Giáo trình Thủy lực - máy thủy khí: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Thủy lực - máy thủy khí tiếp tục cung cấp cho học viên những kiến thức về: máy thủy lực; động cơ thủy lực pít tông (Xi lanh lực); truyền động thủy lực - khí nén; khớp nối thủy lực; truyền động thủy lực thể tích;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 6 MÁY THỦY LỰC 6.1 Máy thủy lực thể tích

6.1.1 Khái niệm về máy thủy lực thể tích

6.1.1.1 Khái niệm chung về máy và thiết bị thuỷ khí

Máy thủy khí (MTK): Là danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao

đổi năng lượng với dòng lưu thể theo các nguyên lý cơ bản của thuỷ khí động lực học MTK thường được chia thành hai nhóm:

- Nhóm máy công tác: Khi làm việc cung cấp năng lượng cho dòng lưu thể, (như: máy bơm, máy quạt, máy nén khí)

- Nhóm động cơ công tác (hay còn gọi là nhóm máy phát lực): Loại này muốn làm việc được phải nhận năng lượng từ dòng lưu thể Ví dụ: các loại tua bin thuỷ lực trong các nhà máy thuỷ điện, động cơ chạy bằng sức gió

Thiết bị thuỷ khí (TBTK): Là phương tiện truyền dẫn năng lượng của dòng lưu

thể và nó có thể tích luỹ, biến đổi một phần năng lượng ấy Ví dụ: Mạng ống dẫn nước (khí), bình chứa nước (khí), các van, các bộ phận điều chỉnh dòng chảy

Đối với máy thuỷ khí thì cơ năng của bộ phận công tác (ở các máy tua bin, là bánh công tác hay cánh quạt) sẽ được chuyển thành năng lượng của dòng chảy (áp suất toàn phần) ptp , gồm: thế năng (áp suất tĩnh) ptĩnh và động năng (áp suất động) pđộng

ptp = ptĩnh + pđộng (đây là phương trình áp suất)

ptĩnh: Có tác dụng nén là thành phần chủ yếu để di chuyển các lưu thể (dịch thể, khí thể) từ nơi này đến nơi khác

pđộng pđộng: Tạo cho các lưu thể có vận tốc hay nói khác là lưu thể chuyển động từ nơi có năng lượng lớn tới nơi có năng lượng bé Dòng chảy của lưu thể trong công nghiệp chủ yếu là do nhân tạo, nghĩa là chúng phải qua những máy tạo áp suất đó là: Những máy bơm, máy nén khí Còn trong tự nhiên lưu thể chuyển động từ nơi này đến nơi khác do sự chênh lệch tự nhiên của năng lượng hay áp suất Ví dụ: Nước chảy trên sông, ngòi hoặc không khí chuyển động trong không gian

6.1.1.2 Khái niệm về máy thuỷ lực thể tích

Máy thủy lực thể tích bao gồm các loại bơm và động cơ thủy lực thể tích Ta biết bơm thể tích đẩy chất lỏng bằng áp suất thủy tĩnh, còn động cơ thủy lực thể tích thì biến

áp năng của chất lỏng thành cơ năng của nó

Qua nghiên cứu hoạt động bơm thủy lực thể tích, nếu buồng làm việc hoàn toàn kín và bơm có đủ công suất thì áp suất làm việc của bơm p chỉ phụ thuộc vào áp suất chất lỏng trong ống đẩy (áp suất phụ tải)

6.1.2 Các thông số cơ bản của máy thủy lực thể tích

Trong thực tế khi các máy thủy lực thể tích làm việc thì buồng làm việc của máy không thể kín tuyệt đối được với mọi trị số áp suất Khi tăng tải trọng làm việc đến giá trị nào đó sẽ xuất hiện sự rò rỉ chất lỏng, nếu tiếp tục tăng tải trọng thì sự rò rỉ càng tăng và tới một trị số áp suất giới hạn nào đó thì lưu lượng của máy sẽ hoàn toàn mất mát do rò rỉ Ngoài ra áp suất làm việc còn bị hạn chế bởi sức bền của máy Vậy để bảo đảm sự làm việc bình thường của máy thủy lực thể tích cần hạn chế áp suất làm việc tối đa bằng cách

dùng van an toàn, Khi tải trọng ngoài tăng đến mức độ “nguy hiểm” thì van an toàn tự động thải bớt chất lỏng để giảm áp suất làm việc của máy

6.1.2.1 Lưu lượng

- Gọi Q1 là lưu lượng lý thuyết của máy thủy lực thể tích:

Q1 bằng tổng thể tích làm việc của máy trong một đơn vị thời gian

Q1 = q1 n (6-1)

Trong đó: q1: Lưu lượng riêng của máy

n: Số chu kỳ làm việc của máy trong một đơn vị thời gian

- Vì thực tế có sự rò rỉ lưu lượng, nên lưu lượng thực tế của máy là Q: Q < Q1

6.1.2.2 Áp suất

- Biết rằng cột áp của máy thủy lực thể tích được tạo nên chủ yếu bởi sự thay đổi

áp suất tĩnh của chất lỏng khi chuyển động qua máy, nên thường dùng áp suất để biểu thị khả năng tải của máy theo công thức cơ bản của thủy tĩnh có:



P

: Trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc

- Áp suất trong buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng hoặc mô men quay của máy

- Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến áp suất làm việc p tác dụng lên pit tông tạo nên một áp lực P: P = p  (6-3)

: Diện tích làm việc của mặt pít tông

- Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên rô to tạo nên mô men quay M

- Công tức tính mô men quay của trục bơm và động cơ là:

+ Đối với bơm: MB = Q p K M p

B

.

  = (6-6) + Đối với động cơ: MĐ = Q..p .K M.p

 = (6-7)

6.1.2.3 Hiệu suất và công suất

- Hiệu suất toàn phần của máy thủy lực xác định theo

 = Q.C.H (6-8) Đối với máy thủy lực thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ H  1

- Công suất làm việc của động cơ thường được xác định bằng các thông số cơ khí

+ Đối với động cơ có chuyển động tịnh tiến

NĐ = P v (6-11)

P: áp lực trên pít tông; v: Là vận tốc trên pít tông

+ Đối với động cơ có chuyển động quay

M: Là mô men quay trên trục; : Là vận tốc góc

6.2 Bơm píttông

6.2.1 Kết cấu và nguyên lý làm việc

Nếu bơm pít tông được kéo bởi

một động cơ, thì chuyển động quay

của trục động cơ được biến đổi thành

chuyển động tịnh tiến của pít tông 1

trong xi lanh 2, nhờ hệ thống thanh

truyền tay quay với hành trình S = 2R Hình 6-1 Kết cấu bơm pittông

Hai điểm bơm B1, B2 của pít tông tương ứng với hai vị trí C1 và C2 của tay quay Khi trong buồng làm việc 5 chứa đầy chất lỏng, nếu tay quay từ vị trí C2 quay theo chiều mũi tên thì pít tông di chuyển từ bơm B2 về phía B1 Thể tích buồng 5 tăng dần, áp suất p trong đó giảm đi và bé hơn áp suất mặt thoáng bể chứa pa (p<pa) Vậy chất lỏng từ bể hút qua van hút 6 vào buồng làm việc 5, trong khi đó van đẩy 4 đóng Khi pít tông đến vị trí

C1 thì quá trình hút của bơm kết thúc

Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ vị trí C1 đến C2, pít tông đổi chiều chuyển động

từ B1 đến B2 Thể tích buồng làm việc giảm dần, áp suất chất lỏng tăng lên, van hút 6 bị đóng, van đẩy 4 mở, chất lỏng được đẩy vào ống đẩy Quá trình pít tông di chuyển từ B1đến B2 gọi là quá trình đẩy

Vậy cứ một vòng quay của tay quay thì bơm thực hiện được một quá trình hút - nén và đẩy liền nhau Nếu tay quay tiếp tục thì bơm thực hiện quá trình hút và đẩy như

cũ Do đó quá trình hút và đẩy của bơm pít tông gián đoạn và xen kẽ với nhau: Khác với bơm ly tâm, bơm pít tông không phải mồi, bơm có thể tự hút Gọi W0 là thể tích không khí ở ống hút và buồng làm việc, nếu pít tông chuyển động về vị trí B1 thì không khí giãn

ra với thể tích W0 + FS, lúc này áp suất trong buồng làm việc

p < pa => p = pa p a

FS W

W

 +

0

0 (6-13) Nếu chất lỏng từ bể hút chảy vào ống hút và dâng lên được một độ cao:



p p

= (6-14) Nếu pít tông tiếp tục làm việc, chất lỏng từ bể hút sẽ dâng dần theo ống hút và điền đầy bơm

- Lưu lượng của bơm được xác định:

- So với bơm ly tâm, bơm pít tông có thể tạo được áp suất cao, nhưng chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng bơm dao động Kết cấu của bơm tương đối cồng kềnh Vậy ít được sử dụng khi áp suất yêu cầu thấp và trung bình và lưu lượng lớn Thường được dùng trong hệ thống đòi hỏi được áp suất cao hoặc rất cao (từ 200 at trở lên) và lưu lượng tương đối nhỏ

Phân loại bơm pít tông:

+ Có bơm tác dụng đơn, kép, tác dụng nhiều lần, bơm pít tông đĩa, bơm pít tông trụ

+ Theo áp suất, bơm pít tông được chia:

* Bơm áp suất thấp: p < 10at; * Bơm áp suất trung bình: p = 10  20 at

* Bơm áp suất cao: p > 20at + Theo lưu lượng, bơm pít tông được chia:

* Lưu lượng nhỏ: Q < 15m3/h; * Lưu lượng trung bình: Q = 15  60m3/h

, Như vậy khối chất lỏng có khối lượng m chuyển

động trong bơm sẽ chịu tác dụng của một lực quán tính:

dt

dv m

I qt =− (Dấu - biểu thị lực quán tính ngược chiều với chiều gia tốc) Lực quán tính tác dụng lên dòng chảy trong hệ thống bơm pít tông có ảnh hưởng không tốt đến bơm, đường ống và các bộ phận khác Theo công thức tính lực quán tính trên có nhận xét: Tại một thời điểm khối chất lỏng đang chuyển động có gia tốc cùng chiều với chiều chuyển động thì lúc đó lực quán tính đóng vai trò lực cản đối với dòng chảy và ngược lại

Như vậy dòng chảy trong bơm pít tông là dòng không ổn định, trong phương trình năng lượng của dòng chảy không ổn định phải có thành phần của lực quán tính phương trình có dạng:

const d

t

v g

h g

v p



+++

h 1 : Là cột áp quán tính (6-16) Cột áp quán tính có thể gây ra hiện tượng xâm thực và làm hư hỏng các thiết bị của bơm và hệ thống

