ống dẫn thủy lực

Ống dẫn thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau: - Đảm bảo độ bền cần thiết - Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất - Đảm bảo không rò rỉ - Đảm bảo không chứa, hoặc tạo bong bóng khí Ống dẫn

Ống dẫn thủy lực

Phần 1: Phân loại và cấu tạo

Mình đã giới thiệu khá nhiều thiết bị thủy lực tới các bạn Trong bài hôm nay chúng ta cùng tìm hiểu một thiết bị tuy không thật sự giữ vai trò quan trọng, nhưng lại

là một thiết bị không thể thiếu đối với bất cứ một hệ truyền dẫn thủy lực nào Đó chính là ống dẫn thủy lực

Ống dẫn thủy lực giữ vai trò liên kết các phần tử của Hệ truyền dẫn thủy lực

Ống dẫn thủy lực cần đảm bảo những yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ bền cần thiết

- Đảm bảo hao phí áp suất thấp nhất

- Đảm bảo không rò rỉ

- Đảm bảo không chứa, hoặc tạo bong bóng khí

Ống dẫn thủy lực (ODTL) phân thành ODTL mềm và ODTL cứng dựa trên cấu

tạo của ống dẫn

Ống dẫn cứng: được sản xuất từ thép, đồng, nhôm và hợp kim nhôm Ống dẫn từ

thép được sử dụng khi cần phải chịu áp suất lớn ( <320 at) Ống dẫn từ hợp kim nhôm

được sử dụng khi cần chịu áp suất <150 at Ống dẫn từ đồng sử dụng khì cần chịu áp suất <50 at Ống dẫn từ đồng thường được sử dụng tại các mối nối, để đảm bảo tính gọn nhẹ, và sử dụng làm đường ống thoát

Ống dẫn mềm: có 2 dạng ống dẫn mềm - ống dẫn mềm cao su và ống dẫn mềm

kim loại

Ống dẫn mềm cao su được sản xuất từ cao su tự nhiên và cao su nhân tạo Cấu tạo

của ống dẫn mềm cao su thường bao gồm một ống cao su đàn hồi ở phía trong và được hóa bền bằng vỏ bọc phía ngoài hoặc khung sợi nằm trong thành ống cao su Ống mềm cao su được sử dụng để nối giữa 2 phần tử khi vận hành có thể di chuyển tương đối lẫn nhau Khi đó nhờ đặc tính đàn hồi ống dẫn cao su sẽ làm giảm các xung động áp suất trong hệ thủy lực Tuy nhiên ống dẫn cao su có các nhược điểm sau: co giãn khi thay đổi áp suất, giảm độ cứng của toàn hệ thủy lực, tuổi thọ ngắn (1,5…3 năm)

Trên hình 2 dạng cấu trúc ống mềm cao su với các thành phần:

1-lớp cao su trong cùng, 2-lớp kim loại mỏng, 3-lớp cao su ở giữa, 4- lớp cao su vỏ

Ống dẫn mềm kim loại: phía trong là một ống dẫn có nhiều nếp gấp, ống dẫn dạng

này được chế tạo từ đồng hoặc thép lá; phía ngoài được bọc một lớp vỏ bền Giữa các

vòng xoắn của ống được bit kín đề tránh rò rỉ ( cấu tạo hình dưới) Vật liệu bít kín có thể là giấy chuyên dụng hoặc sợi atbet Với vật liệu bít kín là giấy, ống dẫn có thể chịu được chất lỏng nóng tới 110 0C, còn với sợi atbet – 300 0C Ống dẫn mềm kim loại được sử dụng khi mà hệ thủy lực sử dụng chất lỏng làm việc có tính xâm thực

và ăn mòn mạnh

Trên hình 2 dạng cấu trúc ống mềm kim loại với các thành phần:

1 - biên dạng miếng kim loại lá, 2 - vật liệu bit kín, 3 – vỏ ngoài

Phần 2: Mối nối thủy lực

Phần trước mình đã giới thiệu tới các bạn cấu tạo và phần loại ống dẫn thủy lực Tuy nhiên để liên kết ống dẫn với các thiết bị, hoặc trong trường hợp đường ống dài thì cần sử dụng mối nối Bài này mình sẽ trình bày về mối nối thủy lực

Mối nối thủy lực đảm bảo việc lắp ghép ống dẫn thủy lực vào các phần tử của

hệ Ngoài ra mối nối được thiết kế nhằm thích hợp với yêu cầu tháo lắp vận chuyển của hệ thủy lực

Mối nối phân ra làm: Mối nối tháo được và mối nối không tháo được

Mối nối không tháo được: được sử dụng trong hệ thủy lực cố định, không phải

di chuyển hoặc tháo rời Mối nối không tháo được gia công bằng phương pháp hàn, dán đối đầu 2 ống hoặc dùng ống chuyển Ưu điểm của mối nối không tháo được là giảm 25-30% về mặt khối lượng so với mối nối tháo được ứng với cùng một hệ thủy lực

