phía ngõ ra nhỏ hơn dé đây dầu vào hệ thông. Chân không ở cửa vào sẽ tạo ra sự chênh lệch
áp suất để dầu chảy từ bình chứa vào bơm, một số khác dùng bình chứa áp lực, áp suất trong bình chứa cao hơn chân không và dầu đi vào bơm dễ dàng.
c. Các gia trị định danh:
Ap suất danh định :
Một trong các thông số quan trọng của bơm là áp suất danh định. Áp suất danh định là giá trị áp suất bơm có thé làm việc an toàn, các bộ phận của bơm không bị phá hủy trong thời gian làm việc lâu dài. Áp suất danh định liên quan đến cấu tạo của bơm nền giá tri này do nhà chế tạo thiết kế bơm xác định.
Thông số này rất quan trọng trong việc xác định tải của hệ thống cũng như
chỉnh định van an toàn.
wl} =
Lưu lượng danh định :
Cũng như áp suất danh định, lưu lượng danh định là một trong hai thông số quan trọng nhất của bơm.
e Có hai thông số có thể đặc trưng cho khả năng bơm lưu chất của bơm thủy lực, đó là :
+ Lưu lượng :
Lưu lượng là lượng lưu chất phát ra của bơm trong một đơn vị thời gian.
+ Dung lượng bơm :
Dung lượng bơm Là lượng lưu chất do bơm phát ra trong một vòng quay (đối với bơm rotor) hoặc trong một chu kỳ hoạt động (đối với bơm tịnh tiến) của bơm.
Don vi tính là in*/rev hoặc inŸ/cycle.
Chúng ta có thé đổi qua lại giữa hai đại lượng trên nếu biết số vòng quay của
bơm trong vòng | phút (rpm).
Biết rằng : Igallons = 231in?
đc N/i
Nên 0=. (3.1)
Với : Q- lưu lượng, gallon/phút;
q- dung lượng, in*/vong;
n- số vòng quay, vòng/phút;
Hay O- TTít
Với: Q- lưu lượng, lit/phut;
q- dung lượng, ml/vong;
n- số vòng quay, vòng/phút;
= ẽŠ <
* Các điều kiện liên quan đến lưu lượng danh định
Chúng ta biết rằng lưu lượng thực tế của máy bơm phụ thuộc vào tốc độ của cánh quạt (bơm quay) hay tốc độ tịnh tiến của piston (bơm piston). Vì vậy lưu lượng danh định phải được xác định ở tốc độ danh định. Ngoài ra còn phải xác định
lưu lượng danh định ở các điêu kiện áp suât ngõ vào và ngõ ra của lưu chât.
Sau đây là các điều kiện chuẩn dé xác định lưu lượng danh định Các điều kiện Bơm cánh quạt | Bơm piston Tốc độ (vòng/phút) 1200 1800 Áp suất ngõ ra (bar) 6,9 6,9 Áp suất ngõ vào (bar) 0 0
Như vậy nếu ta nói bơm có lưu lượng 15gpm hay vắn tắt hơn là bơm 15gpm, thì có nghĩa bơm vận chuyên ra 15gallons trong thời gian 1 phút với các điều kiện tốc độ vận hành và các áp suất ngõ vào và ngõ ra ở giá trị danh định.
Khi bơm vận hành ở tốc độ bất kỳ thì cách tính lưu lượng như sau :
m rpm
opm = 22TMMos IP -
TPM (pa)
gpma) - lưu lượng danh định, /it/phiit;
rpmpa) - tốc độ bơm hoạt động ở các giá trị danh định, vong/phiit;
Công suất danh định: liên hệ giữa công suất, áp suất, lưu lượng Công suất = 0,000583 . lưu lượng . áp suất (3.3)
HP = 0,000583 . gpm. psi
kW = 0,00267 . lit/phut . bar
Công suất danh định tinh ở ngõ ra của bơm
Công suát đâu vào - do tôn that công suat do ma sat và rò rỉ trong hệ thông nên công suât đâu vào luôn lớn hơn công suât ngõ ra
ô TƠ ằ
: was... Côngsuấtngõra
Công suấtđầuvào=— SO
Hiệusuất
Nếu hiệu suất là 80% thì công suất đầu vào là : 14HP =17,5HP 0%
O một sô tài liệu, dé việc tính toán được đơn giản, có thê tinh công suât dau vào theo công thức:
Công suất đầu vào (HP) = 0,007 . lưu lượng (gpm) . áp suất (psi) Công suất đầu vào (kW) = 0,002u (lit/phut) . áp suất (bar)
Với hiệu suất là 83%
3.3 Bom piston được ứng dụng trong các hệ thống thủy lực. [4]
a Bộ phận tác động chuyển động tỉnh tiễn
- Các thành phần của xylanh piston : xylanh có hình trụ tròn là bộ phận có định bên trong đó piston chuyên động thường nối với thanh truyền trong hệ thống thủy lực thì thanh truyền được nối với piston đề truyền động nặng từ piston lên tải, cũng có trường hợp không dùng thanh truyền piston tác động trực tiếp lên tải, lực này piston thường được gọi tên là thanh đây hay trụ đây.