6.2.2.2 Áp suất của bơm pít tông trong quá trình hút và đẩy

Qua nghiên cứu áp suất trong bơm pít tông ở quá trình hút và đẩy, ta cần sử dụng bơm thỏa mãn các điều kiện sau đây để tránh hiện tượng xâm thực xảy ra đối

với bơm: - Chọn ống hút có chiều dài ngắn nhất và có đường kính lớn nhất

- Số vòng quay của trục bơm không được quá lớn, n = 100  200vg/ph

- Giảm chiều dài ống đẩy (nên giảm các đoạn nằm ngang của ống đẩy)

- Tăng diện tích mặt cắt của ống đẩy

- Giảm diện tích mặt pít tông(F), bán kính quay tay quay (R) và số vòng quay làm việc (n)

6.2.3 Khắc phục sự chuyển động không ổn định của chất lỏng trong bơm píttông

Sự chuyển động không ổn định của chất lỏng trong quá trình làm việc của bơm pít tông, ta thấy rõ tính chất dao động của lưu lượng và áp suất gây ra nhiều tác hại làm tăng tổn thất thủy lực, gây chấn động và nếu bơm làm việc trong hệ thống ống dài, có thể xuất hiện va đập thủy lực làm hỏng các bộ phận làm việc của bơm và hệ thống Trong trường hợp nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống, biên độ dao động của áp suất trong hệ thống có thể tăng lên rất lớn vì cộng hưởng Sự giao động của áp suất và lưu lượng của bơm còn ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của hệ thống thủy lực Vì vậy phải có biện pháp hạn chế tính chất không ổn định của dòng chảy trong bơm pit tông, thường có ba

biện pháp sau:

1 - Dùng bơm tác dụng hai chiều (bơm tác dụng kép)

2 - Dùng bơm ghép (ba bơm trở lên) hay bơm pit tông có chuyển động quay

3 - Dùng bình không khí để điều hòa lưu lượng, áp suất: có bình điều hòa hút và bình điều hòa đẩy

6.2.4 Đường đặc tính của bơm pit tông

- Đường đặc tính làm việc cơ bản của pit tông có dạng:

Đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ H = f(Q) với hai số vòng quay làm việc khác nhau n2 > n1

Theo lý thuyết của máy thủy lực thể tích, cột áp của máy không phụ thuộc lưu lượng, vậy đường đặc tính lý thuyết của bơm được biểu diễn bằng đường song song với trục tung OH (Hình 6-2) ứng với các lưu lượng không đổi (đường AB, CD) Nhưng đường đặc tính thực nghiệm của bơm pit tông thì

không hoàn toàn như vậy, chúng được

biểu diễn bằng đường AG, CR, v.v Khi

cột áp của bơm tăng thì lưu lượng có

giảm đi, vì khi áp suất tăng thì tổn thất

lưu lượng tăng, làm giảm lưu lượng thực

tế của bơm Nếu áp suất làm việc quá lớn

thì lưu lượng của bơm có thể mất hoàn

toàn do rò rỉ, hoặc van an toàn mở để xả

chất lỏng về bể hút áp suất lưu lượng

biểu diễn theo đoạn GL điểm G ứng với

thời điểm van an toàn được mở

Hình 6-2 đặc tính của bơm pit tông

Sự chờnh lệch giữa đường đặc tớnh cột ỏp lý thuyết và thực nghiệm càng nhiều khi

số vũng quay làm việc càng lớn Vỡ khi đú tổn thất năng lượng tăng khụng phải chỉ do rũ

rỉ mà cũn do sự đúng mở của cỏc van đẩy và hỳt khụng kịp thời làm giảm lưu lượng thực

tế của bơm

Hỡnh 6-3: Biểu diễn cỏc đường đặc tớnh làm việc Q = f(H) ; n = f(H); Q = f(H)

ứng với số vũng quay n = const thường

biểu diễn cỏc thụng số làm việc theo H vỡ

khi lưu lượng Q khụng thay đổi thỡ việc

điều chỉnh chế độ làm việc của cỏc loại

mỏy này thường được thực hiện bằng

cỏch thay đổi ỏp suất làm việc

- Đ-ờng đặc tính xâm thực của bơm (hình

6-4) Cho ta biết khả năng làm việc

không bình th-ờng của bơm ứng với số

vòng quay không đổi và nhiệt độ làm Hình 6-3 đường đặc tính làm viợ̀c

việc K1 và K2 là điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm H= Hck(gh) nếu độ chân không trong bơm v-ợt quá các trị số giới hạn thì bơm sẽ làm việc trong tình trạng xâm thực

Từ đ-ờng đặc tính xâm thực ta có thể xác định chiều cao hút cho phép của bơm theo công thức:

g

V H

6.3 Động cơ thủy lực pớt tụng (Xi lanh lực)

6.3.1 Phõn loại xi lanh lực

- Xi lanh cú cần hai phớa.(hỡnh 6-5c)

Chuyển động trở lại của pớt tụng trong hai kiểu a và b được thực hiện bởi lực lũ xo

trên cần pít tông nếu không kể tới lực

ma sát ta có:

P = p.F (6-18) Trong đó:

F: Diện tích làm việc của pít tông Tùy

theo chiều làm việc, kết cấu của pít tông mà

diện tích làm việc có trị số khác nhau

Đối với xi lanh (hình 6-5d) khi chất lỏng nạp

vào buồng bên trái thì:

Với xi lanh lực một chiều (hình 6-5a)

có pít tông trụ thì: F = .

4 d2



Từ áp lực yêu cầu và áp suất của chất

lỏng trong buồng làm việc xác định được diện

Hình 6-5 cấu tạo xi lanh lực

tích làm việc của pít tông: F =

p P

Nếu F =

4 D2

thì đường kính của xi lanh là: D =

p

P

.

4

 (6-19) Thể tích làm việc của xi lanh lực: Vx= F.S =

p

P

.S (6-20)

Trong đó: S: Hành trình của pít tông

- Vận tốc chuyển động của pít tông v phụ thuộc vào lưu lượng Q và diện tích làm việc của pít tông như sau:

Hình 6-6 Cấu tạo xi lanh lực

+ Nếu buồng trái và phải của pít tông đều nối với nguồn thì pít tông sẽ chuyển động về bên trái Khi pít tông chuyển động về bên trái cùng với chất lỏng từ nguồn chảy vào buồng bên phải Lực đẩy và vận tốc chuyển động của pít tông trong trường hợp này là:

P1 = D .p

4 2



.4

d

Q

Q: Lưu lượng của xi lanh lực

+ Nếu muốn pít tông chuyển động về bên phải thì cần phải có cơ cấu phân phối để nối buồng trái với nguồn, còn buồng phải thông với bể chứa Trong trường hợp này lực đẩy và vận tốc chuyển động của pít tông là:

P2 = D d .p

4

) ( 2 − 2



; v2 =

) (

4

2 2

d D

Q

−

Khi muốn có vận tốc hành trình nghịch (về phía bên trái) lớn và lực đẩy lớn thì chọn đường kính của cần pít tông lớn

Nếu cần pít tông có đường kính

2

D

d = , khi xi lanh lực làm việc trong hệ thống theo sơ đồ (hình 6-6) thì lực đẩy và vận tốc chuyển động của pít tông về cả hai phía cùng như nhau, vì khi pít tông chuyển động về cả hai phía có cùng một diện tích làm việc như nhau



Trong kĩ thuật chế tạo máy, kích thước đường kính pít tông và cần thường được chọn theo quy chuẩn Có thể chọn hợp lí tỷ số

D

d

theo áp suất làm việc p như sau:

35,03,0



D

d at p

- Tải trọng kiểu bơm ngoài được chia làm 3 giai đoạn Sau khi cố định nắp đầu cần

và thanh đỡ; kiểm tra vị trí chống đỡ và áp suất dầu tiến hành điều khiển van 3 tác dụng Dầu cao áp đến từ trạm bơm dầu qua súng bơm đánh bật bi van một chiều vào ống van xuống tới khoan dưới xi lanh, píttông được nâng lên qua nắp đầu cần để nâng lên, khi thấy píttông không lên cao nữa thì nới lỏng báng súng bơm, súng bơm lập tức cắt đứt nguồn dầu thể cao áp, pít tông chịu một lực đỡ nhất định, hoàn thành quá trình nâng đỡ Lực đẩy lớn hay nhỏ phụ thuộc vào áp lực trạm bơm và kích thước của pít tông, loại xilanh – pít tông này áp lực bơm cho phép sử dụng là 1,5 - 2,5 MPa

Khi phản lực lớn hơn trở lực làm việc của xilanh - pít tông, thì dầu cao áp tác dụng

sẽ bật van dầu (van an toàn) một lượng dầu nhỏ tràn ra ngoài, pít tông chuyển động trở lại một đoạn nhỏ, áp lực trong khoang của xilanh - pít tông giảm xuống nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo van an toàn, van an toàn đóng lại, dầu trong khoang xilanh ngừng tràn ra ngoài

ỨNG DỤNG 6.4 Bơm và động cơ pít tông rô to hướng trục

Máy bơm là bộ phận tạo dòng áp lực được đặt ở đầu vào của hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL) Nhiệm vụ của nó là cung cấp năng lượng cho dòng chất lỏng đồng thời đưa đến các đường ống dẫn, đến các cơ cấu và các động cơ thủy lực Chúng bao gồm: máy bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm cánh gạt, bơm pittông rôto hướng kính hoặc hướng trục

Máy pít tông rô to hướng trục có thể chia làm hai loại :

1- Loại có đĩa nghiêng (hình 6-9a)

2- Loại có rô to bố trí nghiêng (hình 6-9b)

Để thực hiện chuyển động tương đối của các pít tông trong xi lanh thì rô to phải quay tròn và đĩa nghiêng cố định hoặc ngược lại (thường rô to chuyển động quay và đĩa nghiêng cố định)

Sự điều chỉnh các loại máy pít tông rô to hướng trục được thực hiện bằng cách thay đổi góc nghiêng của đĩa so với đường tâm của trục rô to

- Đặc điểm của máy pít tông rô to hướng trục:

+ Có thể tạo lưu lượng lớn mà không làm tăng kích thước chung của máy

+ Tăng được số vòng quay tăng được lưu lượng của bơm

+ Mô men quán tính của rô tô tương đối nhỏ

+ Số xi lanh thường từ 7  9

+ Góc điều chỉnh lớn nhất là:  = 200 hoặc  max = 300 (đối với động cơ),

+ Số vòng quay nhỏ nhất của động cơ: n = 5  10 vòng/ phút

+ Phạm vi áp suất và lưu lượng sử dụng thường:

p = 210  350 at: Q = 1800 lít/ phút + Mô men quay của động cơ có áp suất cao p = 200 at có thể đạt 8000  9000 Nm;