Mối nối tháo được : là kiểu mối nối sử dụng mặt bích, đầu nối, ống

chẹn,… Mối nối tháo được phân ra mối nối cố định và mối nối không cố định

Mối nối cố định: sử dụng mặt côn trong hoặc mặt côn ngoài với sự trợ giúp của

vòng khớp và mặt bích

1.Sử dụng mặt côn ngoài: (hình dưới )

Mối nối dạng này bao gồm ống dẫn 1 (chú ý đoạn cuối ống dẫn 1 có dạng mặt côn – góc lệch 300) , ống chẹn 2, ống lồng 3 và đai ốc 4 Độ bít kín của mối nối được đảm bảo bởi sự tiếp xúc mặt côn trong giữa ống chẹn 2 và mặt côn nòoài ống dẫn 1 Nhược điểm của mối nối dạng này là: làm giảm độ bền của ống nối tại đoạn nối, khó nhận thấy bằng mắt thường vị trí rạn nứt, mô men xoắn-kéo đối với đai ốc 4 tương đối lớn, ít về chủng loại, cần dụng cụ chuyên dụng để tạo mặt côn cho ống dẫn 1

2.Sử dụng mặt côn trong: ( hình dưới)

Mối nối cố định sử dụng mặt côn trong bao gồm ống lồng 4, ống 5, ống chẹn 2, đai ốc 1 Độ bít kín của mối nối được đảm bảo bới tiếp xúc giữa bề mặt trong ống lồng 4 với bề mặt ngoài của ống chẹn 2 kết hợp với lực kéo của đai ốc 1 Mối nối sử dụng mặt côn trong có ưu điểm là số lượng chi tiết nhiều ( làm giảm biến dạng không mong muốn đối với ống dẫn ) Ngoài ra do ống chẹn 2 có dạng mặt cầu hạn chế cong vênh ống nối

3.Mối nối sử dụng vòng khớp (hình dưới)

Cấu tạo gồm đầu nối 1 với mặt côn trong 2, đai ốc 5 và vòng khớp 3, ống dẫn 4 Vòng khớp được chế tạo từ thép với bề mặt được thấm cacbon Đầu mút vòng khớp 3

tì vào mặt côn 2 có dạng dao cắt ở phía trong tỳ lên ống dẫn Khi đai ốc tạo lực kéo, kéo theo dịch chuyển vòng khớp 3, khi đó dao cắt trượt dọc ống dẫn 4 tạo thành mặt côn ngoài tại đầu ống dẫn 4 Kết quả thu được đảm bảo độ bít kín và độ bền cho mối nối

4.Mối nối sử dụng mặt bích

Sử dụng mặt bích để tạo mối nối (hình dưới) Ứng dụng với ống nối có đường kính >32 mm và áp suất làm việc của hệ <32 MPa Độ bít kín đảm bảo bởi vòng bít kín lắp giữa 2 mặt bích

Mối nối không cố định: ứng dụng với các hệ thủy lực trong máy đào đất, máy

xây dựng Đây là các loại máy thường sử dụng xylanh thủy lực, mà các xylanh thủy lực này trong quá trình vận hành thường xoay 1 góc nhỏ quanh trục tại điểm gắn xy lanh Khi mà lắp ráp các hệ thủy lực này thường sử dụng mối nối không cố định, các mối nối này thường có bậc động động bằng 1, 2 hoặc lớn hơn ( khái niệm bậc động?)

Ở hình dưới:

Hình a là ví dụ một mối nối xoay với bậc động bằng 1 Ở đó đầu nối 1 được lồng vào tai xoay 2 được Vòng đệm 3 và 4 nhằm hạn chế di chuyển dọc trục tai xoay 2

Độ bít kín được đảm bảo bới vòng cao su 5 với vòng đệm bảo vệ 6

Hình b là một ví dục khác về mối nối mềm Mối nối dạng cuộn với ống dẫn xoắn

ốc Ở đây đoạn ống dẫn xoắn được cố định tại 2 điểm 1 và

2 Khi xylanh thủy lực xoay đoạn xoắn ốc có thể bị kéo Mối nối dạng này có thể đảm bảo vài bậc động

Mối nối nhanh:

Trên hình: 1 - Ổ nối ; 2,9 - van một chiều; 3 - vòng cao su; 4 - bi chẹn; 5 - khoang trống; 6 - Ống lót kẹp chặt; 7 - chìa ăn khớp; 8 - rãnh ăn khớp