* Xplanh — piston tác động đơn
7 tai
Thanh truyề n
ôtự bo mda u Hình 3.2-Bom piston
Theo hình mô tả hoạt động của xylanh — piston tác động don, loại này có cửa
nạp và cửa xả chung trong xylanh và piston chỉ sinh ra theo một chiều chuyền động.
Khi dầu thủy lực được bơm vào xylanh, piston chuyên động và sinh công. Piston trở
về vì ban đâu do lực đây của lò xo và dâu bị ép vào thùng chứa.
=0 =
b Cac gia trị danh định của xylanh - piston
- Các giá trị danh định của xylanh - piston bao gồm các kích thước hình học của xylanh và áp suất tạo ra. Kích thước bao gồm đường kính trong xylanh đường kính thanh truyền và hành trình piston.
- Lực tác động : lực piston có thể tạo ra tùy vào áp suất và diện tích bề mặt piston nếu biết đường kính trong xylanh thì có thé tinh được diện tích tac dụng của
pIston như sau :
314D”
+ Phía không có thanh truyền A’ = 7 (3.4)
3,14(D2 —D?)
+ Phía có thanh truyền A = 4 (3.5)
D, - đường kính trong của xylanh , m ;
D, - đường kính của thanh truyền , m ;
Từ đó, lực tác dụng được xác định theo công thức:
F=P.A (3.6)
F — luc tac dung, N;
P — áp suất, N/m?
A - diện tích tac dụng, m?
Như vậy, muốn tăng lực tác động do xylanh — piston tạo ra, cần tăng áp suất
hoặc diện tích piston.
Áp suất : Với công thức tính lực F vừa nêu chúng ta có thê suy ra công thức tính áp suất.
Như vậy khi tăng tải phải tăng áp suất
P= (3.7)>ị|m
“0Ì =
* Ghi chú : Trong các công thức trên đã bỏ qua ảnh hưởng của ma sát trong
thực tế.
Lực cần thiết = lực cần nâng tải + lực ma sắt
Đồ thị quan hệ giữa các đại lượng F.P.A
1000 + 100,000 +
Tố BAS EN
C0 —
500 =1
400 =
Ap suat Luc Đường kính (psi) : (pounds) xi lanh (in)
Hình 3.3- Đà thị quan hệ F.P.A
W0 =
Tốc độ của piston không phụ thuộc tải hoặc áp suất, chỉ phụ thuộc thé tích tác dụng của xylanh và lưu lượng (gpm) dầu.
Diện tích tác dụng bằng diện tích 0,3m2, hành trình dài 0,7m, thể tích tác dụng
của xylanh
V= AL = 0,3m?.0,7m = 0,21m?
3.4 Dong cơ thủy lực . [2]
KỆ)
1-duong nạp, 2-truc truyền động, 3-vỏ boc motor,
4-duong xả, 5-trục banh răng.
Hinh 3.4 - Sơ đồ cau tạo dong cơ thuúy luc.
Nguồn năng lượng dé tạo ra tịnh tiến quay của động cơ là áp lực dầu cung cấp từ bơm. Cấu tạo động cơ tương tự như bơm cánh quạt, bơm piston hoặc bơm bánh răng. Dau được bơm vào động cơ, tác động của áp lực dầu sẽ làm cho trục động cơ quay, sau đó dầu được đưa về buồng chứa.
3.4.1 Các giá trị danh định của động cơ thủy lực
- Lưu lượng cần thiết đề tạo tốc độ yêu cầu :
Nếu biết lượng dầu cần thiết mỗi vòng quay vả tốc độ rotor thì có thể xác định lưu lượng cần thiết như sau :
pe Sĩ ,gallon/phút:; (3.8)
23 =
Với : q- dung lượng, in?/vong;
n- Số vòng quay, vòng/phút;
Hay Q= rae .líUphút; (3.9)
Với: q- dung lượng, ml/vong;
n- Số vòng quay, vòng/phút;
- Tốc độ động cơ : Nếu biết lượng dầu tương ứng mỗi vòng quay và lưu lượng thì tốc độ rotor được xác định như sau :
n= —.. ,vòng/phút;
q
Với: Q- lưu lượng, gallon/phút;
q- dung lượng, in*/vong;
hay: n= YD xðngfnhữp (3.10)
q
Với: Q- lưu lượng, lit/phut;
q- dung lượng, lít/vòng;
Từ công thức trên cho thấy đề tăng tốc độ rotor cần giảm lượng dầu tương ứng mỗi vòng quay và ngược lại muốn giảm tốc độ thì tăng lượng dầu trong mỗi vòng
quay rotor.