 = 0,95

6.4.1 Vận tốc chuyển động của pít tông (hình 6-9)

Nguyên lý chuyển động của pít tông trong xi lanh của máy pít tông rô to hướng trục cũng theo nguyên lý chuyển động của thanh truyền tay quay: pít tông 2 và xi lanh 1 đều quay xung quanh trục của bơm, nhưng tay quay 4 lại quay xung quanh trục của nó (đĩa nghiêng trong cấu tạo của máy) Nhờ có đĩa nghiêng được bố trí nghiêng một góc 

so với trục của bơm nên tạo ra được chuyển động tương đối giữa pít tông 2 và xi lanh 1 với hành trình S

Gọi x là quãng đường chuyển động của pít tông xi lanh ứng với góc quay  của đĩa nghiêng (khi quay từ A đến B) ta có:

x = AB sin = (OA - OB cos) sin = = (R - Rcos) sin = R.(1- cos) sin

Trong đó:

R - bán kính quay của đĩa nghiêng

Vận tốc chuyển động tương đối của pít tông là:

2



=

= (6-24)

S = D sin = Dx.tg (6-25)

- D : đường kính làm việc của đĩa nghiêng

- Dx: đường kính của rô to trên đó phân bố các xi lanh

Vậy:





tg D n z

- Lưu lượng tức thời do mỗi pít tông tạo nên thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào

vận tốc tương đối v của pít tông xi lanh

v

d

4 2

- Lưu lượng tức thời của bơm tại một thời điểm nào đó

sin 4

d Q

0

2

)sin(

.sin 4

tiện bằng cách thay đổi góc nghiêng  của đĩa

6.4.3 Mô men quay

Áp suất trong xi lanh tác dụng lên mặt

pít tông tạo thành một áp lực mà mô

men trên trục bơm cần phải khắc phục hoặc

tạo nên mô men quay trên trục động cơ

Nếu p là áp suất trong buồng xi lanh

thì áp lực tác dụng lên pít tông là:

4

.

2

d p

Giả sử cần pít tông nối với đĩa

nghiêng bằng khớp cầu, phân lực P thành hai

thành phần N và Q theo các phương pháp

như đã vẽ

Q = P.sin ; N = P cos (6-28)

Lực Q được phân thành hai thành

phần: 1 thành phần hướng tâm của đĩa quay,

và T = Q.sin nên M’ = R.P.sin.sin hoặc M = P Rx.sin.tg

Trong đó:

2

x x

D

R = là bán kính vòng tròn trên đó có phân bố các xi lanh

- Tổng tất cả các mô men gây ra do các pít tông ở khu vực có áp suất tác dụng chính là mô men trên trục máy:

Khi Q = Qmax thì M = Mmax ; Q = Qmin thì M = Mmin Tức là mô men trên trục thay đổi theo lưu lượng của máy Vậy việc điều chỉnh mô men trên trục cũng bằng cách thay đổi góc  (góc nghiêng của đĩa)

6.4.4 Kết cấu chung và nguyên lý làm việc bơm rôto piston hướng trục:

Trên hình 6-10 mô tả kết cấu của một máy bơm rôto piston hướng trục Các piston

số 1 được đặt trong các xylanh của thân bơm, đầu piston đặt trong vành nghiêng và tựa trên đĩa nghiêng số 3

Khi đĩa nghiêng số 3 quay

cùng trục thì sẽ làm cho piston

chuyển động trong xylanh, chất

lỏng được hút và đẩy qua các rãnh

dẫn ở nắp bơm số 5 Góc nghiêng

 của đĩa 3 quyết định hành trình

của piston và quyết định lưu lượng

của bơm Do vậy khi điều chỉnh

góc nghiêng  ta sẽ điều chỉnh

được lưu lượng của bơm

Trong 1 vòng quay, các piston

sẽ thực hiện một hành trình kép

Hình 6-10 Sơ đồ cấu tạo của bơm Rô to

Piston hướng trục

X = D.tg; (6-31) Lưu lượng lý thuyết của bơm được tính như sau:

Q lt  d p.z.D.n.tg

4

. 2

= ; (6-32)

ở đây: Góc nghiêng : - với bơm,  khoảng 20o; - với động cơ kiểu piston rôto

hướng trục, thì  tới 300 D là đường kính vòng tròn phân chia trục piston, z là số piston,

có thể tới 7 hoặc 9; dp đường kính piston, có loại nhỏ tới dp = 5mm; n tốc độ quay của trục, từ 500 đến 700 v/ph, loại bơm công suất lớn thì tới 4000v/ph, loại đặc biệt thì tới

Hiệu suất chung phụ thuộc và lưu lượng được điều chỉnh và áp suất cản,  = 0,8  0,9 ở áp suất định mức và lưu lượng cực đại Phạm vi điều chỉnh Qmax/Qmin = 50:1, các bơm piston rôto hướng trục có thể tích và khối lượng tính cho một đơn vị công suất nhỏ, lực điều khiển nhỏ, do đó rất thông dụng trong hệ truyền động thủy lực của các máy

6.4.5 Kết cấu và nguyên lý làm việc bơm piston rôto hướng trục ZB125

6.4.5.1 Cấu tạo

Đây là bơm biến lượng piston trụ hướng trục kiểu trục nghiêng ZB125, lưu lượng

125 ml/vg, tốc độ quay 2200 vg/ph Cấu tạo được thể hiện ở hình 6-11, hình 6-12

Hình 6-11 Hình ảnh về kết cấu bơm dầu ZB125

4

5

6 7 8

Hình 6-12 Sơ đồ cấu tạo bơm dầu ZB125 1-Trục truyền động; 2-Thân bơm; 3-Bình bơm lắc động; 4-Cần nối của đầu

liên kết; 5-Vỏ xylanh; 6-Piston trụ; 7-Mâm (đĩa) phân phối dầu; 8-Nắp đậy

6.4.5.2 Nguyên lý làm việc

Bộ phận trước là thân bơm 2, bộ phận sau là bình bơm lắc động 3 và nắp đậy sau 8 Thân bơm cố định, bình bơm 3 có thể lắc động tương đối so với thân bơm 2 Khi trục truyền động 1 truyền động, thông qua cần nối của một đầu liên kết 4 và piston trụ 6 dẫn

động vỏ xylanh 5 chuyển động Khi đường tâm của trục truyền động 1 truyền động có một góc kẹp  , trục truyền động quay, piston trụ 6 sẽ chuyển động lặp lại trong xylanh Khi piston trụ 6 dịch chuyển về phía ngoài, dung tích của ngăn piston trụ dần dần tăng lên, dầu qua ngăn áp thấp mâm (đĩa) phân phối dầu 7, từ đường hút của bơm dầu chính hút vào ngăn tạo áp Khi piston trụ dịch chuyển về phía trong, dung tích của ngăn tạo áp piston trụ giảm, dầu trong ngăn tạo áp qua ngăn cao áp của mâm phân phối 7, thoát ra qua đường thoát dầu của bơm chính Trục truyền động quay một vòng, piston trụ chạy đi chạy lại một lần trong xylanh hoàn thành một lần hút và một lần đẩy dầu Khi góc lắc của tuyến trục vỏ xylanh so với tuyến trục truyền động tăng, hành trình piston trụ cũng tăng lên tương ứng, lưu lượng của bơm cũng tăng Ngược lại khi góc lắc giảm, hành trình giảm, lưu lượng của bơm cũng giảm Khi góc lắc bằng không bơm sẽ ngừng hút và đẩy dầu Nếu bình bơm 3 dẫn vỏ xylanh lắc về hướng ngược lại, đường hút dầu và đường đẩy dầu thay đổi vị trí cho nhau

Phạm vi biến đổi của góc lắc vỏ xylanh bơm dầu từ 0  250, trong thực tế máy khấu hạn chế góc lắc từ 0  200

6.5 Máy thủy lực rôto

6.5.1 Kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng

a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (hình 6-13a): 1 - Khoang chứa chất lỏng

2 - rãnh chống kẹt chân răng

b) Bơm bánh răng ăn khớp trong (Hình 6-13b): 1 - Bánh răng nhỏ, 2 - bánh răng lớn, 3 -

buồng hút chất lỏng; 4 - vật chặn hình lưỡi liềm, 5- Buồng đẩy

c) Bơm ba bánh răng (Hình 6-13c)

Bơm bánh răng (BBR) là loại thông dụng nhất trong hệ thống TĐTL thể tích dùng

để tạo dòng áp lực Bơm có số vòng quay từ 1500 đến 3000 v/ph, lưu lượng

Từ 1,6 đến hàng nghìn 1/ph, và tạo được áp suất tới 30 Mpa ( 300 at) Bơm bánh răng có nhiều loại: loại ăn khớp bên ngoài (H.6-13a), loại ăn khớp trong (H.6-12b) loại ba bánh răng (H.6-13c) Để tăng áp suất, người ta chế tạo BBR nhiều cấp (hai, ba, bốn cấp…) Trong nhiều cấp thì chất lỏng đi qua mỗi cấp (một cặp bánh răng ăn khớp) sẽ được tăng áp suất một lần

- Bánh răng chủ động 1 gắn liền với trục

chính của bơm ăn khớp với bánh răng bị

động 2, cả hai bánh răng đều đặt trong vỏ

bơm 3 Khoảng trống A gọi là bọng hút,

khoảng trống B gọi là bọng đẩy

Khi bơm làm việc, bánh răng chủ

động quay, kéo bánh răng bị động quay

theo chiều mũi tên, chất lỏng được chứa

đầy trong rãnh A được chuyển từ bọng

Vì thể tích chứa chất lỏng ở bọng đẩy giảm khi các răng của hai bánh răng ăn khớp nên chất lỏng bị chèn ép dồn vào ống đẩy 5 với áp suất cao, quá trình này gọi là quá trình đẩy của bơm Đồng thời quá trình hút xảy ra như sau: Thể tích chứa chất lỏng tăng khi các răng ăn khớp, áp suất khoang A giảm thấp hơn áp suất trên mặt thoáng của bể hút làm cho chất lỏng được hút qua ống hút 4 vào bơm Vậy quá trình hút và đẩy của bơm xảy ra đồng thời và liên tục khi bơm làm việc

- Bơm bánh răng có nhược điểm: Không thực hiện được sự điều chỉnh lưu lượng

và áp suất khi bơm làm việc với số vòng quay không đổi

6.5.2 Hiện tượng chất lỏng bị nén ở chân răng khi bơm làm việc

- Qua nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ta thấy không phải toàn bộ chất lỏng trong rãnh giữa hai răng được đưa vào bọng đẩy

Một phần chất lỏng bị giữ lại ở chân răng khi hai răng cùng ăn khớp với nhau Nếu giữa các mặt răng khi ăn khớp không có khe hở thì phần chất lỏng ở chân răng bị nén lại khi cặp răng vào khớp Hiện tượng này sẽ giảm khi có nhiều cặp răng vào ăn khớp cùng một lúc ( >1) (Hình 6-15)