Ống lót 6 có thể trượt trên bề mặt ngoài ổ 1 Khi ghép nối ống lót 6 được cố định bằng lò xo và chốt hãm Để tháo mối nối phải kéo ống lót 6 về bên trái và kéo chìa ăn khớp về bên phải Van một chiều 2,9 có tác dụng bảo vệ - khi một trong 2 đoạn ống nối có sự có đứt hoặc rò rỉ, ngay lập tức van một chiều sẽ đóng lại Ăn khớp giữa bi 4

- rãnh 8 bảo đảm độ bền, chắc cho mối nối

Một vấn đề khác cũng cần quan tâm đó là: cố định mối nối giữa đầu nối và

đầu ống dẫn mềm Khi áp suất 0.5 Mpa ta sử dụng phương pháp hẹp chặt như hình dưới (hình a) Khi đó đầu mút của ống dẫn được vặn và đầu nối, đầu nối có khấc như hình Và được kẹp chặt bởi vòng kẹp 2

Tuy nhiên với phương án này khi áp suất cỡ 10 MPa mối nối sẽ bị tuột ra do lực kéo phát sinh đầu nối với đai ốc mối nối Do vậy phải dùng phương pháp như hình b Lúc này đầu ống mềm 1 được vặn chặt vào ống kẹp 2, ống kẹp 2 có dạng ren với bước ren lớn để dễ vặn vào Ống kẹp 2 lại được vặn vào đầu nối 3, mặt côn của đầu nối 3 tỳ chặt đầu ống dẫn 1 vào ông kẹp 2 Mũ bịt dạng đai ốc 4 giúp tạo mối nối với các thiết bị thủy lực khác

Qui định về lắp ống nối mềm ( hình ảnh - có dấu x là sai)

Phần 3: Tính toán ống dẫn

Trong quá trình thiết kế mạch thủy lực Vấn đề chọn ống dẫn sao cho vừa đảm bảo yêu cầu làm việc, vừa kinh tế phải cần được tính tới Trong bài này mình sẽ trình bày vấn đình tính toán để chọn được ống dẫn thích hợp Mục đích của tính toán ống dẫn là xác định đường kính trong của ống dẫn, hao phí áp suất trên đường ống và độ dày của ống dẫn

Đường kính trong d của ống dẫn xác định theo công thức :

Ở đó Q – lưu lượng chất lỏng chảy qua ống, m3

/s;

υ – vận tốc dòng chảy trong ống, m/s;

d – đường kính trong của ống dẫn, m

Như vậy ở công thức trên muốn tính được đường kính trong d ta phải xác định được 2 giá trị Q và υ Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuốc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó

Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau:

Chức năng của ống dẫn Ống hút Ống xả Ống nén

Hao phí áp suất trên đoạn ống dẫn

Hao phí do trở lực ma sát theo chiều dài ống xác định theo công thức:

Ở đó

ρ– khối lượng riêng của chất lỏng làm việc, kg/m3

;

λ –hệ số ma sát ;

l – chiều dài ống dẫn, m

Xác định λ – hệ số ma sát theo bảng sau

Ở đây Δ – là độ nhám tương đương bề mặt trong ống dẫn (Δ=0,05mm với đoạn ống thép , Δ=0,02mm với đoạn ống đồng, Δ=0,06mm đối với ống nhôm, Δ=0,03 với ống mềm cao su ) thì hệ số ma sát tính theo công thức

Hao phí do trở lực cục bộ được tính theo công thức Weisbach:

Ở đó ξ – hệ số trở lực cục bộ

Giá trị ξ phụ thuộc vào dạng trở lực cục bộ

Một vài dạng trở lục cục bộ phổ biến:

-Tại đoạn ống gập 1 góc 90o : ξ = 1,5…2,0

-Tại đoạn ống 3 nhánh tạo thành từ 1 đường ống vuông góc với đường ống chính : ξ=0,9…2.5

-Tại đoạn ống có mối nối nối tiếp: ξ=0,1…0,15

-Tại mối nối ra khỏi thùng chứa: ξ=0,5 ; và mối nối vào thùng chứa: ξ=1

Ngoài ra ta còn phải kể tới hao phí áp suất tại các thiết bị thủy

lực Δp tb trong mạch như: các loại van thủy lực, bộ lọc dầu, …

Như vậy tổng hao phí áp suấtΔp= Δp ms + Δp cb + Δp tb

Xác định độ dày thành ống dẫn

Độ dày thành ống dẫn cần đảm bảo độ bền trong quá trình làm việc của ống dẫn

Độ dày thành ống xác định theo công thức sau:

Ở đó p max – áp suất tĩnh lớn nhất σ v - ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống,

bằng 30…35% độ bền mỏi n – hệ số an toàn Ngoài ra đối với vật liệu ống là thép thì

bề dày không nhỏ hơn 0,5 mm; đối với đồng – bề dày không nhỏ hơn 1mm