3.4.2 Momen quay của động cơ thủy lực
Mômen quay được hiểu là ngẫu lực tạo ra chuyển động quay. Về mặt tính toán, mômen quay là tích số giữa lực và khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm quay.
Don vị mômen : pound.inch, pound.feet hoặc newton.mét
Mômen danh định cua động cơ : Mômen quay danh định của động cơ là
mômen quay được xác định tại áp suất 1000psi. Don vi tính là lbs.in hoặc N.m.
Vi du : Một động cơ 25Ibs.in/100psi cần : + Áp suất 100psi vận hành tải 25Ibs.in
204 „
+ Áp suất 200psi vận hành tải 50lbs.in + Áp suất 300psi vận hành tải 75lbs.in
Ậ a mômen tai.100
Tông quát áp suât làm việc = —— - (3.11) mômen quay danh định
- Mômen quay cực đại của động co phụ thuộc vao áp suât cực đại động cơ chịu được và mômen quay danh định.
Mômen quay danh định.áp suất cực đại
100 Mômen quay cực đại =
Công thức tông quát dé tính mômen quay của động cơ thủy lực là :
Áp suất (psi) . lưu lượng chất/ vòng (in* / rev)
Mômen quay (lbs.in) =
2n
fey môtnef quay Wag Ap suất (bar) .lưu — chất/ vòng (ml/rev) (3.12)
TU
- Liên hệ giữa mômen quay va công suat:
Có hai môi liên hệ giữa mômen và công suât cho mọi thiệt bị tạo chuyên động quay
+Mômen quay:
36025.N
q4“ ————” , lbs.in;
n
hoặc M, = eee aan N.m; (3.13)
n
+Công suất:
= (Ibs.in) *f 6305 M„„..n
hoặc NE_—”— kw; (3.14)
9550
Khi biết áp suất và lưu lượng có thé tính được công suất thủy lực như sau :
205 „
+ N = 0,000583 . Qqœpm). Pasi) ,HP;
Hay +N = 0,000167 . Qaitiphaty . Peary ,kW; (3.15)
* Cột áp H và công suất P liên hệ với nhau bằng công thức co bản thủy tỉnh:
H=Ÿ
bf
(3.16)
Với: y - trong lượng riêng của chat long, N/m’;
P- áp suất bơm, N/m’;
H- chiều cao cột áp, mH20;
3.5 Hệ thống van .[1]
3.5.1 Cơ cầu phân phối
- Cơ cấu phân phối: Dùng dé đổi nhánh dong chảy ở các nút của lưới đường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định. Nhờ vậy có thé đảo chiều chuyên động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiến nó theo một quy luật nhất định. Dựa vào kết cầu có thé chia cơ cấu phân phối ra ba loại :
+ Loại con trượt (Con trượt phân phối)
+ Loại khóa (khóa phân phối) + Loại van (van phân phối) Con trượt phân phối:
Được dùng phổ biến trong hệ thong truyền động thủy lực thể tích, có bộ phận đổi nhánh là con trượt có thé là pIston bậc hoặc là ngăn kéo, hay dùng hơn là loại
pIston bậc.
-26 -
7 bom
vé thing 1 2
NSS eS \ NEEMONOSV
b) UI [be |
Hình a) Loại con trượt: 1-vo, 2-ngăn kéo.
Hình b,c) Loại piston: 1-piston, 2-xilanh.
Hình 3.5 - Cau tạo cơ cau phân phối.
Hình 3.5a là sơ đồ con trượt ngăn kéo phân phối, bộ phận chính của nó gồm vỏ (1), trong có các cửa lưu thông A và B được nối với động cơ thủy lực; ngăn kéo (2) có cần điều khién( bằng tay hay trục cam...) nếu đây ngăn kéo (2) sang phải hoặc sang trái, chất lỏng từ bơm qua cửa C sẽ được chuyên đến động cơ thủy lực
theo cửa A hoặc B.
Con trượt phân phối piston gồm piston bậc (1) và xilanh là vỏ (2), trong xilanh có những rãnh có cửa (lỗ) thông với lưới ống của hệ thống đề chất lỏng lưu thông.
Khi có chuyên động tương đôi giữa piston và xilanh, các bậc cua piston sé đóng
hoặc mở những cửa lưu thông trong xilanh. Bởi vậy bằng cách di chuyên tùy ý piston, ta có thé thực hiện việc chuyển mạch lưu thông của chất lỏng trong lưới đường ống theo ý muốn và kết quả là dao được chiều chuyển động của bộ phận chấp hành.
Dé điêu khiên con trượt di chuyên, có thê dùng tay, trục cam, nam châm, điện thủy lực...
ỉ
T
—s