Khi cặp răng sắp kết thúc quá

trình vào khớp thì áp suất chất lỏng nén ở

chân răng lớn nhất vì thể tích chứa chất

lỏng nhỏ nhất Nhưng khi cặp bánh răng

ra khớp thì thể tích đó lớn dần, áp suất

nhỏ đi, áp suất chân không xuất hiện Kết

quả là một phần mặt răng khi vào khớp

và ra khớp chịu thêm tải trọng phụ đổi

dấu gây ảnh hưởng xấu đến sức bền của

răng, bánh răng và ổ trục

Hình 6-15 Chất lỏng bị nén ở chân răng

- Các biện pháp khắc phục hiện tượng chất lỏng nén chân răng: (hình 6-16)

+ Làm các rãnh thoát trên thành vỏ bơm ở phía trong ngang vị trí ăn khớp của hai bánh răng Các rãnh này có thể thông với bọng hút hoặc bọng đẩy, chất lỏng ở chân răng

bị nén sẽ đi qua các rãnh này về bọng hút hoặc đẩy, do đó không gây nên tải trọng phụ + Khoan các lỗ thoát

hướng kính ở chân răng, các

lỗ này thông với các rãnh

6.5.3 Lưu lượng lý thuyết của bơm bánh răng

Khi tính cho một cặp bánh răng ăn khớp ngoài, số răng bằng nhau và răng không dịch chỉnh sẽ là:

Qlt = 2.b.n..m2 (z + 1 - 2 cos2 0 /12) (6-33)

Trong đó:

b - chiều rộng bánh răng

n - Số vòng quay của bánh răng

m - Mô đun răng, thông thường lấy m = (0,24 - 0,44) Q

z - Số răng

0 - Góc ăn khớp

Các loại bơm bánh răng khác có thể tính theo các tài liệu về “ Máy thủy khí”

Do số răng có hạn nên chất lỏng đi lên ổng đẩy không đều Mức độ không đều của lưu lượng được đánh giá bằng hệ số không đồng đều lưu lượng k

k = [(Qmax - Q min)/Qlt ].100% (6-34) trong đó: Qlt - lưu lượng lý thuyết của bơm; còn Qmax và Qmin được xác định từ đồ thị H.6-16a)

Thông thường thì k = 8 - 25% Số răng của mỗi bánh răng càng nhiều thì k càng nhỏ

Ta có thể tính hệ số k theo biểu thức sau [2]:

- Khi bơm làm việc bao giờ cũng có khe hở giữa đỉnh răng với vỏ bơm, giữa mặt đầu bánh răng với vỏ bơm và giữa các mặt răng, nên chất lỏng được tăng áp suất sớm hơn trước khi đến bọng đẩy Chính các khe hở này gây lên tổn thất lưu lượng của bơm bánh răng, hạn chế khả năng tăng áp suất làm việc của bơm Nếu áp suất phụ tải cao quá mức thì có thể lưu lượng của bơm hoàn toàn bị tổn thất Vì vậy để hạn chế áp suất làm việc tối

đa của bơm, cần bố trí van an toàn 6 trên ống đẩy

- Đường đặc tính của bơm bánh răng

Hình 6-17 a - Đồ thị biểu diễn lưu lượng không đều

b - Đường đặc tính (ĐĐT) của bơm bánh răng

Trên hình 6-17b thể hiện các ĐĐT của bơm bánh răng theo quan hệ áp suất với lưu lượng của nó Đường 1 - ĐĐT lý thuyết, đường 2 và 3 - ĐĐT thực tế So sánh hai đường 2 và 3 ta thấy đường 3 có độ dốc lớn hơn, chứng tỏ tổn thất lưu lượng nhanh và lớn hơn khi áp suất của tăng Điều này là do khe hở lớn hơn hoặc độ nhớt của chất lỏng thấp

- Để tăng lưu lượng và giảm kích thước cho bơm

Để tăng Q và giảm kích thước cho

bơm bánh răng, người ta chế tạo máy

bơm 3 bánh răng (H.6-18) Bánh răng

chủ động năm ở giữa và thường có số

răng lớn hơn các bánh răng kia là 1-3

răng Với mục đích làm cho lưu lượng

của “hai bơm ghép” lệch pha để giảm sự

dao động lưu lượng và áp suất

H 6-18 Cấu tạo máy bơm 3 bánh răng

Để tăng áp suất người ta dùng bơm nhiều cấp, nghĩa là có nhiều cặp bánh răng nối tiếp ăn khớp nhau (H.6-19)

Hình 6-19 Sơ đồ cấu tạo máy bơm bánh răng 3 cấp

Đối với máy bơm bánh răng nhiều cấp, do ở mỗi cấp đều có rò rỉ lưu lượng nên người ta bố trí cấp trước có lưu lượng lớn hơn cấp sau một ít Để tránh thừa chất lỏng giữa 2 cấp, bố trí cấp van tràn, nhằm tự điều chỉnh lưu lượng và áp suất khi bơm dang làm việc bình thường

6.5.4 Tổn thất và hiệu suất trong bơm bánh răng

Tổn thất trong bơm bánh răng có hai dạng: Tổn thất cơ khí và tổn thất lưu lượng

- Tổn thất lưu lượng xảy ra trong bơm vì có các khe hở không thể tránh được trong đó khe

hở giữa mặt đầu răng với thành vỏ bơm là quan trọng nhất

Tổn thất lưu lượng qua đó chiếm 7580% của toàn bộ rò rỉ tổn thất qua bơm

- Tổn thất lưu lượng có giảm khi độ nhớt của chất lỏng tăng Nhưng nếu độ nhớt lớn quá thì giảm tổn thất lưu lượng không bù được lượng tăng tổn thất lưu lượng do chất lỏng khó chảy vào đầy rãnh chứa các răng

- Tổn thất trong quá trình hút do các rãnh răng khi đi qua bọng hút không chứa được đầy chất lỏng Hiện tượng này không những làm giảm lưu lượng mà còn gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của bơm Khi các rãnh không chứa đầy chất lỏng đến gần bọng

đẩy sẽ có dòng chảy ngược tràn vào gây lên dao động áp lực tác dụng lên bánh răng và ổ trục; ngoài ra còn gây ra hiện tượng xâm thực và làm cho dầu chóng bị mất chất lượng

Để làm cho chất lỏng điền đầy các rãnh thông thường dùng các biện pháp:

+ Tạo áp suất thích hợp trong bọng hút, không được để áp suất trong họng hút nhỏ hơn

áp suất do lực ly tâm sinh ra khi bánh răng quay bằng cách đặt bơm thấp hơn mức chất lỏng trong bể hút hoặc tăng áp suất trên mặt thoáng ở bể hút

+ Vận tốc chất lỏng vào bọng hút không quá 3 m/s Đường dẫn chất lỏng đến bọng hút có kết cấu hình hoa

+ Hạn chế vận tốc làm việc của bánh răng, vận tốc vòng ở đỉnh răng không nên quá 8 m/s Vì khi vận tốc làm việc của bánh răng quá lớn, áp suất của lực ly tâm sinh ra đáng kể làm áp suất bọng hút càng bé hơn và có thể gây ra hiện tượng xâm thực

- Tổn thất lưu lượng của bơm được đánh giá bằng hiệu suất lưu lượng Q thường Q = 0,7  0,9 và hiệu suất của bơm là  = ck.Q = 0,6  0,85

6.6 Bơm trục vít

6.6.1 Đặc điểm, phân loại

Máy bơm trục vít được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp, như dùng trong máy

ép thủy lực, trong các hệ thống TĐTL… vì nó có những ưu điểm sau:

- Lưu lượng ổn định và điều hòa hơn so với bơm bánh răng và pittông

- Hiệu suất tương đối cao

- Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, làm việc tin cậy, không gây tiếng ồn,

- Có thể làm việc với vòng quay lớn và áp suất cao

- Mô men quán tính nhỏ nhất, so với những máy thủy lực thể tích cùng công suất Máy bơm trục vít khó chế tạo vì cần độ chính xác cao, khó sửa chữa và phục hồi nên giá thành đắt Đây cũng là những nhược điểm cơ bản của bơm trục vít

Bơm trụt vít có cấu tạo từ một trục vít, hoặc hai, ba trục vít ăn khớp với nhau, trong đó một trục còn lại là các trục vị trí dẫn Chúng được đặt ép sát kín vào nhau và vào khoang của thân bơm sao cho đỉnh cánh trục vít với vỏ bơm la nhỏ nhất Hai ren của một trụt vít, vỏ và một ren của trục vít kia sẽ tạo thành một khoang kín chứa chất lỏng di chuyển dọc trục từ cửa hút đến cửa đẩy lúc trục vít quay Thông dụng nhất là bơm hai trục vít, một trục có ren trái và trục còn lại có ren phải Trục vít thường có một hoặc hai mối ren và biến rạng ren thường có ba loại: ren chữ nhật, hình thang, và hình xiclôit tải trọng dọc gây ra do áp suất chất lỏng, còn tải trọng hướng kính rất nhỏ vì các khoang bơm hầu như chiếm toàn bộ xung quanh trục xoắn nên chúng tự cân bằng

6.6.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc của máy bơm trụt vít

6.6.2.1 Bơm một trục vít

Trên H.6-20 là sơ đồ cấu tạo của máy bơm một trục vít do nước CHLB Đức chế tạo, loại này có ưu điển là bơm được cả dung dịch đặc như bùn, mật, rỉ, đường, hoa quả nghiền, thịt nghiền, bột nhão, v.v nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa thực phẩm

Lưu lượng lý thuyết của bơm một trục vít có thể tính theo công thức sau:

Qlt = 0,05 3.n.d3

m (6-36) Trong đó : n - tốc độ quay của trục vít ;

Dm - đường kính trung bình của trục vít

Hình 6-20 Sơ đồ cấu tạo máy bơm một trục vít

1 - Vỏ; 2 - Giá; 3 - Cửa hút; 4 - xylanh; 5 - trục vít; 6 - Trục các đăng; 7,8 - khớp nối; 9 - Hộp đệm kín; 10 - Đệm kín; 11 - hộp chèn; 12 - ống lót; 13 - thân ổ dỡ; 14, 16 - ổ bi; 15 - Trục chính

6.6.2.2 Bơm hai trục vít

Trên H.6-21a) Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của một bơm hai trục vít ren chữ nhật Trục vít chủ động 1 có ren chữ nhật, chiều ren phải, ăn khớp với trục vít bị động 2 có chiều ren trái Các trục vít được định vị bằng các ổ trục đặt ở trong vỏ bơm 4 vỏ bơm có miệng hút

A và miệng đẩy B ở phía cuối haui trục vít có hai bánh răng 3 ăn khớp với nhau

- Nguyên lý làm việc

Ta tưởng tượng có một đai ốc ăn khớp với ren trục vít, nếu giữ cho đai ốc không, quay thì trục vít quay, nó sẽ chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vít Như vạy ta có thể hình dung xoay quanh ren trục vít có một “đai ốc chất lỏng” Nếu có một tấm chắn (H.6-1b) giữ cho “đai ốc chất lỏng” không quay theo trục vít khi trục vít quay thì khối chất lỏng giữa các mắt ren sẽ chuyển đông tịnh tiến dọc theo trục vít

Chất lỏng chuyển động trong bơm trục vít cũng theo nguyên tắc này Khi hai trụt vít ăn khớp với nhau, rãnh ren trục vít này ăn khớp với thân ren trên trục vít kia, có tác dụng như một tấm chắn không cho chất lỏng quay theo trục mà chỉ chuyển động tịnh tiến dọc trục, từ bọng hút đến bọng đẩy

Chất lỏng ở miệng hút A (H.6-21) lấp đầy rãnh ren ở vị trí a, khi trục vít quanh một vòng, thân ren b của trục vít kia ăn khớp với rãnh ren a và đẩy khối chất lỏng trong

đó từ vị trí a đến vị trí a’ và từ a’ đến vị trí a” khi trũ vít quay thêm một vòng nữa Cứ như vậy, chất như vậy, chất lỏng được truyền từ miệng hút sang miệng đẩy của bơm

Lưu lượng thực tế của bơm hai trục vít được tính theo công thức sau, [2]:

Qt =  (D2 - d2 ) t.n.tt/ 240 (6-37) Trong đó: D, d - đường kính đỉnh và chân trục của vít nằm giữa

t - bước vít;

n - số vòng quay

a, b,

Hình 6-21 Sơ đồ cấu tạo máy bơm hai trục vít

Từ biểu thức trên ta thấy rằng muốn chỉnh lưu lượng bơm trục vít chỉ có một phương pháp là thay đổi tốc độ quay n của trục bơm

Hoặc theo [2] ta có thể tính theo công thức tổng quát sau:

Qlt = D t K p.n

10 4

.

6

2

l/ ph (6-38) Trong đó: D, (mm) - đường kính trục vít dẫn động

t, (mm) - bước vít, t = dm tag;

Kp - hệ số biến dạng;

Đối với bơm hai trục vít, lấy KP = 2,16; bơm ba trục vít, lấy Kp = 1,8; bơm bốn trục vít, lấy Kp = 3,6

dm - đường kính trung bình của trục vít chủ động

 - góc nghiêng của vít, có thể lấy  = 26,60

- Lưu lượng thực tế

Khi tín lưu lượng lý thuyết của bơm trục vít theo biểu thức (6-38), thì ta có thể tích lưu lượng thực tế như sau;

Qt = Qlt - Q (6-39)

ở đây: Q là lượng tổn thất lưu lượng của dỏng chảy đi qua khe hở trong bơm, và

sẽ tăng khi áp suất tăng, độ nhớt v giảm và bước vít t tăng Nó hầu như không phụ thuộc vào tốc độ quay n của bơm Từ các trường hợp cụ thể đối với mỗi loại bơm ta có

Cho bơm hai trục vít;

Q =

v

p t

.3.10

4

3 2 

, 1/ph (6-40) Trong đó: p là độ tăng áp suất của bơm, bar;

vít Chỉ khác là trục vít chủ động 1 ăn khớp với hai trục vít bị động 2 và thân bơm 3 có hai lần vỏ để tản nhiệt tốt hơn Ta thấy so với bơm hai trục vít thì loại bơm này có thể tích làm việc được làm kín tốt hơn (do diện tích làm kín giữa các mặt ren khi trục vít làm việc)

Hình 6-22 Sơ đồ cấu tạo bơm ba trục vít

Lưu lượng thực tế của bơm ba trục vít có thể xác định theo công thức gần đúng sau:

5,14

3

Q n d

Trong đó: Q: Lưu lượng thực tế của bơm trong một phút

n: Số vòng quay của bơm trong một phút

Q: Hiệu suất lưu lượng, Q = 0,80  0,95 d: Đường kính chân ren của trục vít chủ động

Hoặc có thể tính theo công thức (6-39) và (6- 40), khi đó thì tổn thất lưu lượng Q bằng:

3

120

20

k k

v

kt k

D p

 1/ph, khi p < 20 bar (6-42a)

3

120 k k

v

kt k

7,34

, 1/ph (6-43)

trong đó có rô to 2 Tâm của vỏ và

tô to lệch nhau một khoảng e Trên

rô to có các bản phẳng 3 Khi rô to

quay Các bản phẳng này trượt trên

các rãnh của rôto và gạt chất lỏng,

nên gọi là cánh gạt (hình 6-23)

- Nhờ lực đẩy của lò xo 4 các rãnh

gạt 3 luôn luôn tì sát vào thành vỏ

bơm Vậy khi bơm làm việc, rô to

quay theo chiều mũi tên, thể tích

Hình 6-23 Bơm cánh gạt tác dụng đơn

chứa chất lỏng từ A đến mặt cắt C - C tăng, áp suất trong chất lỏng giảm Do đó chất lỏng được hút vào bơm; khi cánh gạt di chuyển từ C - C đến B, nó làm giảm thể tích chứa chất lỏng, do đó làm tăng áp suất và đẩy chất lỏng vào ống đẩy

- Để bơm có lưu lượng đều hơn, người ta tăng số cánh gạt trong bơm, thường số cánh gạt trong bơm từ 4  12 Theo sơ đồ (H.6-23)

Các cánh gạt không có lò xo đẩy tì vào thành vỏ; nên người ta phải nối thông các đầu rãnh phía trong rô to với bọng đẩy, để chất lỏng có áp suất cao thay thế nhiệm vụ lò

xo đẩy mạnh các cánh quạt luôn luôn tì vào thành vỏ

Bơm có sơ đồ hình 6-23 là bơm tác dụng đơn, loại này có nhược điểm:

Tải trọng tác dụng lên ổ trục dài

Để hạn chế nhược điểm này người

ta dùng bơm cánh gạt tác dụng kép

Có kết cấu theo hình: (H.6-24)

Mặt trong của vỏ bơm không

phải là mặt trụ, tâm của rô to trùng

với tâm của vỏ bơm Bơm có hai

bọng hút (AB, EG) và hai bọng đẩy

(CD, HK) bố trí đối xứng với tâm vỏ, Hình 6-24 Bơm cánh gạt tác dụng kép

các cung BC, DE, GH, KA Nằm trên các vòng tròn đồng tâm với rô to

Khi rô to quay theo chiều mũi tên, thì chất lỏng ở bọng hút AB chuyển qua bọng đẩy CD và tiếp theo chất lỏng từ họng hút EG chuyển qua bọng đẩy HK, hai bọng hút nối với ống hút, hai bọng đẩy nối với ống đẩy Các bọng hút và đẩy được bố trí trên các mặt bên của vỏ bơm Vậy trong một chu kỳ làm việc, bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy nên gọi là bơm tác dụng kép

6.7.3 Lưu lượng của bơm cánh gạt

6.7.3.1 Bơm tác dụng đơn

a Lưu lượng tức tời

Lưu lượng tức thời Q của bơm phụ thuộc vào diện tích và vận tốc trọng tâm của phần làm việc của cánh gạt Nếu không kể tới ảnh hưởng của chiều dày cánh gạt, ta có:

Q = u b h (6-44)

Trong đó:

+ u: Vận tốc trọng tâm phần làm việc của cánh gạt

u = .[r 0,5e.(1+cos)] (6-45) + r: Bán kính mặt làm việc của vỏ bơm

+ e: Độ lệch tâm

dt

d

 = Vận tốc góc của rô to + b: Chiều rộng cánh gạt

+ h: Chiều dài phần làm việc của cánh gạt

- Lưu lượng tức thời của bơm khi kể đến chiều dày của cánh là:

Q = Qo - Q’ (6-46) + Đối với bơm hai cánh gạt:

Q = [r - 0,5e.(1+cos)].(1-cos)..b.e - .e.b.sin (6-47) + Đối với bơm z cánh gạt:

Q = [r - 0,5e.(1+cos)] (1-cos)..b.e - .e.b −

=

−

1 2

0

) sin(

b Lưu lượng trung bình:

Lưu lượng trung bình lý thuyết của bơm trong một giây là:

) 2(30

60

1 n e b r z Q

q n

z r b

e n

Q l = Q  − (6-49) Trong đó: Q = 0,8  0,9

n: Số vòng quay của bơm trong một phút

q: Lưu lượng trung bình trong một vòng quay của bơm (lưu lượng riêng)

q = q0 - q’

q0: Lưu lượng riêng của bơm khi chưa kể tới chiều dày cánh gạt

q’: Lượng giảm lưu lượng riêng do chiều dày cánh gạt

dt Q z q

t o



= 2

1

.

t1, t2: Thời điểm cánh gạt bắt đầu vào và ra khỏi gờ chắn CB ứng với các góc quay

1 =  - a/2 ; 2 =  - a/2 Tương tự có:

q' o.

2



= (6-50)

c Điều chỉnh lưu lượng

Một số ưu điểm của bơm cánh gạt tác dụng đơn là có thể điều chỉnh được lưu lượng khi số vòng quay làm việc của rô to không đổi

Lưu lượng của bơm cánh gạt có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi độ lệch tâm e và nếu thay đổi dấu e thì có thể đảo chiều làm việc của bơm

Hình (H.6-24) biểu diễn nguyên lý điều chỉnh lưu lượng: Hình a: Chất lỏng đi từ A

→ B; hình b:c = 0; Q = 0; hình c: Chất lỏng đi từ B → A

Để thay đổi vị trí bơm đối với rô to khi điều chỉnh thường gắn vỏ bơm với co đấu vít đai ốc Tay quay 1 gắn với đai ốc, khi quay tay quay thì vít 2 gắn với vỏ bơm sẽ di chuyển sang phải hoặc trái tùy ý muốn Hình 6-25

Hình 6-24 nguyên lý điều chỉnh lưu lượng Hình 6-25 Bơm có vít điều chỉnh

6.7.3.2 Bơm tác dụng kép

Bơm tác dụng kép có hai đặc điểm sau:

+ Trong một chu kỳ làm việc, bơm có hai lần hút và đẩy chất lỏng

+ Vì các mặt làm việc của vỏ bơm ở các phần BC, DE, GH, KA (hình 6-24) là các mặt trục đồng tâm với rô to, nên chiều cao làm việc h = const và vận tốc trọng tâm của đoạn làm việc cánh gạt Uc cũng không đổi trong quá trình làm việc của bơm Do đó lưu lượng của bơm tác dụng kép không thay đổi theo góc quay  của rô to và được tính:

.).(

.[

30

1 2 2 1

r r z r

r n b

6.7.4 Bơm rôto piston hướng kính

Nguyên lý cấu tạo của máy bơm Piston Rôto hướng kính được chỉ trên H.6-26

Bơm gồm các Pirton số 1 đặt trong các xy lanh của thân quay số 2, ống trục dẫn chất lỏng

số 3, gạt điều chỉnh số 4 và vành dẫn số 5 lệch tâm một khoảng e với thân 2 Thân bơm

hình trụ được dẫn động quanh các khớp nối Trong hành trình quay, các piston chuyển

động tịnh tiến trong xy lanh với hành trình 2e Lưu lượng của bơm được điều chỉnh nhờ

thay đổi khoảng lệch tâm e

Việc quay vành dẫn qua điểm giữa của trục sẽ làm cho hướng bơm thây đổi, nghĩa

là các piston hiện đang đẩy ra (H.6-26)

chuyển sang hút với các piston đang hút

chuyển sang đẩy Lưu lượng lý thuyết



ở đây: dp là đường kính pirton, z -

số piston, e - khoảng lệch tâm, n - số

vòng quay

Mặt J- I - Trạng thái ngừng Piston

Cũng như ở bơm bánh răng và các

bơm Piston thông thường khác, lượng

chất lỏng đưa ra ống đẩy của bơm rôto

piston hướng kính không được điều hòa

vì máy piston có thời kỳ hút, thời kỳ đẩy

Hình 6-26 Cấu tạo của bơm roto piston

hướng kính

1- Piston; 2- Thân rôto; 3- Vòng tựa; 4 tấm điều chỉnh 5- Rãnh dẫn

Hình 6 - 27: Sơ đồ kết cấu của bơm Rôto piston hướng kính;

1- Tay điều chỉnh; 2 - Khung; 3- Trục; 4- Thân roto; 5- Chốt điều chỉnh

Mức độ không đồng đều được tính theo công thức sau:

225,1

z



quay khi điều chỉnh, thân trục 4 mang các xylanh và các vít điều chỉnh số 5

Câu hỏi chương 6

1 Các thông số cơ bản của truyền động thủy lực thể tích Viết công thức và giải thích ý nghĩa các đại lượng?

2 Sơ đồ cấu tạo, phân loại, nguyên lý làm việc của của bơm pittông, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng?

3 Đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý làm việc cuả máy bơm thuỷ lực rôto hướng kính?

4 Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của bơm pitông roto hướng trục, phạm vi sử dụng?

5 Đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng, các loại bơm bánh răng,

ưu điểm và phạm vi sử dụng?

6 Cấu tạo nguyên lý làm việc của bơm 2 trục vít, công thức xác định lưu lượng, mô men bơm 2 trục vít?

7 Cấu tạo nguyên lý làm việc của bơm 3 trục vít?

8 Cấu tạo, đặc điểm, nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt, phạm vi sử dụng?

Chương 7 TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN 7.1 Khái niệm

7.1.1 Khái niệm cơ bản về truyền động thuỷ lực

Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy, ngoài cách dùng các loại truyền động cơ khí, điện, khí nén người ta còn dùng một loại truyền động mới là truyền động thuỷ lực Truyền động thủy lực là dùng môi trường chất lỏng làm khâu trung gian để truyền cơ năng Nó xuất hiện do yêu cầu cần truyền công suất lớn với đặc điểm êm, ổn định và dễ tự động hóa…mà các loại truyền động khác chưa đáp ứng được

Hệ thống truyền động thủy lực (TĐTL) đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các trang thiết bị công nghệ và kỹ thuật của các ngành, như: chế tạo máy, đúc, luyện kim, giao thông, hàng hải, khai thác mỏ, hàng không, các ngành công nghiệp nhẹ… Chúng thường được sử dụng dưới dạng các hệ truyền động kẹp giữ, vận chuyển nâng hạ, di chuyển, phanh hãm, các cơ cấu tự động hóa, truyền mô men quay,… Hệ thống TĐTL được sử dụng rộng rãi như vậy bởi vì chúng có nhiều ưu điểm mà các hệ truyền động khác không có được, đó là:

- Truyền được lực và công suất lớn

- Có phạm vi điều chỉnh vô cấp vận tốc ở nhánh ra rộng, nhờ vậy nó cho phép tạo

ra một chế độ làm việc hợp lý của cơ cấu chấp hành ở các nhà máy;

- Có khả năng đề phòng được sự cố cho các máy thủy lực khi bị quá tải;

- Cho phép đảo chiều chuyển động được dễ dàng mà không phải thay đổi hướng chuyển động của động cơ dẫn động;

- Có thể đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất của truyền động nhỏ, ưu điểm này có ý nghĩa rất lớn trong các hệ thống tự động; dễ sử dụng

và điều khiển đơn giản;

- Chuyển động êm, hầu như không có tiếng ồn;

- Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhỏ;

- Dầu truyền động là dầu khoáng vật nên cũng là dầu bôi trơn các chi tiết làm việc

Tuy vậy, truyền động thủy lực cũng có những nhược điểm sau:

- Về tác động nhanh và làm việc với điều khiển từ xa, thì chúng không bằng các hệ điều khiển điện - điện tử

- Vận động truyền động bị hạn chế vì phải đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn và xâm thực

- Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dễ bị rò rỉ hoặc không khí bên ngoài dễ lọt vào, dẫn đến tổn thất chất lỏng làm việc qua các vòng đệm và khe hở sẽ làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của truyền động, gây ô nhiễm khu vực làm việc;

- Chất lỏng làm việc bị nóng lên nhiều, nên cần có thiết bị làm nguội và chống cháy;

- Hiệu suất của hệ TĐTL nhỏ hơn hiệu suất của hệ truyền động cơ khí và điện điện

Truyền động thủy lực được chia làm hai loại: Truyền động thủy lực động và

truyền động thủy tĩnh

7.1.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động thuỷ lực

Hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL) có thể chia thành hai loại như sau:

- Loại đường dẫn: (Sơ đồ a) Chất lỏng làm việc được nạp năng lượng từ nguồn bên ngoài

để đi đến động cơ thuỷ lực thông qua đường ống dẫn

- Loại bơm: (Sơ đồ b) Chất lỏng làm việc được nạp năng lượng nhờ máy bơm ở đầu

Hình 7-1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐTL

Thông qua sự chuyển hoá năng lượng từ bộ phận tạo dòng áp lực đến động cơ thuỷ

lực người ta sẽ nhận được các thông số làm việc của TĐTL thích ứng với sự thay đổi của phụ tải

Hệ điều khiển dùng để tác động lên bộ phận tạo dòng áp lực, lên chất lỏng làm việc

hoặc lên động cơ thuỷ lực Thông số điều khiển hoặc điều chỉnh là lưu lượng, áp suất hay hướng chuyển động của dòng chất lỏng làm việc

Để phù hợp chuyển động của cơ cấu chấp hành, dạng chuyển động ở đầu ra của động

cơ thuỷ lực có thể là tịnh tiến khứ hồi theo đường thẳng (xy lanh lực), quay tròn theo tâm quay (các tua bin thuỷ lực) hoặc quay khứ hồi với một góc quay nào đó (xy lanh mômen)

7.2 Các thông số chính của hệ thống truyền động thuỷ lực

7.2.1 Các thông số chính của hệ thống TĐTL

Trong hệ thống truyền động thuỷ lực có ba bộ phận quan trọng nhất, đó là: Bộ phận tạo dòng áp lực (máy bơm); động cơ thuỷ lực; bộ phận điều khiển và điều chỉnh Các bộ phận này còn gọi là bộ phận công tác chính, chúng có các thông số cơ bản như sau:

 - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;

tl - Hiệu suất thuỷ lực;

ll - Hiệu suất lưu lượng;

ck - Hiệu suất cơ khí

Nếu gọi 0 là hiệu suất của đường dẫn chất lỏng làm việc thì hiệu suất chung của hệ thống

Từ đây ta thấy rằng hiệu suất của truyền động thuỷ lực tương đối thấp, vì nó bằng tích của 7 thành phần hiệu suất đều nhỏ hơn 1 Do đó để nâng cao hiệu suất của TĐTL cần phải hoàn thiện tốt nhất mỗi chi tiết trong các thành phần trên

Là tỉ số giữa vòng quay của động cơ thuỷ lực với số vòng quay của máy bơm:

i = nĐ/nB (7-4)

7.2.1.6 Hệ số biến tốc (hệ số biến đổi mô men) k M

Là tỉ số giữa mô men quay tác dụng lên trục bánh tua bin (động cơ thuỷ lực)

với mô men quay tác dụng lên trục máy bơm:

KM = MĐ/MB (7-5) Do: N = M. = M..n/30,

Nên kM = MĐ/MB = (NĐ/NB ).nB/nĐ = TĐTL/i

ở đây:  = .n/30 là tốc độ góc và n là tốc độ quay của máy

Thường thì kM>1, còn i<1 Nhưng đối với khớp nối thuỷ lực thì kM = 1, nên i = TĐTL

7.2.2 Chất lỏng truyền dẫn áp lực trong hệ thống TĐTL

Chất lỏng truyền dẫn áp lực (chất lỏng làm việc) trong hệ thống TĐTL hầu hết là dầu khoáng vật, chúng đồng thời là dầu bôi trơn và chống ăn mòn Dầu động vật và dầu thực vật không phù hợp vì chúng dễ bị keo hoá Còn nước chỉ được dùng cho các thiết bị nén lớn, nhu cầu gia công đặc biệt Trong các thiết bị dùng nước truyền áp lực thì tất cả các bộ phận tiếp xúc với nước ở trong bơm, động cơ, van phải được làm từ vật liệu không rỉ và

có các tính chất an toàn cao Việc làm kín nhờ các khe hẹp đối với nước không thực hiện được mà phải nhờ các bộ phận lót kín chuyên dùng, do đó sẽ có tổn thất về ma sát

Các thiết bị thuỷ lực với sự nguy hiểm về cháy như ở các ngành: đúc, luyện cốc và rèn dập thì phải dùng chất lỏng khó cháy

7.2.3 Những tính chất của dầu thủy lực

7.2.3.1 Tính chịu nén

Các loại dầu thủy lực nói chung được coi như không chịu nén Tuy nhiên tính chịu nén của nó trong việc tính toán tính đồng nhất của việc thao tác, trong các va chạm thủy lực và các quá trình thay đổi nhanh thì vẫn phải chú ý đến

Sự thay đổi thể tích khi tăng áp suất

Vp = V1 - V2 = - p.V1.(p1 - p2) (7-7) Trong đó: V1; V2 - thể tích ban đầu và cuối của chất lỏng

p1, p2 - áp suất ban đầu và cuối của chất lỏng

p – hệ số nén khi thay đổi áp suất Hệ số nén phụ thuộc vào các loại dầu, vào nhiệt độ và vào áp suất Thường thì p = (0,6 - 0,8) 103 m2/MN khi áp suất làm việc đến 32MN/m2 và nhiệt độ dầu đến 700c

7.2.3.2 Mô đun đàn hồi

Là đai lượng ngịch đảo của hệ số nén:

E = 1/

Đối với dầu: Ed = 1250 – 1650 MN/m2

Sự thay đổi thể tích phụ thuộc vào nhiệt độ:

Vt = V1 - V2 = .V1.(t1 - t2) (7-8) Trong đó: t1, t2 - nhiệt độ ban đầu và cuối của chất lỏng,

t - hệ số dãn nở vì nhiệt, t = 0,0063 - 0,0007K-1

7.2.3.3 Khối lượng riêng

Phụ thuộc vào loại dầu, nhiệt độ và áp suất:

t = 20.[1- t.(t-20)] (7-9)

ở đây: 20 - khối lượng riêng của dầu ở nhiệt độ 200C,

t - khối lượng riêng của dầu ở nhiệt độ t0C

Như vậy, ta có thể viết:

p = 0.(1+p.p) (7-10)

ở đây: p - khối lượng riêng của dầu ở áp suất làm việc

0 - Khối lượng riêng của dầu ở áp suất khí quyển

7.2.3.4 Độ nhớt

Là đại lượng quan trọng của dầu thủy lực, về nguyên tắc nó sẽ được tính về điều kiện nhiệt độ 500C Nhìn chung khi nhiệt dộ tăng thì độ nhớt giảm

Một số tính chất của dầu thủy lực, xem bảng 7-1

ở các dầu khoáng vật, với  < 70 cSt thì sự phụ thuộc của độ nhớt vào nhiệt độ trong khoảng 30 - 1500C sẽ được tính theo công thức:

trong đó:  - độ nhớt động học ở nhiệt độ t0C;  50 - độ nhớt động học ở nhiệt độ 500C;

t – nhiệt độ dầu, 0C; n – số mũ, phụ thuộc vào loại dầu,

Bảng 7 - 1 Tính chất của một số loại dầu thủy lực

10

Dầu thủy lực 20/75-

40

Dầu thủy lực36-20 Dầu thủy lực50-10

Dầu thủy lực L20-

Phương trình gần đúng tính độ nhớt động học của dầu thủy lực khi áp suất p 50MN/m2 là:

 p= (1 + 0,03p). 0 (7-12)Khi p > 50 MN/m2, độ nhớt sẽ là:

 p= (1 + 0,01p). 0 (7-13)

ở đây:  0- độ nhớt độ nhớt động học của dầu ở áp suất khí quyển;

 p- độ nhớt độ nhớt động học của dầu ở áp suất p

7.2.3.5 Nhiệt độ bốc cháy

Là nhiệt độ ở đó đối với một bể dầu hở, nó tự tạo thành hỗn hợp khi hơi dầu có thể bốc cháy.Với các dầu khoáng vật thì nó nằm trong khoảng 170-2400c, như vậy nó sẽ không nguy hiểm về khả năng tự cháy

7.2.3.6 Nhiệt độ đông đặc

Là nhiệt độ mà ở đó dầu dưới tác dụng của trọng lực sẽ không chảy được nữa Đặc biệt cần chú ý đến các loại dầu dùng cho các thiết bị thủy lực khi làm việc ở môi trường nhiệt độ thấp

7.2.3.7 Tính lão hóa

Có thể xảy ra sự o xi hóa và pôlime hóa dầu; ô xi hóa sẽ dẫn dến hư hỏng các kim

loại, còn polime hóa sẽ phát sinh nhựa dầu mỏ không hòa tan trong dầu và các nhựa cứng;

Nó sẽ làm tăng sự mài mòn và nguy hiểm về cắt, làm tắc nghẽn các khe hẹp lưu thông dầu, qua đó sẽ là ngừng hoạt động của các thiết bị thủy lực

Có 3 chỉ tiêu mà người ta dựa vào đó để thay dầu cho thiết bị thủy lực, đó là:

- Chỉ số xà phòng hóa (tạo sút, tạo bọt)

- Chỉ số trung hòa

- Hàm lượng tạo nhựa

Ba thông số này cũng là 3 chỉ tiêu cơ bản để đánh giá sự lão hóa dầu thủy lực, xem bảng 7-2

Bảng 7-2 Các thông số đánh giá sự lão hóa của dầu thủy lực

Chỉ số trung hòa nó cho khối lượng KOH tính bằng mg cần thiết để trung hòa a xít

tự do chứa trong 1 gam dầu

Hiện nay chưa có những phương pháp đơn giản nào để xác định các gí trị này, mà người ta có thể thử từng giọt lên giấy lọc và so sánh mẫu của dầu

Ngoài các tính chất trên đây, dầu thủy lực còn phải đáp ứng các yêu cầu khác, như: không tạo nhũ khi có trong nước, phải có khả năng bôi trơn tốt, ít có khả năng hòa tan khí, không có tác dụng hóa học lên bề mặt thiết bị thủy lực

7.2.4 Khí trong dầu thủy lực

Chất khí có thể tồn tại trong các thiết bị thủy tĩnh ở dạng khí hòa tan trong dầu

hoặc khí tự do ở dạng các bọt khí nhỏ và xốp Khí ở dạng không hòa tan sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất làm việc của thiết bị

Hỗn hợp dầu - khí về cơ bản là ’

p thay đổi ngay cả khi lượng khí ít, đặc biệt là ở

áp suất thấp đến 20at Do đó người ta đưa ra hệ số hiệu chỉnh b’ cho ’

p: ’’p = b’.’

p (7-14)

ở đây: b’- hệ số điều chỉnh (xem

hình.7-2); ’p hệsố nén của dầu nguyên

chất

Sự làm nóng cục bộ đến700 0C ở

các dòng khí dẫn đến sự lão hóa rất sớm

của dầu Sự có mặt của khí là nguyên

nhân tăng tiếng ồn trong máy bơm và

trong các bộ phận điều chỉnh

Nguyên nhân hòa tan khí vào dầu

là do ống hút vào buồng hút không kín,

làm cho khí sẽ dược hút vào cùng với

dầu

Hình.7-2 Hệ số điều chỉnh cho  p

V k - thể tích khí; V đ thể tích dầu

Những biện pháp làm giảm tác hại của khí:

- Áp suất chân không ở cửa hút phải giữ cho đủ nhỏ;

- Ống hút ngắn và thẳng (<1m), với tiết diện đủ lớn (để cho tốc độ dòng chảy

- Điểm cao nhất của thiết bị phải có van xả khí sau thời gian dài để thiết bị nghỉ

7.2.5 Lựa chọn dầu thủy lực

Bảng 7-1 cho ta tính chất của một số loại dầu thủy lực, việc lựa chọn dầu phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ làm việc Độ nhớt thuận tiện nhất cho các bộ phận truyền động thủy tĩnh là từ 30-40 cSt Dầu cần phải giữ được độ nhớt của nó ở nhiệt độ làm việc lâu dài Nếu dầu quá loãng thì tổn thất qua khe hẹp sẽ lớn và gây ra sự tiếp xúc các bề mặt kim loại ở các vị trí lót kín các bộ phận chuyển động Nếu dầu quá nhớt sẽ gây ra tổn thất áp suất lớn, đặc biệt khi chạy máy sau một thời gian nghỉ lâu dài thì việc bôi trơn sẽ gặp khó khăn Phạm vi sử dụng cho phép của các thiết bị thủy lực nói chung là dầu có độ nhớt 15 - 800 cSt Nếu độ nhớt nằm ngoài giới hạn cho phép thì ta phải thay loại dầu Bảng 7- chỉ ra điều kiện làm việc cho một số loại dầu thủy lực

7.2.6 Bảo quản và giữ sạch dầu thủy lực

Các loại hạt bẩn cứng như phoi kim loại cát, đá, các hạt bụi hàn… sẽ ăn mòn máy, giảm công suất, làm tăng tổn thất, làm giảm tuổi thọ các thiết bị, làm kẹt các khe hẹp tiếp xúc chuyển động của pitông.Vì thế phải giữ cho dầu luôn sạch

Bảng 7 - 3 Điều kiện làm việc cho một số loại dầu thủy lực

Dầu TL 36-20 - Áp suất làm việc đến 16MN/m2, làm việc trong phòng

nóng và mùa hè Dầu TL 50-10 - Áp suất làm việc trên 16MN/m2, ở nhiệt độ môi trường

cao thì áp suất đến 16MN/m2 Dầu TL 20-40 - Áp suất làm việc đến 32 MN/mđông 2, làm việc ngoài trời mùa Các thiết bị sau khi lắp ráp phải được làm sạch bằng các loại dầu cùng loại với loại dầu làm việc Bể dầu phải làm kín, cách li với môi trường bên ngoài Độ chênh áp giữa khí trong bể dầu với bên ngoài được cân bằng qua bộ lọc khí

Lần thay dầu lần đầu ở hệ thống làm việc sẽ thực hiện tối đa là 2000 giờ làm việc, còn ở những lần sau khoảng 5000 giờ làm việc Làm sạch dầu trong lúc làm việc phải có lưới lọc 5 - 100m

7.2.7 Hệ tuần hoàn của chất lỏng làm việc trong truyền động thuỷ lực

Trong truyền động thuỷ lực, chất lỏng làm việc vừa là môi trường để mang năng lượng, vừa là chất bôi trơn Nó luôn chịu tác động của biến đổi áp suất, biến đổi vận tốc

và nhiệt độ Ví dụ trong TĐTL của các máy mỏ thì độ chênh lệch áp suất tới 25000N/m2, còn ở các cơ cấu chèn chống thủy lực - tới 80000 N/m2

Tốc độ chuyển động của chất lỏng ở một số bộ phận TĐTL tới 80m/s còn nhiệt độ chất lỏng dao động từ 10-800C

Để đảm bảo cho TĐTL làm việc được bình thường, chất lỏng làm việc cần có những tính chất tương ứng, trước hết là khả năng ít thay đổi tính chất hóa lý trong quá trình vận hành.Thông thường, người ta dùng dầu khoáng làm chất lỏng làm việc trong TĐTL Tuy nhiên với TĐTL có tốc độ tuần hoàn cao của chất lỏng làm việc thì phải dùng chất lỏng có độ nhớt nhỏ để giảm tổn thất thủy lực Ví dụ trong khớp nối thủy lực người

ta dùng dầu công nghiệp, hoặc dùng hỗn hợp nước trộn với 1,5 - 7% chất phụ gia nhớt (dầu MD)

Trong TĐTL thường có hai dạng tuần hoàn của chất lỏng làm việc: Hệ tuần hoàn

hở và tuần hoàn kín

7.2.7.1 Hệ tuần hoàn hở

Đối với hệ tuần hoàn hở, Hình 7-3, chất lỏng sau khi vận hành hết chu trình sẽ được tháo về bể chứa dầu 13 Nếu áp suất trên đường ống đẩy 4 quá lớn, thì van bảo hiểm (van an toàn) 11 sẽ mở ra để xả bớt một phần chất lỏng về bể chứa dầu

a) b) c)

Hình 7-3 Sơ đồ TĐTL với chu trình tuần hoàn hở

1-động cơ dẫn động, 2-máy bơm, 2-bộ điều chỉnh tốc độ dòng chảy, 4-ống đẩy, 5-van phân phối 6-động cơ thủy lực, 7,8-buồng trên và dưới pitông, 9-đường tháo chất lỏng, 10 -bộ lọc dầu, 11 van an toàn, 12- ống hút 13,-bể chứa dầu

Nhược điểm của hệ này là áp suất ở nhánh hút thường nhỏ hơn áp suất khí quyển nên bị

hạn chế trong việc dùng bơm có tốc độ lớn, vì phải đề phòng xâm thực Mặt khác , độ chân không ống hút là nguyên nhân để cho khí bên ngoài lọt vào làm giảm hiệu suất của TĐTL, giảm lưu lượng của bơm, làm rung động hệ thống TĐTL, làm chất lỏng dễ bị oxi hóa

7.2.7.2 Hệ tuần hoàn kín

Đối với sơ đồ hệ tuần hoàn kín, Hình 7-4, máy bơm và động cơ thủy lực 6 đều đảo được chiều quay và được nối vào hệ đường ống dẫn kín, trong đó nhờ bộ phận điều khiển bơm đảo chiều, nên chất lỏng có thể chuyển động theo hướng bất kì Sau một chu trình làm việc chất lỏng về bể chứa mà tiếp tục được đưa về miệng hút của bơm Để bù một phần chất lỏng bị hao tổn do dò rỉ, người ta dùng thêm máy bơm phụ 10 (thường là bơm bánh răng)

1 - máy bơm; 2 - van an toàn; 3 - van cấp bổ xung; 4 - van logic; 5 - bộ lọc dầu; 6 - động

cơ thủy lực; 7 - bể chứa dầu; 8 - bộ điều chỉnh dòng chảy; 9 - bộ lọc áp suất thấp; 10 - bơm cấp bổ xung; 11- van tràn

Do đường ống ở cả hai phía của bơm có thể hút hoặc đẩy, nên trong nhánh cấp bổ xung chất lỏng, người ta đặt hai van một chiều 3 Van tràn11 cho phép duy trì áp suất dư cần thiết trên nhánh hút

Van bảo hiểm 2 dùng để xả bớt chất lỏng vào nhánh hút nhằm tránh quá tải áp suất

ở đường ống đẩy

Để cải thiện chế độ nhiệt của chất lỏng vào nhánh hút nhằm tránh quá tải áp suất ở đường ống đẩy.Tại đây người ta có lắp thêm bộ điều tiết dòng chảy 8, van 4 có chức năng điều khiển logic.Van này luôn đóng ở áp suất cao và mở thông ở nhánh áp suất thấp

Trong hệ thống này: máy bơm có bộ phận điều khiển đảo chiều quay, còn động cơ thủy

lực không có

- Ưu điểm:của sơ đồ tuần hoàn kín là kích thước gọn, tránh được các điểm có liên quan

đến độ chân không trong đường ống hút, vì ở đây áp suất luôn lớn hơn áp suất khí quyển (luôn áp suất có dư p > pa)

- Nhược điểm của sơ đồ này là cấu tạo phức tạp, điều kiện làm nguội và lắng cặn chất

lỏng kém

Thông thường sơ đồ hở được dùng trong TĐTL có nhiều động cơ thủy lực với một máy bơm, ví dụ trong các cơ cấu chèn chống, hoặc trong TĐTL có nhánh ra chuyển động tịnh tiến (các xi lanh lực)

Còn sơ đồ kín được dùng trong TĐTL có công suất lớn, có bộ phận chấp hành (ở nhánh ra) chuyển động quay tròn (các động cơ kiểu rô to, tua bin…)

Hình 7-5 Sơ đồ TĐTL có các cơ cấu

được đặt trong một vỏ chung

Ngoài các sơ đồ cấu tạo trên người ta còn sử dụng loại TĐTL được đặt gọn trong một vỏ chung Hình 7-5

Nguyên lí làm việc của sơ đồ này như sau:

Khi động cơ dẫn động 1 có điện, nó sẽ quay và đưa máy bơm 2 vào làm việc Máy bơm hút chất lỏng

ở buồng xung quanh cần pitông 4 và

nó đẩy chất lỏng về phía dưới pitông 3, làm cho pitông chuyển động đi lên

Do cần pitông nối với bộ phận chấp hành 6 nên bộ phận chấp hành này sẽ chuyển động theo Như ta đã thấy trên Hình 7-5, toàn bộ máy bơm, động cơ thủy lực và chất lỏng làm việc được đặt trong một vỏ chung 5

Loại truyền động này không cần van an toàn, bởi vì áp suất do bơm tạo ra bị giới hạn bởi số vòng quay của nó

* Nguyên lý làm việc của truyền động thuỷ động:

Truyền động thủy động là một thiết bị tổ hợp, trong đó chủ yếu là hai máy thủy lực cách dẫn là: Bơm ly tâm và tuốc bin thủy lực Thực tế người ta đã ghép bánh bơm và

bánh tua bin rất gần nhau trong một vỏ chung Trên cơ sở đó đã thực hiện được hai kết cấu truyền động thủy động khác nhau rõ rệt:

+ Khớp nối thủy lực

+ Biên tốc thủy lực

7.3 Khớp nối thuỷ lực

7.3.1 Sơ đồ nguyên lý khớp nối thủy lực

Hình 7-6 Sơ đồ nguyên lý khớp nối thủy lực

Khớp nối thủy lực (KNTL) do Foettinger sáng chế năm 1905 Nó là loại có kết cấu đơn giản nhất của TĐTĐ, gồm một máy bơm ly tâm dùng để cấp năng lượng, còn tua bin thủy lực là cơ cấu chấp hành Tất cả được lắp nối tiếp nhau để qua đó có thể truyền dẫn được năng lượng Nó chỉ truyền mô men quay chứ không biến đổi mô men Sơ đồ nguyên

lý của TĐTĐ được thể hiện trên Hình 7-6

Máy bơm 2 được động cơ dẫn động 1 kéo quay và hút chất lỏng từ thùng

chứa 9 lên qua ống hút 10 rồi đẩy lên ống đẩy (ống nối) 3, qua bộ phận dẫn hướng 5 vào tua bin 7, làm bánh công tác (BCT) của tua bin quay, kéo chân vịt 6 quay Chất lỏng qua tua bin trở về thùng chứa theo ống dẫn 8 Với sơ đồ trên ta thấy hiệu suất của nó rất thấp (ít khi vượt quá 75%), vì hiệu suất của bơm, cũng như của tua bin ít khi vượt qua 87%, nghĩa là hiệu suất chung của nó bằng: C = B TB = 0,87.0,87 = 0,757%

Theo sáng kiến của Foettinger là ghép BCT máy bơm và tua bin đặt gần nhau cùng chung vỏ, do đó giảm được những tổn thất trong ống nối và các bộ phận phụ Vì vậy với

bộ truyền này có thể đạt hiệu suất đến 98%

7.3.2 Nguyên lý kết cấu của khớp nối thuỷ lực

Như đã nói ở trên, khớp nối thủy lực chỉ truyền mô men quay chứ không biến đổi trị số mô men Trên H.7-7, giới thiệu hình ảnh về kết cấu và sự chuyển động của dòng chảy trong khớp nối thủy lực

Hình 7 - 7 Hình ảnh về kết cấu của khớp nối thủy lực

Hình 7-8: Gồm: 1 - Bánh bơm; 2 - Bánh tuabin;

3 - Vỏ khớp nối; 4 - Trục bị dẫn; 5 - Trục dẫn (trục chủ

động)

Cũng như các loại khớp nối khác, khớp nối thủy lực

dùng để truyền mô men quay từ trục dẫn đến trục bị dẫn

mà không thay đổi trị số mô men Chỉ khác ở đây nó dùng

môi trường chất lỏng làm khâu trung gian để truyền cơ

năng thực hiện việc nối “mềm” các trục Múp nối thủy

lực gồm: Bánh bơm lắp trên trục dẫn nối với động cơ,

bánh tua bin lắp trên trục bị dẫn Vỏ của khớp nối lắp với

bánh bơm và tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng

Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau

Hình 6 – 2c

Công suất được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự trao đổi năng lượng giữa

hệ thống cách dẫn với chất lỏng làm việc Khi động cơ làm việc, bánh bơm quay và truyền cơ năng cho chất lỏng Dưới tác dụng của lực ty tâm, chất lỏng chuyển động dọc theo các cách dẫn từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần, sau đó chất lỏng chuyển sang bánh tua bin, khi qua máng dẫn thì truyền cơ năng cho bánh đó, làm nó quay cùng chiều với bánh bơm Do đó mô men quay được truyền tự trục dẫn tới trục bị dẫn, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh tua bin trở lại bánh bơm lập lại quá trình chuyển động như trên

Như vậy mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thủy lực thực hiện đồng thời 2 chuyển động: vừa chuyển động vòng tuần hoàn theo phương từ bánh bơm đến bánh tua bin và vừa quay quanh trục của khớp nối Chuyển động tổng hợp của phần tử chất lỏng theo vòng xoắn ốc

7.3.3 Đặc điểm quá trình làm việc của khớp nối thủy lực

7.3.3.1 Khớp nối thủy lực chỉ truyền mô men quay của động cơ mà không biến đổi trị

7.3.3.2 Tỷ số truyền của khớp nối thủy lực

nB: Tốc độ quay của bánh bơm

Vậy khi truyền công suất qua khớp nối thủy lực, số vòng quay của trục bị dẫn luôn luôn nhỏ hơn số vòng quay của trục dẫn

- Hệ số trượt của khớp nối thủy lực

n

n n

n n

B T B

T

n

n M

M N

- Khớp nối thủy lực có các tính chất chủ yếu sau:

+ Trục bị dẫn và trục dẫn quay độc lập với nhau Khi trục dẫn quay thì trục bị dẫn

có thể đứng yên hoặc quay với vận tốc góc nào đó, nhưng vận tốc góc lớn nhất của nó phải nhỏ hơn vận tốc trục dẫn 2  3%

+ Khởi động và tăng tốc êm

+ Các chi tiết chủ yếu không bị mài mòn